Tema 4 Aminoacidos

Question 1

Funciones de las proteínas

Answer 1

 Catálisis (enolasa en la ruta glicolítica y la ADN polimerasa en la replicación del ADN)

 Transporte y reconocimiento molecular (hemoglobina, lactosa permeasa)

 Función estructural (colágeno y queratina)

 Desplazamiento a nivel celular o macroscópico (miosina y actina). Los aminoácidos que constituyen las proteínas definen sus propiedades

Question 2

Las proteínas contienen alfa o beta aminoacidos

Answer 2

Las proteínas son heteropolímeros lineales de alfa aminoácidos. También existen beta aminoácidos, pero estos no fueron seleccionados para constituir la vida (porque la beta no permite el plegamiento).
Tienen propiedades ácidobase (debido a la presencia de grupos amino y carboxilo), capacidad para polimerizar, etc.

Question 3

Estructura de los aminoacidos

Answer 3

El carbono α siempre tienen 4 sustituyentes, y tienen una geometría tetraédrica. Excepto la prolina, todos tienen un grupo ácido: un grupo carboxilo, un grupo básico: un grupo amino, localizado a la izquierda, un hidrógeno, localizado al lado derecho, y un sustituyente (R), que es único en cada aminoácido.

Tienen estructura tetraédrica (carbono con hibridación sp3). Todos tienen un grupo carboxílico y un grupo amino (excepto la prolina). En la prolina el R se condensa con el grupo amino, es un iminoácido.

Question 4

Aminoácidos D o L

Answer 4

El carbono α al estar sustituido asimétricamente puede ser D o L, es por ello por lo que todos los aminoácidos excepto la glicina (donde R es un átomo de H), tienen actividad quiral, sin embargo, las proteínas solo contienen L-aminoácidos. Todos los aminoácidos que forman las proteínas son L-aminoácidos y todos tienen actividad quiral excepto la glicina (su R es -H por lo que tiene dos sustituyentes iguales).

Question 5

Porque los aminoácidos son ácidos diproticos

Answer 5

A pH muy ácidos el grupo carboxilo está como -COOH y el grupo amino estará protonado. A pH muy básico el grupo amino se encontrará como -NH2 y el carboxilo estará ionizado. Los aminoácidos se comportan como ácidos dipróticos.
Algunos de ellos en su R tienen un grupo funcional que es ácido y se conocen como aminoácidos ácidos (Aspártico y glutámico).
Cuando ambos grupos se encuentran cargados, y la carga neta del aminoácido es 0, encontramos el aminoácido en forma de Zwitterion, que es la forma que podemos encontrar a temperatura y pH fisiológicos.

Los aminoácidos pueden nombrarse de dos maneras distintas:

• Tomamos como C1 el que contiene el grupo carboxilo, debido a que es el más oxidado, de forma que el carbono central, es el C2.
• Tomamos el carbono central como carbono α. Los aminoácidos se nombran desde el -COOH hasta el final. También hay una nomenclatura alfa, beta, gamma

Question 6

Clasificación de los aminoacidos

Answer 6

 No polares: alifáticos y aromáticos
 Polares: sin carga, con carga positiva, con carga negativa

Los aminoácidos pueden clasificarse en 5 grupos según los sustituyentes (R) que porten:

• Apolares (hidrofóbicos) alifáticos: glicina, alanina, prolina, valina, leucina, isoleucina, metionina.
• Apolares (hidrofóbicos) aromáticos: fenilalanina, tirosina, triptófano
• Polares sin carga: serina, treonina, cisteína, asparagina, glutamato.
• Polares con carga positiva: lisina, arginina, histidina.
• Polares con carga negativa: aspartato, glutamato.

Question 7

Apolares alifaticos

Answer 7

La glicina es un aminoácido que casi no tiene volumen y le va a dar flexibilidad a la cadena polipeptídica. La glicina al tener poco volumen ofrece una gran flexibilidad conformacional.

La prolina es un iminoácido que tienen imposibilitado el giro entre el Cα y el N, lo cual restringe la flexibilidad de la cadena polipeptídica.

Tanto la glicina como la prolina se encuentran en los acodamientos de las proteínas.

La metionina tiene una cadena más larga (interacciones hidrofóbicas mayores).

Question 8

Aminoacidos aromaticos

Answer 8

Las cadenas hidrofóbicas aromáticas contribuyen a esconderse del medio polar, por lo que propulsan el plegamiento de la cadena polipeptídica.

Tienen cadenas hidrofóbicas y aromáticas que contribuyen a esconderse del medio polar (propulsan el plegamiento de la cadena polipeptídica por hidrofobicidad). Estos aminoácidos absorben rayos UV. La tirosina tiene un grupo -OH (se fosforila).

La tirosina y el triptófano son capaces de absorber luz ultravioleta a 270280 nm. El triptófano es capaz de absorber más que la tirosina, pero la tirosina es más abundante que el triptófano.

Question 9

Polares sin carga

Answer 9

Son todos alifáticos. Serina y treonina tienen grupos -OH (se fosforilan). La cisteína tiene un grupo tiónico (-SH) que puede formar puentes de hidrógenos, pero fundamentalmente forma puentes disulfuro: unión de 2 cisteínas (unión covalente muy fuerte). Estas uniones se forman para darle estabilidad a la conformación, aparece especialmente en
proteínas de secreción.
La serina y la treonina pueden ser fosforiladas por quinasas. Todos los aminoácidos polares sin carga forman puentes
de H.
La cisteína es capaz de formar puentes disulfuro una vez se alcanza la conformación de la proteína para dar estabilidad. La serina, la treonina, la asparagina y el glutamina pueden formar puentes de hidrógeno.

Question 10

Polares cargados positivamente

Answer 10

La arginina tiene un grupo guanidinio. Son básicos.
Se encuentran en la superficie de las moléculas, y son aminoácidos muy básicos.
La histidina tiene el pKR más bajo que el pK2, y es capaz de aceptar y ceder protones en el pH fisiológico

Question 11

Polares cargados negativamente

Answer 11

Son ácidos. Tienen una cadena más o menos larga en cuyo extremo hay un grupo carboxilo terminal. Se encuentran en la superficie de las moléculas y en centros activos de enzimas.

Question 12

Que aportan los aminoácidos para la evolucion

Answer 12

Hay proteínas muy similares llamadas proteínas homólogas que pueden estar en organismos distintos. Las diferencias entre proteínas indican divergencia evolutiva y las similitudes pueden indicar parentesco evolutivo entre organismos.

PAM: porcentaje de mutaciones aceptado en una proteína para mantener la función biológica. Se determina la diferencia entre dos especies determinando la filogenia en base a las diferencias entre proteínas.

Se llaman proteínas homólogas derivadas de un gen ancestral a aquellas proteínas que se parecen mucho. Las secuencias de proteínas homólogas de diferentes especies pueden ser analizadas para encontrar diferencias que indiquen divergencias evolutivas. El análisis de familias de proteínas puede indicar relaciones evolutivas entre
organismo, así como los aminoácidos críticos para llevar a cabo la función de la proteína.

 Sustitución de aminoácidos: se pueden sustituir a veces en la síntesis proteica.
A menudo en la naturaleza encontramos sustitución de aminoácidos. Las más frecuentes son:
- Glicina (G) = Alanina (A) = Serina (S)
- Alanina (A) = Valina (V)
- Valina (V) = Isoleucina (I) = Leucina (L) = Metionina (M)
- Isoleucina (I)= Leucina (L) = M (Metionina) = Tirosina (Y) = Fenilalanina (F) = Triptófano (W)
- Lisina (K) = Arginina (R) = Histidina (H)
- Aspartato (D) = Glutamato (E) = Glutamina (Q) = Asparagina (N)
- Serina (S) = Treonina (T) = Glutamina (Q) = Asparagina (N)

Question 13

Como se mide la escala de hidrofobicidad

Answer 13

La escala de hidrofobicidad se basa en el reparto de un grupo apolar con agua, es decir, si el aminoácido tiende a ser polar o apolar. Cuanto mayor sea su tendencia termodinámica por las fases apolares, más hidrofóbico será.

El plegamiento de las cadenas polipeptídicas ocurre en medios polares, habiendo una tendencia termodinámica de determinar las posiciones de los residuos de la proteína que tienden a irse al entorno hidrofóbico.

La hidrofobicidad es la fuerza motriz que hace que una proteína adquiera su forma.

La variación de energía libre se utiliza para representar las escalas de hidrofobicidad. Los aminoácidos se pueden calcificar según su hidrofobicidad.

Hay aminoácidos como fenilalanina (Phe) que son muy hidrofóbicos, es decir, que tienen una gran tendencia termodinámica a escapar del medio polar.

La escala de hidrofobicidad depende del medio apolar que se utilice para determinarla

Question 14

Aminoácidos modificados

Answer 14

Además de los20 aminoácidos esenciales, existen los denominados aminoácidos modificados, que no se encuentran en el código genético, pero pueden ser encontrados en las proteínas.

Es por ejemplo el caso de la 5hidroxilisina o la 4hidroxiprolina, que se encuentran en el colágeno.

Una vez que los aminoácidos esenciales se unen para formar la cadena polipeptídica, pueden sufrir modificaciones postraduccionales, en las que se le pueden añadir grupos funcionales. Estas modificaciones pueden ser reversibles, como la fosforilación o permanentes, como la hidroxilación.

La serina, treonina y tirosina pueden ser fosforilados por quinasas. La fosforilación introduce carga negativa y cambia la conformación espacial de la proteína, de manera que permite abrir o cerrar el centro activo de la proteína.

pKa: El ambiente químico afecta a los valores de pKa, de manera que un grupo α-carboxilo es mucho más ácido que los ácidos carboxílicos, esto se debe al efecto inductivo del grupo amino, y en sentido contrario, el grupo α-amino es ligeramente menos básico que las aminas.

Question 15

Ionización de los aminoacidos

Answer 15

Los aminoácidos son ácidos dipróticos (como mínimo), debido a que tienen un grupo carboxilo y un grupo amino.

El grupo carboxilo de los aminoácidos es más ácido que el ácido acético, debido al efecto inductivo por el grupo amino. También el grupo amino es más ácido y, por tanto, menos básico, que otros grupos amino. Una vez se libera el protón del grupo ácido, hay que aumentar mucho el pH para que el grupo amino libere el protón.

También este grupo amino es más ácido y, por tanto, menos básico, que otros grupos aminos como el de la metilamina.

El pH determina la carga del aminoácido y esto condiciona la movilidad electroforética del aminoácido:
○ A pH ácido tanto el grupo carboxilo como el amino están protonados y el aminoácido está cargado
positivamente y migrará al cátodo.
○ A pH básico el grupo carboxilo está desprotonado y el grupo amino está comoNH2. El aminoácido tendrá
carga negativa y migrará al ánodo.
○ A pH neutro, el grupo carboxilo está desprotonado, peor el grupo amino está protonado. En esta forma, el aminoácido esté en forma de zwitteriónica, y no tiene carga neutra, además no tiene movilidad
electroforética. Esto ocurre en el punto isoeléctrico.

El estado de ionización del aminoácido depende del pH del medio.
Estos aminoácidos tienen capacidad tamponante, excepto cuando están en forma de zwitterion.

El punto isoeléctrico se calcula haciendo la semisuma de los dos pK entre los que está el zwitterion. Por ejemplo, la glicina, que solo tiene un grupo -COOH y un grupo amino.

El punto isoeléctrico es cuando el aa está al 100% en forma zwitterion y no migra en un campo eléctrico. El punto isoeléctrico se calcula haciendo la semisuma de los dos pK entre los que está el zwitterion

Question 16

Aminoácidos diaminocarboxilicos

Answer 16

Existen aminoácidos diaminomonocarboxílicos (lisina, arginina, histidina) que tienen 3 grupos ionizables. En el caso de la histidina (caso particular), a pH muy ácido se encuentra completamente protonado con dos cargas positivas.

Aumentando el pH, el carboxilo cede el protón (pKa1). Antes de que el grupo amino ceda el protón, se desprotona el imidazol al aumentar el pH. Si seguimos aumentando el pH, el 100% del imidazol se ha desprotonado y el aminoácido está en su punto isoeléctrico (PI).

Si se sigue aumentando el pH se comienza a ionizar el grupo amino y
empieza a aparecer la carga negativa. En este caso el punto isoeléctrico (PI) está entre pKr y pK2.

Los ácidos monoamino dicarboxílicos, como el ácido aspártico o el ácido glutamato, siguen un procedimiento parecido. El carboxilo adicional de la cadena R es menos ácido que el ácido principal, que se ioniza
primero a pK1, después se ioniza el carboxilo de R a pKR y después el grupo amino pK2.

El punto isoeléctrico está entre pK1 y pKR. Para calcular el punto isoeléctrico de aminoácidos con cadenas disociables, hay que identificar la forma del aminoácido para el que la carga neta es cero, identificar los dos pK entre los que se encuentra y calcular la media de esos dos pK.

Question 17

Reactividad del ácido carboxilico

Answer 17

Formación de amidas (con grupo amino, enlace peptídico) o formar ésteres (al reaccionar con un alcohol para proteger la reactividad del grupo carboxilo).

Question 18

Reactividad del grupo amino

Answer 18

El grupo amino también se puede proteger.
Otra reacción muy importante es con aldehídos formando bases de Schiff (R-CO- NH2).
También puede reaccionar con ninhidrina, de forma que se descarboxila o desamina y da un color púrpura, excepto
la prolina, que al ser un iminoácido da color amarillo.

Question 19

Reactividad de los puentes disulfuro

Answer 19

Puentes disulfuro: oxidación de tioles – reducción de puentes disulfuro
Entre dos cisteínas espacialmente próximas. Se forma una “grapa” conformacional. Aparece en proteínas que se secretan especialmente. Se forma con proteindisulfuroisomerasa.

La beta mercaptoetanol (saber estructura). Se utiliza para hacer electroforesis para romper los puentes disulfuro (romper puentes y separar cadenas polipeptídicas).

Cuando dos cisteínas están próximas espacialmente, la enzima disulfuroisomerasa forma una unión covalente, formando puentes disulfuro entre ambas cisteínas. Se trata de un proceso de oxidación de los tioles para formar una cistina.

Estas uniones son muy resistentes, y por eso aparecen en proteínas que deben ser secretadas, para que, de esa forma, sean resistentes a las proteasas, a cambios de temperatura, a cambios de pH…

El β mercaptoetanol y la protein disulfuro isomerasa (PDI) se utilizan para hacer electroforesis para romper los puentes disulfuro, y de esa forma, revertir una situación en la que la cadena polipeptídica se despliega o se separa de la otra.

Question 20

Reacción de ellman

Answer 20

El DTNB (ácido 5,5’ditiobisnitrobenzoico) reacciona con grupos tiólicos libres para generar ácidos trinitrobenzoicos.

Por cada mol de cisteína se libera un mol de ácido trinitrobenzoico.
Se utiliza para saber cuántas cisteínas hay libres en la estructura.
Con βmercaptoetanol te da 16 cisteínas, ya que todas las cisteínas de la proteína, es decir, las que formaban puentes se han separado y con DTNB te da 10 cisteínas que están libres. Es decir, hay 6 cisteínas formando puentes y por tanto 3 puentes.

Question 21

Como se forma el enlace peptidico

Answer 21

El enlace peptídico se produce por una reacción de condensación entre dos aminoácidos por la que se forma un enlace de tipo amida denominado enlace peptídico, de esta forma, se forma un dipéptido.

Reacción de deshidratación para formar un enlace amida. El orden de unión es importante (no es lo mismo R1-R2 que R2-R1). Se bloquea el grupo amino que no quieres que reaccione y el grupo carboxilo que no quieres que reaccione y obligas la formación del enlace peptídico en un orden determinado.

Para que reaccionen en sentido R1 R2, el grupo amino del primer aminoácido (R1), y el grupo carboxilo del segundo aminoácido (R2), deben estar protegidos, de lo contrario, podrían reaccionar en sentido R2 R1, y se formaría una proteína diferente.

Question 22

Como se nombran los peptidos

Answer 22

Para nombrar péptidos, los aminoácidos que acaban con enlace peptídico terminan el -il y el último aminoácidolleva su nombre sin sufijo. Se nombra desde N-terminal a C-terminal. También se puede usar el código de 3 letras y el de una letra.

Los polipéptidos se nombran dejando el grupo amino terminal libre a la izquierda, y el grupo carboxilo terminal libre a la derecha. El nombre completo del aminoácido consiste en nombrar a los aminoácidos unidos por enlaces peptídicos en orden terminando sus nombres en -il, y el último con su nombre.

Para péptidos largos, se utiliza el código de una letra. Éste último es el método más nombrado para nombrar polipéptidos.

Question 23

Como es el esqueleto polipeptidico geometricamente

Answer 23

Se concluye que el enlace peptídico es una estructura resonante entre dos estructuras electrónicas extremas. Ya que el C-N tiene características de doble enlace (el enlace CN tiene propiedades típicas de un enlace doble), el C tiene hibridación trigonal y sus orbitales están en el mismo plano. Esta geometría provoca que todos los orbitales estén en el mismo plano, y por ello también los 6 átomos, lo que provoca que el enlace peptídico sea rígido.

El enlace peptídico puede formarse tanto en cis como en trans, aunque la gran mayoría de los aminoácidos se unen por enlaces peptídicos en trans, debido a que, si fuera en cis, habría impedimento para formar más enlaces por los radicales. El enlace peptídico es rígido y se puede sintetizar tanto en cis como en trans (isomería). Todos los átomos
que forman el enlace peptídico están en el mismo plano. Además, el enlace peptídico es muy polar. Por cada unidad de enlace peptídico hay dos posibles formadores de puentes de H (N y O).

La única excepción es la prolina, que forma enlaces en cis, debido a que tienen el grupo amino bloqueado.

Se sintetiza siempre en trans ya que si se hiciese en cis habría un mayor impedimento estérico. La única excepción es la prolina. La prolina tiene el NH ocupado y hay unas enzimas (PPI: peptidil-prolil-cis-trans-isomerasas) que van a catalizar su síntesis en forma cis.

Question 24

Gráficos de ramancharan

Answer 24

Aun así, no hay tantas posibilidades de giro como se espera debido al impedimento estérico (experimentos con alanina-gráficos de Ramachandran). Se miden los valores de phi y psi que permitían dos enlaces peptídicos de alanina.

Las zonas blancas del gráfico son imposibles, pues no se pueden colocar estéticamente los átomos de esa manera. La intensidad de las regiones indica la presencia de puentes de H u otras interacciones que estabilizan la estructura.

En cambio, con glicina, casi todos los plegamientos son posibles y por ello este aminoácido se encuentra en los acodamientos de proteínas (da flexibilidad). En estos acodamientos también hay prolina porque rigidifica la estructura.

La alanina y la fenilalanina ocupan el mismo espacio conformacional (el benceno está separado del esqueleto con -CH2). Si no existiese esta separación y el anillo del benceno estuviese cerca del esqueleto sí limitaría la estructura.

Por ello, a fenilalanina tiene las mismas posibilidades conformacionales que la alanina.

Es decir, solo son posibles algunas combinaciones de giros porque puede haber colisiones. Algunas combinaciones son más favorables por la formación de puentes de hidrógeno intracatenarias como en la alfa hélice o con otras cadenas, como en la lámina beta. Alfa hélice y lamina beta son estructuras periódicas.

Las combinaciones más favorables son las que permiten que se formen puentes de hidrógeno.

Question 25

Funciones de los peptidos

Answer 25

 Hormonas y feromonas: como la insulina, oxytocina
 Neuropéptido: sustancia P
 Antibióticos: polimixina B (para Gram negativas) y bacitracina (para Gram positivas)
 Protección (toxinas): amanitina (setas), conotoxina, clorotoxina (escorpiones)

Los péptidos tienen múltiples funciones, como, por ejemplo, formar hormonas como la insulina (aunque algunos autores la consideran proteína por su tamaño), la oxitocina entre otros, formar neuropéptidos, formar antibióticos, o tienen función protectora, actuando como toxinas.

Question 26

Como se produce el plegamiento proteico

Answer 26

El plegamiento proteico es un proceso espontáneo en la mayoría de las proteínas, debido a que es un proceso termodinámicamente favorable, ya que, en contacto con el agua, los polipéptidos generan un aumento entrópico de las moléculas de agua.

Esto define la conformación y el plegamiento de la mayoría de las macromoléculas, de manera que los grupos apolares quedan en el interior de la molécula, y los grupos polares quedan en el exterior.
El plegamiento proteico se da por efecto hidrofóbico y es espontáneo para la mayoría de las proteínas porque es termodinámicamente favorable (aumento de la entropía del agua donde se encuentran).

Se forma un núcleo hidrofóbico (R apolares) con una superficie hidrófila (R polares que pueden formar puentes de hidrógeno).

Este plegamiento está determinado por fuerzas de naturaleza no covalente. Las interacciones electrostáticas dependen de la cte dieléctrica y ganan valor en el interior hidrofóbico (donde esta constante es más pequeña).

Estas interacciones se dan entre grupos cargados permanentemente. En la superficie de la proteína se darán con dipolos de agua. También encontramos puentes de hidrógeno e interacciones de Van der Waals que son aditivas y contribuyen para la estabilidad del interior formando alfa hélices y beta láminas.

La conformación es la forma que ocupan en el espacio las macromoléculas, y viene determinada por fuerzas de naturaleza no covalente de tipo intermolecular, como son:

Question 27

Que fuerzas generan un plegamiento proteico

Answer 27

• Interacciones hidrofóbicas: son fundamentales para el plegamiento de la proteína. Se producen gracias a la ganancia entrópica del disolvente.

• Interacciones carga-carga: aparecen en la superficie, pero tiene más importancia en el interior hidrofóbico.

• Interacciones por puentes de hidrógeno: pueden darse entre átomos de dos enlaces peptídicos, entre átomos de un enlace peptídico, y aminoácidos de las cadenas laterales, o entre las cadenas laterales de dos aminoácidos. Son las encargadas de formar las estructuras secundarias de las proteínas. Los puentes de H se pueden formar: entre átomos de dos unidades peptídicas, entre una unidad peptídica y un R y entre dos R.
Por último, también se pueden formar puentes disulfuro (entre dos cisteínas) que contribuyen a la estabilidad de la proteína.

• Interacciones de Van der Waals: se producen en el núcleo hidrofóbico. Son aditivas, es decir, cuantos más átomos hay, más importantes son.

Este tipo de fuerzas ganan valor cuando se producen en el interior hidrofóbico de la molécula, debido a que la constante dieléctrica es más pequeña que en el exterior

Question 28

Desnaturalizacion de proteinas

Answer 28

La función de la proteína depende de su estructura tridimensional, por lo tanto, la pérdida de la misma conlleva la pérdida de su actividad, es decir, su desnaturalización.

La conformación de las proteínas depende de fuerzas intermoleculares, que son estables en un rango de pH y temperatura. Las proteínas tienen actividad biológica cuando adquieren su conformación.

Las proteínas pueden ser desnaturalizadas por cambios de temperatura bruscos (tanto por el frio como por el calor), valores de H extremos, disolventes orgánicos, debido a que cambian la polaridad del medio, y agentes caotrópicos, como la urea o el cloruro de guanidina, que rompen puentes de hidrógeno.

La estructura primaria de las proteínas es la que determina su conformación. Esto se demostró con el experimento del plegamiento de las ribonucleasas.

El experimento consiste en colocar en un medio polar ribonucleasas puras, y añadir urea para romper puentes de hidrógeno y βmercaptoetanol para romper puentes disulfuro. Con ambos compuestos se pretende destruir la conformación de la proteína, y así desnaturalizarla.

A continuación, se quita la urea y el βmercaptoetanol, lo que provoca que la proteína se vulva a plegar, y adquiere la misma conformación que teína al principio. Además, recupera la actividad biológica.

Experimento de Anfinsen: se coge la ribonucleasa (tiene 8 cisteínas) y se desnaturaliza por urea. Al quitar la urea del medio, la cadena polipeptídica se vuelve a plegar (renaturalización). Además de urea se añade betamercaptoetanol, que rompía los puentes disulfuro.

Las proteínas se pliegan muy rápidamente. Para una proteína de 100 aminoácidos el plegamiento es 5s. Cada aminoácido tiene 10 conformaciones posibles y para explorar cada una de ellas se necesitan 10-13 segundos. Es decir, que una proteína de 100 aas no podría plegarse en 5s (Paradoja de Levinthal). Hay un camino termodinámico que va determinando el proceso de plegamiento, es decir, no es aleatorio.

Question 29

Paradoja de levinthal

Answer 29

Las proteínas se pliegan hasta conseguir la forma de menor energía y entropía posible en muy poco tiempo.

La paradoja de Levinthal propone que es matemáticamente imposible que el plegamiento proteico ocurra por conformaciones al azar hasta que se encuentra la de menor energía. Esto se debe a que la búsqueda de la conformación de menor energía no es un proceso aleatorio, sino que es un proceso termodinámicamente favorable.

Además, las proteínas comienzan a plegarse según salen del ribosoma formando núcleos estructurales.

Los dominios son las unidades individuales de plegamiento de una proteína.

El proceso de plegamiento sigue ciertas rutas que lo favorecen:
 Nucleación de estructuras secundarias
 Colapso hidrofóbico
 Catalizadores del plegamiento (PDI, PPI, etc.)
 Plegamiento asistido por chaperonas
Embudos de energía: cada uno define un tipo de plegamiento

Question 30

Chaperonas

Answer 30

Muchas veces las proteínas requieren de ayuda para alcanzar el plegamiento nativo de la proteína, y para evitar las interacciones no deseadas. Para ello, intervienen las chaperonas moleculares, que pueden ser de dos tipos:

○ Chaperonas: previenen vías improductivas de plegamiento, y evitan la formación de agregados. Las más importantes son la familia de las HSP70.

○ Chaperoninas: este tipo de proteínas no evitan que las secuencias hidrofóbicas interaccionen con otros grupos, sino que generan un espacio donde las condiciones son óptimas para que se produzca el
plegamiento. Las más importantes son GroEL en bacterias, y HSP60 en mamíferos.). No tratan de evitar interacciones, sino que aportan una cámara donde la proteína está aislada, no puede interaccionar con
nadie y allí se pliega. Es un toroide formado por dos cámaras (7subunidades cada una)

Question 31

Patologías asociadas al mal plegamiento de las proteinas

Answer 31

Las amiloidosis son patologías ligadas al plegamiento proteico, debido a que se generan fibras amiloides que son citotóxicas. Este tipo de fibras se pueden encontrar tanto dentro como fuera de la célula y son las causantes de Múltiples patologías.

Cuando se produce la deposición de fibras amiloides, se debe a que se están produciendo plegamientos anormales de cadenas polipeptídicas. Normalmente estos acúmulos son de estructuras β.

 Extracelular: acumulaciones fuera de la célula. Por ejemplo: Alzheimer, diabetes tipo 2 (se acumula amilina alrededor de las células pancreáticas). La acumulación de fibras amiloides en el medio extracelular es la causa del Alzheimer (placas β amiloides)
 Intracelular: Huntington, Parkinson, Demencia Fronto-temporal (acumulación de Tau). La acumulación de fibras amiloides en el medio intracelular es la causa de la enfermedad de Huntington (huntingtina), el Párkinson (αsinucleina), o la Demencia Frontotemporal (Tau).
Estas fibras se forman por plegamiento incorrecto de la cadena polipeptídica.
En general son acúmulos de láminas beta, que tienden a asociarse unas con otras. Cuando el RE no puede replegar más proteínas dispara la UPR (Unfolded Protein Response): puede darse de dos formas. Por un lado, se transcriben genes de chaperonas y se para la traducción de proteínas. Se disparan procesos de autofagia (degradación lisosomal de proteínas) o se degradan en la proteasoma proteínas poliubiquitinadas.

La función de la proteína viene determinada por la secuencia de aminoácidos y no por el grupo prostético.

Cuando se producen situaciones de estrés celular, la célula mira cuantas proteínas mal plegadas tiene, y desencadenar la respuesta a proteínas desplegadas (UPR Unfolded Protein Response) para evitar el plegamiento, de forma que:
○ Aumenta la transcripción de chaperonas, con el objetico de evitar que se produzcan plegamientos imperfectos.
○ Disminuye la síntesis de proteínas, con el objetivo de que NO se sigan produciendo proteínas mal plegadas.
○ Se inician procesos de autofagia.
○ Se marcan proteínas con ubiquitina para que puedan ser eliminadas en la proteasoma

Question 32

Secuenciacion de proteinas

Answer 32

La secuenciación de proteínas es un proceso esencial para el análisis bioquímico. En la actualidad, las secuencias se determinan a partir de secuencias de ADN, aunque existen otros métodos como son la degradación de Edman, que es el método clásico, o usando la espectrometría de masas, que es el método moderno.

Primero se secuencia el ADN y se mira en la base de datos. Después se lleva a cabo la secuenciación de proteínas (unos 40 aas) mediante proteasas (algunas cortan por el carboxilo y otras por el amino). Se lee de N-terminal a Cterminal.

Para secuenciar péptidos y proteínas se utilizaban proteasas para cortar cadenas polipeptídicas y de esa forma averiguar la estructura primaria de las proteínas. Dos proteasas importantes son:
• Tripsina: corta por el carboxilo terminal en residuos de lisina o arginina. Los cortes terminan siempre por
lisina o arginina, excepto el último, que no tiene por qué acabar en estos aminoácidos.
• Quimiotripsina: corta fenilalanina, triptófano y tirosina por el carboxilo terminal.
• Pepsina: corta por el aminoácido terminal en residuos con cadenas aromáticas, como son la fenilalanina, el triptófano o la tirosina. Los cortes empiezan siempre por fenilalanina, triptófano o tirosina, excepto el primero, que no tiene por qué empezar en estos aminoácidos.

Si digerimos con tripsina una proteína y obtenemos 4 residuos diferentes, sabemos que todos acaban por lisina o arginina menos uno, que contiene el codón terminal. Hacemos otro corte con otra enzima y vamos observando donde se producen los cortes y enlazando unos con otros.

Question 33

Degradación de edman

Answer 33

Rondas sucesivas de modificaciones del extremo N-terminal, cortes e identificación. Se puede usar para identificar proteínas con una secuencia conocida.

La degradación de Edman consiste en marcar y eliminar únicamente el residuo del extremo N-terminal de un polipéptido y deja el resto de los enlaces peptídicos intactos.

Con los péptidos acortados se utiliza la técnica HPLC para separarlos, cada péptido se introduce en un secuenciador y se hace reaccionar con el fenil-lisotiocinato por el extremo N-terminal (amino terminal) a elevado pH. Se hidroliza el segundo enlace peptídico y se libera de la cadena el último aminoácido.

Junto con el derivado del aminoácido que se obtiene, surge anilinatiazolinona, y luego fenilatiohidantoina. Con eso se realiza una cromatografía y dependiendo del tiempo que tarde se sabe de qué aminoácido se trata.

Utilizando esta técnica, no se puede saber el orden de los péptidos, por lo que se debe realizar la digestión de la proteína con proteasas para saber el orden de los péptidos.

Question 34

Espectometria de masas

Answer 34

Es el método más moderno, permite determinar modificaciones post- traduccionales. Se corta la proteína con tripsina y se meten los pequeños péptidos en el espectrómetro de masas, se ionizan y obtienes el número de péptidos de la proteína hidrolizada y la masa de cada péptido. La estructura primaria de la proteína es única y tiene
su huella peptídica propia

Se comienza digiriendo la proteína con tripsina para obtener péptidos más pequeños de esa proteína. Estos péptidos se introducen en un espectrómetro de masas. Estas técnicas se basan en la idea de que la estructura primaria de una proteína es única, por lo tanto, la huella peptídica también lo es.

○ MALDI-TOF (matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight): esta técnica requiere poner los péptidos previamente digeridos en una matriz, y con un pulso de láser, se ionizan los péptidos, que viajan hasta el detector, que proporciona las masas de los péptidos. Según su carga y su masa tardará más o menos en ser detectado por el espectrómetro. Se comparan los resultados obtenidos con las bases de datos.

○ ESI MS (Electrospray ionization ion-trap mass spectrometry): esta técnica requiere meter los péptidos o una proteína pequeña a través de una aguja con alto potencial, donde se ionizan, y llegan al detector, que proporciona las masas de los péptidos. Se usa una aguja a alto potencial (ionizas la proteína directamente).
En ambos casos, se compara el espectro experimental con el espectro de las bases de datos (que están digeridos por las mismas proteasas).

○ MS/MS en tandem: la fragmentación se produce con dos espectrómetros de masa acoplados. El segundo corta enlaces peptídicos para permitirle leer la estructura primaria del péptido. Estos dispositivos indican directamente de qué proteína se trata. El elctrospray además se puede complementar con el espectrómetro,
aumentando algunas de las zonas de masas, de manera que permite descubrir la estructura primaria de los péptidos.

Question 35

Síntesis quimica de proteinas

Answer 35

La síntesis química de péptidos se hace desde el extremo carboxilo terminal hacia el extremo amono terminal, es decir, al contrario de cómo se produce en la naturaleza.

Es una síntesis de C terminal a N terminal (al contrario que la biológica). Se utiliza Fmoc para bloquear los grupos que no queremos que formen enlaces. Al final se trata con fluorhídrico y se eliminan los grupos de protección.

Esto sirve para modificar y mutar una proteína. Sintetizas un péptido que tenga parte de la estructura primaria de la proteína y con animales puedes obtener anticuerpos contra ella. Se purifica la proteína, etc.
Este proceso requiere que los grupos que no interesa que reaccionen estén protegidos o bloqueados por Fmoc, ya que así se consigue que los aminoácidos se una en el orden que se desea.

Cuando se ha conseguido el péptido se deben retirar los grupos de protección.