14b. Estructura de proteínas, 2:Estructuras terciaria y cuaternaria.Desnaturalización de las proteínasPlegamiento de las proteínas

Estructuraterciaria

Ribonucleasa 13700 3.3Lisozima 14400 3.0Mioglobina 17000 3.1Seroalbúmina 65000 3.7Fibrinógeno 330000 27.0Seroalbúmina (urea 6 M) 65000 53.0Miosina 620000 230Tropocolágeno 345000 1150.0

Pesomolecular

Viscosidadintrínseca, []

Fuerzas que mantienen la estructura terciaria:

I. No covalentes

- Efecto hidrofóbico- Enlaces de hidrógeno- Interacciones iónicas o salinas

II. Covalentes

- Enlace disulfuro- Enlace amida

Val

Leu

Ile

Efecto hidrofóbico, 1

Efecto hidrofóbico, 2

Residuoshidrofóbicos

Residuospolares

Enlaces de hidrógeno

SCH2

R

H

H

HN N

CH2

H

C

O

R

H

H

C,M

E,G,N,Q

HO CH2

HO CH

R

HN

HCH2

HN

HC

O

NH

H C

NH2+

NH

Y

S,T

K

R

N,Q

Aceptores

Donadores

Enlaces de hidrógeno en estructura terciaria

Enlaces salinos o iónicos en estructura terciaria

CH2 NH3

K

RCH2 NH

C

NH2

NH2

H

HN

NH

CH2

OOC CH2

D,E

Enlaces covalentes en estructura terciaria: disulfuro

S

S

Enlaces covalentes en estructura terciaria: amida

N

C

N

C

N

C

O

N

H

O

H

O

H

R

R

H

N

C

N

C

C

N

O

H

H

O

R

H

O

D,E K

Difracción de rayos X

Mapas de densidadelectrónica

PapaínaDominio N-terminal

PapaínaDominio C-terminal

Dominio deinmunoglobulina

(VL)

Dominiosestructurales en la

Inmunoglobulina G

L

H

L

H

C1Q CQ Complement C1q C-terminal C345C C3 Complement C3/4/5 C-terminal CADHE CA Cadherin COL4C C4 Collagen IV C-terminal COLFI CF Fibrillar collagens C-terminal CYTR CR Cytokine receptor N-terminalEGF EG EGF-like FA58A FA Coagulation factors 5/8 type A FBG FG Fibrinogen beta/gamma C-terminal FN1 F1 Fibronectin type-I FN2 F2 Fibronectin type-II FN3 F3 Fibronectin type-III HEMOP HX Hemopexin-like IGSF IG Immunoglobulin "superfamily" KRING KR Kringle LAMD4 L4 Laminin domain IV (B-type) LAMEG LE Laminin EGF-like LDLRA LA LDL-receptor class A LINK LK Link (Hyaluronan-binding) LRR LR Leucine-rich repeat MACPF MA MAC proteins/perforin PKD PK PKD1-like SOMAB SO Somatomedin B THYG1 TY Thyroglobulin type-I VWFA VA von Willebrand factor type A WAP WA WAP (4-disulfide core) ZONAP ZP Zona pellucida domain

Algunos dominiosde proteínas

extracelulares

Representación gráfica de dominiosen proteínas extracelulares

Clasificación estructural de proteínas (CATH)

Niveles:

Nivel C: Clase

Nivel A: Arquitectura

Nivel T: Topología

Nivel H: Superfamilia

Clase

I. Principalmente II. Principalmente III. y IV. Sin estructura secundaria

Clase I: Principalmente

Arquitecturas:

1. No fasciculada2. Fasciculada3. Péptidos pequeños

Clase II: Principalmente

Arquitecturas:

1. Cinta2. Lámina3. Rollo4. Barril5. Concha6. Multicapa 7. Multicapa distorsionada8. Trifolio9. Prismas10. Hélices (propellors)11. Solenoides12. Complejas

Clase III: y

Arquitecturas:

1. Rollo2. Barril3. Multicapa 4. Multicapa 5. Multicapa 6. Multicapa 7. Caja8. Herradura9. Compleja

Clase IV: Sin estructura secundaria

Arquitectura:

1. Irregular

C: Principalmente A: No fasciculada

Mioglobina

Citocromo c’

C: Principalmente A: Fasciculada

Porina

C: Principalmente A: Barril

Hemopexina

C: Principalmente A: Hélice (propellor)

Pectato liasa

C: Principalmente A: Solenoide

Triosafosfatoisomerasa

C: y A: Barril

Inhibidor deribonucleasa

C: y A: Herradura

Lectina dePisum sativum

C: Sin estructura IIA: Irregular

Estructura cuaternaria

+

+

-

-

a) Más de un N-término en la reacción de Sanger

b) Disociación apreciable en electroforesis ante condiciones desnaturalizantes:

Proteína nativa

Proteína + SDS+ mercaptoetanol

Fuerzas que mantienen la estructura cuaternaria:

I. No covalentes

- Contactos hidrofóbicos- Enlaces de hidrógeno- Interacciones iónicas o salinas

II. Covalentes

- Enlace disulfuro- Enlace amida

Hemoglobina(forma desoxi-, T)

22

Concanavalina A(homotetrámero)

Aspartatotranscarbamilasa

(C3)2(R 2)3

Glucógeno fosforilasa(homotetrámero)

Desnaturalización de las proteínas

Consiste en la pérdida de todas las estructuras deorden superior (secundaria, terciaria y cuaternaria)quedando la proteína reducida a un polímero estadístico.

Consecuencias inmediatas son:

- Disminución drástica de la solubilidad de la proteína, acompañada frecuentemente de precipitación

- Pérdida de todas sus funciones biológicas

- Alteración de sus propiedades hidrodinámicas

Agentes desnaturalizantes

I. Físicos

1. Calor2. Radiaciones

II. Químicos: todos los agentes que rompen interacciones o enlaces presentes en la estructura nativa de la proteína:

1. Detergentes2. Urea y guanidina a altas concentraciones3. Altas concentraciones de sal y extremos de pH4. Reactivos de grupos -SH

HOCH2 CH2 SH

CH2 SH

HOCH

HCOH

CH2 SH

C O

NH2

NH2

C NH

NH2

NH2

O S

O

O

O-

2-mercaptoetanol

Ditiotreitol (DTT)

Dodecilsulfato sódico (SDS, laurilsulfato)

Urea

Guanidina

Agentes desnaturalizantes

El proceso de desnaturalización

Temperatura (uu.arbitrarias)

0 2 4 6 8 10 12

Vis

cosi

da

d in

trín

seca

, [ ]

0

1

La desnaturalizaciónes un procesocooperativo

N

C

65

72

268458

11095

40

26

40

58

65

72

84

95

110

SH

SH

SHSH

SH

SH

SH

SH

Urea 8M

Mercaptoetanol

NC

Experimento de Anfinsen, 1

Experimento de Anfinsen, 2

N

C

65

72

268458

11095

40

26

40

58

65

72

84

95

110

SH

SH

SHSH

SH

SH

SH

SH

Diálisis

Plegamiento o ensamblamiento de proteínas

1. AutoensamblamientoLa proteína se pliega sin ninguna otra ayuda

2. Ensamblamiento dirigidoLa proteína se pliega gracias a la acción deotras proteínas

Una proteína recién sintetizada posee solamentesu estructura primaria. Para que sea plenamentefuncional ha de plegarse correctamente en unaforma tridimensional única.

Proteínadesplegada(unfolded)

Glóbulofundido

(molten globule)

Proteínaplegada(folded)

1 2

Paso 1:Rápido (ms); nucleación de la proteína a través delas zonas hidrofóbicas de la estructura, lo cual permitela formación de estructuras secundarias, disulfuros ycis-prolinas. Hay enzimas que aceleran estos últimospasos.

Paso 2: Lento (s); Ya están presentes todos los elementos deestructura secundaria (hélices y láminas) y el interiorhidrofóbico presenta una cierta movilidad, que queda“congelada” al alcanzar el estado plegado

Proteínas tutoras o “chaperoninas”(Hsp: heat-shock proteins)

Hsp70 (DnaK): dependiente de ATP, proceso poco conocido

Hsp60 (GroEL) y Hsp10 (GroES): proceso dependiente deATP. La proteína desplegada o parcialmente plegada formaun complejo en la cavidad dejada por estas dos proteínas yadquiere la conformación correcta.

Estructura molecular de GroEL

Modificaciones covalentes de la estructura proteica

1. Fosforilación2. Acilación (miristilación)3. Prenilación4. Glicosilación (N- y O-)5. Unión covalente a ubicuitina6. Amidación C-terminal7. Carboxilación dependiente de vitamina K8. Escisión (Splicing) proteica

Fosforilación

C

HN

HC

C

NH

CH2 O P

O

O-

O-

O

O

C

HN

HC

C

NH

CH O P

O

O-

O-

O

O CH3

C

HN

HC

C

NH

O

O

CH2 O P

O

O-

O-

S T

YFosforilación deSer, Thr y Tyr

Tiene significado funcional,está producida por protein kinasas

Acilación (miristilación)

C

O

N CN C

H

O

H

R2

R1 O

Unión a una glicina N-terminal, en enlace amidacon el grupo -NH2 de ácido mirístico (C14)

Al parecer, sirve para el autoensamblamiento deestructuras supramoleculares (estructura cuaternaria, partículas víricas, etc.)

Prenilación

HC

OC

NH

CO

HN

OC

NH

COO-R3

R2

R1

HN

CO

CH2 SC

Secuencia consenso:

C-{DENQ}-[LIVM]-X

Tiene lugar en proteínasrelacionadas con sistemas detransducción de señales:ras, G, G, Rodopsina kinasa, cAMP fosfodiesterasa, etc.

NH

CH

CO

HN

OC

NH

CO

R2

R1

CH2CHNO

N C CH3

O

O

OH

OH

HOCH2

HN

OC

R3

Secuencia consenso:

N - {P} - [ST] - {P}

N-Glicosilación

Unión covalente a ubicuitina

CO

HN

OC

NH

CO

(CH2)4

HN

OC

R4

N

R1

C

O

HCH2 NH Ub

N C

O

HCH2 NH Ub

(CH2)4NC

O

H

UbUbUb

N-término

Residuo delisina

Ubicuitina:

Marca a las proteínaspara su degradación.

NHNH

NO

O CH2

NHN

O CO

NH2

TRH (Hormona liberadora de tirotropina)

Amidación C-terminal

Secuencia consenso:

X - G - [RK] - [RK]

-Carboxilación de glutamato(dependiente de vitamina K)

NH

CO

HN

HC

OC

NH

CO

CH2 CH2 COO-

R

R

NH

CO

HN

HC

OC

NH

CO

CH2 CH COO-

R

R

COO-

vit. K

Tiene lugar, entre otros, en algunos factores de la coagulación:protrombina, factores VII, IX y X, proteínas C, S y Z.

Escisión (splicing) proteica

Exteína Inteína Exteína1

Exteína Inteína Exteína2 COOH H2N

Exteína Exteína Inteína3 COOH H2N

Transpeptidación