BIOQUÍMICA TEMA 4 - ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL DE PROTEÏNES (2016)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Bioquímica - 1º curso
Asignatura Bioquímica I
Año del apunte 2016
Páginas 8
Fecha de subida 09/04/2016
Descargas 14

Vista previa del texto

Bioquímica I bioquímica UAB, primer curs 2015-16 BIOQUÍMICA TEMA 4: ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL DE PROTEÏNES 1.- Estructura pirmària L'estructura primària d'una proteïna és la cadena de polipeptídica, la seqüència de residus.
El normal és que l'enllaç peptídic es trobi en configuració trans, L'únic residu que acepta l'enllaç cis és la prolina (tot i que la solem trobar fent enllaç trans). La prolina és interessant per a poder rotar la cadena polipeptídica.
  L'angle ∅ és el que es dóna entre 𝐶𝛼 i grup amino L'angle 𝜑 és el que es dóna entre 𝐶𝛼 i carbonil En estat tot trans, entre ∅ i 𝜑 trobem angle de 180º La rotació en certs casos es veu prohibida (trobem valors prohibits de 𝜑 i ∅) per culpa de la repulsió entre grups de l'aminoàcid.
Diagrama de Ramachandran: Mostra els angles 𝜑 i ∅ permesos per a les proteïnes. Com menys impediment estèric més capacitat d'angles 𝜑 i ∅.
  Prolina és el residu més restringit Glicina és el residu que més angles accepta 2.- Estructura secundària SI parlem de les hèlix trobarem depenent de la proteïna diferent quantitat de residus per volta i el que s'anomena Peach (P) → la distància entre dues voltes de la cadena La hèlix pot ser:   Levògira: gira en sentit antihorari (-) Dextrògira: gira en sentit horari (+) Hèlix - 𝛼_______________________ Estructura molt estable i molt freqüent. Les solem descriure segons els residus per volta (3,6) i un pas de rosca (p)= 5,4 𝐴 En aquest cas els angles 𝜑 i ∅ es troben en la zona favorable i aprofita al màxim la capacitat de formar enllaços d'hidrogen entre els grups NH i CO de cada quatre (d'una volta a la següent).
S hi ha 3,6 residus per volta trobem aproximadament entre 3 i 4 enllaços d'hidrogen que mantenen l'estructura mentre les cadenes laterals no ho impedeixin  Depenent de les cadenes laterals podem fer que la 𝛼-hèlix s'estabilitzi o es desestabilitzi. Depèn de com es troben distribuïdes en l'espai.
Bioquímica I bioquímica UAB, primer curs 2015-16 L'estructura d'hèlix 𝜶 té una certa polaritat. El N-ternimal és parcialment positiu i l'extrem C-terminal és parcialment negatiu.
Com més llarga la hèlix més polaritat tenim. Els últims residus de la hèlix no poden seguir fent ponts d'hidrogen. Si a prop del N-terminal trobem residus amb càrrega negativa aquests contribueixen a la estabilitat de la hèlix. El mateix passa amb el C-terminal si hi trobem càrregues positives.
  El més comú és trobar hèlix curtes (d'aproximadament 12 residus) tot i que en trobem de llargues Helix-𝛼 és dextrògira (en sentit horari) En hèlix-a és poc freqüent que hi hagi prolina i glicina (no contribueixen a la estabilitat) Trobem altres hèlix:    Hèlix 2,27 (2,2 residus i 7 àtoms per cicle entre ponts d'H) Hèlix 310 (3 residus per volta i 10 àtoms entre ponts d'H)→ menys estable que 𝛼 Hèlix 𝜋 →es tracta de la 4,416 amb p=5,2. Té un pas de rosca més petit que a-hèlix però més ample i a la vegada menys estable. Perd el contacte de Van del Waals.
La prolina en no poder fer ponts d'hidrogen intercatenaris seria poc probable trobar-la formant una helix.
La poliprolina però, pot formar una estructura d'hèlix levògira. Amb la glicina passa el mateix quan tenim poliglicina (la hèlix pot ser levògira o dextrògira).
Ex. El col·lagen és ric en prolina Làmina-𝛽_______________________ Segments de cadena polipeptídica que interacciona amb un altre segment aïllat de cadena polipeptídica. La cadena es troba extesa i en paral·lel trobem un altra cadena que és capaç de formar ponts d'hidrogen entre hidrògens i oxígens de N i C.
Podem trobar interaccions entre dues cadenes   PARAL·LELES: enllaços d'H no orientats ANTIPARAL·LELES: enllaços d'H orientats. És més estable Podem trobar làmines-B mixtes (trossos paral·lels i trossos anti)   Antiparal·lela pot arribar a tenir fins a 22 cadenes, (elements) de cadena → és més estable que la paral·lela Formada mínimament per dues cadenes Els enllaços peptídics formen plans en ziga-zaga, formen una làmina plegada.
Bioquímica I bioquímica UAB, primer curs 2015-16 La làmina-B pot trobar-se desestabilitzada o rotada per culpa de la resta d'aminoàcids de la proteïna: És molt típic. Es poden perdre alguns enllaços d'hidrogen però es guanya estabilitat en la proteïna (equilibri de forces).
  La fulla-B es representa (cada cadena) com una fletxa que indica la direcció de cada cadena La hèlix es representa com a una hèlix plana.
Quan al fulla-B es troba en forma de cercle (cilindre) es tracta d'una estructura estable i concreta anomenada BARRIL-BETA. (ex. GFP) Les connexions més típiques entre fulles B antiparal·leles són els girs:   GIRS CROSS-OVER: en làmines B paral·leles. És més freqüent el cross -over cap a la dreta tot i que també es pot donar per sota En els girs a l'últim enllaç solem trobar prolina ja que permet un gir brusc. Depèn de si es tracta de girs de tipus I o de tipus II.
3.- Altres estructures menys regulars Llaços: no tenen patrons tan regulats com la a-hèlix o la B-làmina. Varien segons la proteïna.
 Hi trobem regions amb poca estructuració: zones de la proteïna que tenen mobilitat a l'atzar. Tenen poca estructuració i solen correspondre's amb extrems de la cadena. En els extrems hi ha pocs contactes que puguin fer que les cadenes quedin fixades.
Coil: Plegament globular, ens hi referim a tot el que no és hèlix o lamina B. No s'ha de confondre amb l'anomenat "random coil".
Motius estructurals:(o superestructures secundàries) són patrons que es repeteixen en estructures secundàries   podem trobar per exemple un motiu 𝛽 − 𝛼 − 𝛽: crossover amb a-hèlix Meandres: làmines B connectades per gir B. Si es només entre dues làmines B s'anomena HORQUILLA  𝛼 − 𝛼: dues cadenes a-hèlix que interactuen lateralment entre elles  Clau grega: la primera i la última làmina s'uneixen per un llaç.
4.- Domini proteic Porció d'una proteïna que està associada a una determinada funció, aquesta funció ve condicionada pel plegament de la proteïna. No és el mateix que les subunitats tot i estar connectats per polipèptids tenen funcions diferenciades Bioquímica I bioquímica UAB, primer curs 2015-16 Exemple: Gliceraldehid-3-P dehidrogenasa → té un domini d'unió al NAD+ i un donini d'unió al Gliceraldehid-3-P DNApol → domini de polimerització i domini de correcció de DNA. Els dominis són independents quant a plegament i quant a funció Proteïnes intrínsecament desordenades: no tenen una estructura estable. Només són estables quan interaccionen amb un lligand. Es pot establitzar abans d'interaccionar amb el lligand o quan interacciona.
 Podem trobar la proteïna mitjanament estructurada que acaba la seva estructuració quan interacciona amb el lligand 5.- Proteïnes fibroses Formades per monòmers d'una determinada proteïna o conjunt de proteïnes.
𝜶-queratina: Està formada per dues hèlix enrotllades una sobre de l'altre formant un dímer (coiled coil).
Aquests dímers s'ajunten formant protofilaments.
  Els protofilaments s'associen entre els formant microfibril·les. Entre mig hi trobem una proteïna que fa d'enllaç entre protofilaments.
Els miofilaments ocupen el citoplasma de les cèl·lules mortes d'ungles, cabell...
En les hèlix-𝛼 de Queratina trobem una repetició d'aproximadament 7 residus. Queden en un costat els aa hidrofòbics. Causen l'interacció de dues hèlix per a dormar el dímer deixant els residus hidrofòbics a l'interior.
Entre dímers es formen enllaços disulfur o interaccions amb la proteïna amorfa que uneix els protofilaments.
  Queratina rígida: més quantitat de cisteina i per tant més ponts SS (cabell, ungles) Queratina flonja: menys densitat de ponts disulfur (pell) Col·lagen: proteïna més abundant en els teixits vius. En trobem de molts tipus i tenen una expressió diferencial segons el tipus de teixit en el que es troba. El col·lagen està format per una triple hèlix de col·lagen, les hèlix levogires. Formen el tropocol·lagen.
Freqüentment trobem una repetició de residus Gly - X - Y on X sol ser prolina i y sol ser hidroxiprolina o hidroxilisina. (semblant a la estructura de la poliprolina II) amb 3 residus per volta → es provoca un gir brusc.
 L'H de la glicina forma un enllaç d'hidrogen amb l'oxigen carbònic de cada prolina. S'associen les hèlix entre elles. La hidroxiprolina també col·labora en els enllaços d'hidrogen.
Polihidrolasa: Necessita vitamina C per a ser activa, Es responsable de les modificacions postraduccionals de la hidroxiprolina: si no hi ha hidroxilació de la prolina el col·lagen és molt més feble (base de l'escorbut, malaltia que patien els mariners en alta mar per falta de fruita i vitamina C).
Bioquímica I bioquímica UAB, primer curs 2015-16 En col·làgens I, III, V... trobem un patró d'estries quan observem al MO. Aquestes zones menys denses corresponen a l'espai entre tropocol·làgens.
Latidisme: Inhibició de la lisiloxidasa produïda per una leguminosa.
Trobem també enllaços covalents entre lisina i histidina. La lisiloxidasa catalitza la desaminació de dues lisines. Es formen alisines i poden enllaçar covalentment. En aquestes condicions es forma un aldol que es capaç d'enllaçar amb una histidina de manera covalent.
Altres malalties associades: osteogènesi imperfecta (ossos de vidre), Síndrome de Ehlers-Danlos (hiperelasticitat de les articulacions).
A mesura que ens fem grans la estructura del col·lagen e fa més densa i es formen més enllaços covalents.
Els adults tenen més facilitat per trencar-se els ossos.
Fibroïna de la seda: Estructura de fulla B amb estructura (GSGAGA)x4. És mitjanament flexible amb entrecreuament covalent. És més maleable que les hèlix.
6.- Proteïnes globulars L'espai que ocupa una proteïna globular es menor que el que ocupen les a-hèlix i les B-làmines. Són molt més complexes i tenen un nucli hidrofòbic.
Exemple: en la mioglobina el grup hemo està protegit (destapat s'oxida) i te llocs d'unió per a 4 molècules d'H2O. Aquestes es localitzen en llocs concrets per a permetre la formació de ponts d'hidrogen.
El nucli hidrofòbic permet el plegament inicial i la compactació de la proteïna. La forma de les proteïnes globulars pot ser molt variada i les podem trobar unides a grups funcionals (ex. hemo)    Trobem enllaços disulfur que milloren l'estabilitat de la proteïna.
Podem trobar proteïnes riques amb cadenes 𝛼 o riques en 𝛽 (varia segons la proteïna).
Com més gran sigui la proteïna més probabilitat hi ha que contingui un cert percentatge de les dues estructures.
Desnaturalització: En una corba de desnaturalització utilitzem espectrofotòmetres (fluorescència o dicrosomo circular) per a veure el quin punt es desnaturalitza una proteïna. Aquesta corba és de tipus sigmoïdal. Ho podem veure augmentant la temperatura o amb detergent (medi).
Bioquímica I bioquímica UAB, primer curs 2015-16 No es tracta desnaturalització lineal → el canvi és molt brusc. L'estat desnaturalitzat que hem obtingut per augment de temperatura no ha de ser el mateix que obtenim so ho fem per detergents o pH En estat desnaturalitzat la proteïna perd la seva funció.
 Aquestes corbes ens poden servir per a conèixer en quin punt es desnaturalitza una proteïna. podem comparar amb altres proteïnes o amb mutacions de la mateixa. Ens permet conèixer l'estabilitat d'una certa proteïna respecte a altres o mutacions. Pot ser causa de malalties (com per exemple amilopatia).
Renaturalització: Algunes proteïnes poden renaturalitzar-se després de la desnaturalització, sobretot proteïnes petites.
Exemple: ribonucleasa. Es tractada amb mercaptoetanol i amb urea. Això trenca els enllaços disulfur i treu l'aigua del medi, ens trobem amb una proteïna desnaturalitzada. Es treu la urea i el mercaptoetanol i obtenim un altre cop la proteïna nativa. Tota la informació per obtenir la estructura nativa es troba en la seqüència d'amoniàcids.
En proteïnes més grans no s'aconsegueix aquesta renaturalització. Si tenim en compte la termodinàmica en el plegament, aquest depèn de varis factors.
   La entropia ens va en contra però a mesura que la proteïna es plega es produeix un guany d'entalpia.
S'ha de tenir en compte també l'aigua i els efectes hidrofòbics que causa. Aquesta està menys ordenada si no tenim nuclis hidrofòbics per tant la entropia de l'aigua es favorable.
Al final ∆𝐺 (∆𝐺 = ∆𝐻 + 𝑇∆𝑆) es decanta cap a l'estat plegat.
Paradoxa de Cyrius Levinthall (1968) Calcula el temps de plegament d'una proteïna de 100 residus. Si limita a 10 conformacions per residu 10100 tardaria 1077 anys a plegar-se si el temps de vibració molecular mínim és de 10−13 𝑠.
És incorrecte (pel procés de plegament) Les vàries còpies d'una mateixa proteïna no tenen perquè començar a plegar-se sempre pel mateix lloc.
Quan tenim un petit tros de proteïna estable la proteïna segueix plegant-se a partir d'aquest tros. No plega tota a la vegada, evitem així la paradoxa de Levinthall.
 En el plegament primer es sol donar el col·lapse de la part hidrofòbica.
Trobem en certes proteïnes estats intermedis: Estats intermedis parcialment plegats. Aquesta proteïna necessitarà un aport d'energia per a poder continuar plegant-se.
 Aquest plegament és semiestable però sense energia no permet arribar a l'estat natiu (conformació plegada alternativa) → anomenat estat de GLÓBULO FUNDIDO Bioquímica I bioquímica UAB, primer curs 2015-16 Trobem proteïnes que permeten que es passi aquests passos i eviten que agreguin abans d'arribar a l'estat natiu (xaperones,...). El procés és com un equilibri de ∆𝐺 → sol ser favorable cap a la proteïna nativa.
  En proteïnes grans es sol comença el plegament per el col·lapse de la zona hidrofòbica, després es produeixen processos de reorganització fins a arribar a l'estat natiu.
Si tenim una proteïna formada per dominis: Es habitual que els dominis es pleguin independentment.
Xaperones: En trobem de diferents tipus.
  Acompanyen el polipèptid per a que les proteïnes no agreguin entre elles abans de plegar-se.
S'uneixen a les zones hidrofòbiques per que no agreguin fins que no s'hagin acabat de traduir Quan no es plega directament la proteïna es entregada a la xaperonina (GroEL-GroES). El pèptid entra en el complex L de la xaperonina. Aquesta agrega una tapa (gasta ATP).
o La tapa evita que la proteïna agregui, es plega en un medi aquós aïllat o Finalment allibera la proteïna al citoplasma Trobem també altres proteïnes que acompanyen el plegament (afavoreixien la formació de ponts SS, transformacions cis-trans...) Tot i així es produeixen errors → si la proteïna no es plega bé la proteïna és marcada amb ubiquitina i enviada als proteossomes per a ser degradada.
 Amb l'edat augmenta la probabilitat de tenir acumulacions d'agregats en certs teixits. Trobem moltes malalties associades a errors de plegament de proteïnes: o Hungtinton, Alzeimer, Parkinson, Skrapie, Fibrosi quística...
Amiloidiosi: Mecanisme de formació de fibriles de lisozima ll56Thr. Espècie amb una mutació que pot agregar a partir de les seves làmines-𝛽. La proteïna es queda en un intermedi de plegament que te la làmina B exposada (agreguen làmines B entre elles. Pot arribar a formar fibres anomenades FIBRES AMILOIDES.
 Aquesta proteïna en agregar desplaça l'equilibri cap a la proteïna mutada. Com més fragments agregats més es desplaça l'equilibri, si aquesta amilosi passa a una altra cèl·lula pot provocar agregats en aquesta → funciona com una llavor A diferència amb els prions aquestes no es poden passar a altres organismes: Els prions són infecciosos, es poden passar entre individus i alguns fins i tot entre espècies.
  La fibra que agrega en els prions es tan estable que pot superar els àcids digestius, etc.
Es pot transmetre entre individus les proteïnes poden agregar de diferents maneres:    Formació d'oligòmers Fibres (com el col·lagen) Cristal·lització (sense H2O) En algunes proteïnes els intermedis o proteïnes desplegades poden agregar: com en el cas del es fibres amiloides Bioquímica I bioquímica UAB, primer curs 2015-16 7.- Estructura quaternària Interacció entre diferents subunitats per a formar una proteïna funcional → MULTÍMER Exemple: La hemoglobina no és funcional si no te agregades les seves 4 subunitats.
  Si les subunitats són iguals diem que la proteïna és HOMO- (tetràmer (4), dimer (2), trímer (3)...) Si les subunitats son diferents diem que la proteïna és un HETERO-(tetràmer (4), dimer (2), trímer (3)...) Protòmers: Repeticions d'una subunitat, hemoglobina es troba formada de dos protòmers.
Cristal·lografia: Es produeix una difracció de rajos. Sabent la dispersió podem conèixer la forma del cristall que forma la proteïna. permeten obtenir un mapa de densitat electrònica. Mitjançant computació s'encaixen els residus.
Si tenim un patró regular obtenim un mapa de difracció→ podem encaixar l'estructura en el mapa i saber on es troba cada residu.
Ressonància magnètica nuclear: Permet determinar l'estructura en 3D. En dissolució els protons tenen un cert spin. Si apliquem un camp magnètic les molècules s'orienten paral·leles al camp magnètic.
   Després es sotmeten a una radiació que podrà contrarestar l'efecte del camp magnètic.
Depenent de la molècula aquesta absorbeix radiació diferent: recollim aquesta absorció en proteïnes (podem comparar amb la base de dades per trobar la nostra proteïna).
Depenent dels enllaços de l'àtom i la seva posició l'absorbància canvia.
A causa de la diferència de context obtenim ppm diferents dels diferents àtoms  Solem tenir espectres de RMN de protons o d'hidrogen ja que son els elements que més trobem a la natura.
Exemple: etanol. 𝐶𝐻3 𝐶𝐻2 𝑂𝐻 té 3H diferents, si fem un espectre de protó ens sortirà això: ...

Tags: