Este documento describe la composición y estructura de las proteínas. Explica que las proteínas están compuestas por aminoácidos unidos por enlaces peptídicos, formando cadenas llamadas estructura primaria. Las proteínas adquieren estructuras secundarias, terciarias y cuaternarias mediante interacciones entre sus cadenas polipeptídicas. Además, detalla los diferentes niveles de organización estructural de las proteínas y los factores que estabilizan su conformación tridimensional.
2. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
TEMA
3.
Proteínas:
composición
y
estructura.
Enlace
pep)dico.
Pép0dos.
Niveles
de
organización
estructural
de
las
proteínas.
Estructura
primaria.
Proteínas
homólogas.
Estructura
secundaria,
terciaria
y
cuaternaria
de
las
proteínas.
Principales
mo0vos
de
estructura
secundaria:
hélices
alfa,
láminas
beta
y
giros
beta.
Fuerzas
que
estabilizan
la
estructura
tridimensional.
Desnaturalización
de
las
proteínas.
Principales
agentes
desnaturalizantes.
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Navas
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3. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
OBJETIVOS
• Reconocer
los
niveles
estructurales
de
las
proteínas.
• Comprender
el
concepto
de
homología.
• Familias
de
proteínas.
Ortólogos
y
parálogos.
• Diferenciar
las
dis0ntas
estructuras
secundarias.
• Comprender
los
factores
que
determinan
su
estructura
tridimensional.
• Relacionar
la
estructura
con
la
función
de
las
proteínas.
• Comprender
cómo
la
estructura
y
la
función
se
alteran
cuando
cambia
el
entorno
molecular.
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4. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
LOS
AMINOÁCIDOS
SE
PUEDEN
UNIR
POR
ENLACES
PEPTÍDICOS
Dos
aminoácidos
Eliminación
de
una
molécula
de
agua
Enlace
pep)dico
...
Formación
del
enlace
CO-‐NH
Extremo
amino
Extremo
carboxilo
GarreJ
and
Grisham.
Biochemistry.
4ª
ed.
2009.
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5. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
PEPTIDOS
Y
PROTEINAS
• PépOdo:
hasta
50
aminoácidos.
• OligopépOdo:
pép0do
pequeño.
• PolipépOdo:
pép0do
grande.
• Oligómero:
proteína
formada
por
subunidades
idén0cas
llamadas
protómeros.
• Proteínas
sencillas
y
conjugadas
(poseen
grupo
prostéOco).
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6. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
GLUTATIÓN
Glu-‐Cys-‐Gly
(L-‐glutamil-‐L-‐cisteinil-‐glicina)
• Principal
pép0do
de
las
células.
• Papeles
biológicos:
-‐
Defensa
celular
contra
compuestos
oxidantes:
H2O2
+
2GSH
GSSG
+
2
H2O.
-‐
Mantenimiento
de
las
proteínas
en
estado
reducido.
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7. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
PÉPTIDOS
PEQUEÑOS
CON
FUNCIONES
BIOLÓGICAS
IMPORTANTES
• Hormonas:
oxitocina
(9
aacs),
factor
liberador
de
0rotropina
(3
aacs).
• AnObióOcos.
• Venenos
(amani0na).
• Edulcorante
(aspartamo).
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8. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
PROTEÍNAS:
PRINCIPALES
POLÍMEROS
ESTRUCTURALES
Y
FUNCIONALES
DE
LOS
SERES
VIVOS
• Catálisis
de
reacciones
enzimá0cas,
transporte
de
vitaminas,
minerales,
oxígeno
y
combus0bles.
• Estructura
de
tejidos,
transmisión
nerviosa,
contracción
muscular
y
mo0lidad
celular.
• Coagulación
sanguínea,
defensas
inmunológicas,
hormonas
y
moléculas
reguladoras.
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9. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
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10. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
CLASIFICACIÓN
DE
PROTEÍNAS
SEGÚN
SU
GRUPO
PROSTÉTICO
CLASE
GRUPO
PROSTÉTICO
EJEMPLO
Lipoproteínas
Lípidos
B-‐Lipoproteína
Glucoproteínas
Carbohidratos
Ig
G
Fosfoproteínas
Fosfato
Caseína
leche
Hemoproteínas
Hemo
Hemoglobina
Flavoproteínas
Nucleó0dos
flavina
Succinato
DH
Metaloproteínas
Hierro
Ferri0na
Zinc
Alcohol
DH
Calcio
Calmodulina
Molibdeno
Dinitrogenasa
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11. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
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12. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
SECUENCIA
DE
LA
INSULINA
DE
VACA
La
insulina
0ene
dos
cadenas
unidas
por
dos
puentes
disulfuro.
La
cadena
A
0ene
21
aa
y
la
B
0ene
30
aa.
GarreJ
and
Grisham.
Biochemistry.
4ª
ed.
2009.
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13. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
Jesús
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14. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
Jesús
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15. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
NIVELES
DE
ORGANIZACIÓN
DE
LAS
PROTEÍNAS
Estruct.
Primaria
Estruct.
secundaria
Estruct.
terciaria
Estruct.
Cuaternaria
Aminoácidos
Hélice
alfa
Cadena
polipep)dica
Subunidades
ensambladas
Lehninger
Principles
of
Biochemistry.
5ª
ed.
Freeman,
2009.
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16. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
FACTORES
QUE
DETERMINAN
LA
CONFORMACIÓN
PROTEICA
• Además
de
la
estructura
primaria,
las
condiciones
csico-‐químicas
del
entorno:
el
pH,
concentración
salina,
temperatura
y
otros
factores
ambientales.
• Desnaturalización
es
la
pérdida
de
la
conformación
de
una
proteína.
• Una
proteína
desnaturalizada
pierde
su
ac0vidad
biológica.
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17. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
CARACTERIZACIÓN
DE
UNA
PROTEÍNA
• Composición
de
aminoácidos.
• Carga
eléctrica
(pI).
• Estructura
primaria,
secundaria,
terciaria,
y
en
las
proteínas
mul0méricas,
su
estructura
cuaternaria.
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18. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
ESTRUCTURA
PRIMARIA
• Sirve
para
entender
sus
propiedades
funcionales,
iden0ficar
la
familia
a
la
que
pertenece
y
describir
los
polimorfismos
y
las
proteínas
mutantes
que
causan
enfermedades
moleculares.
• Se
determina
a
par0r
de
la
secuencia
del
gen
o
secuenciando
la
proteína.
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19. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
LA
FUNCIÓN
DE
UNA
PROTEÍNA
DEPENDE
DE
SU
SECUENCIA
DE
AMINOÁCIDOS
• Cada
proteína
0ene
un
número
de
residuos
y
secuencia
carácterís0cos.
• Las
proteínas
con0enen
regiones
esenciales
para
su
función,
cuya
secuencia
se
encuentra
conservada.
• La
estructura
primaria
de
una
proteína
puede
variar
en
diferentes
especies
y
dentro
de
la
misma
especie
entre
individuos,
tejidos
del
mismo
individuo
y
fase
del
desarrollo
(el
20-‐30%
de
las
proteínas
humanas
son
polimórficas).
• Una
mutación
puntual
puede
producir
un
cambio
en
la
secuencia
de
aacs
que
resulta
en
una
proteína
defectuosa,
causando
una
patología.
En
otros
casos
se
producen
deleciones
(distrofina
en
la
enfermedad
de
Duchene).
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20. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
¿QUÉ
INFORMACIÓN
PROPORCIONA
LA
SECUENCIA
DE
AMINOÁCIDOS?
• Predicción
de
su
estructura
3D,
su
función,
localización
celular
y
su
evolución.
• Clasificación
de
las
proteínas
en
familias
(25%
de
iden0dad
mínima
para
pertenecer
a
la
misma
familia).
• Detección
de
mo0vos
relacionados
con
funciones
importantes
(localización
celular,
modificación
química
y
vida
media).
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21. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
PROTEÍNAS
DE
FUNCIÓN
SIMILAR
TIENEN
FRAGMENTOS
DE
SECUENCIA
SIMILARES
Sabiendo
la
secuencia
de
una
proteína,
se
puede
predecir
si
su
función
se
parece
a
la
de
proteínas
de
función
ya
conocida.
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22. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
PROTEINAS
HOMÓLOGAS
• Moléculas
homólogas:
derivan
de
un
antecesor
común.
• La
homología
se
manifiesta
por
una
similitud
significa0va
en
la
secuencia
de
nucleó0dos
y
aminoácidos,
casi
siempre
proyectada
en
la
estructura
3D
y
en
la
función.
• Proteínas
homólogas:
0enen
secuencias
de
aacs
y
funciones
semejantes.
• Homólogos
ortólogos:
homólogos
presentes
en
especies
dis0ntas,
con
funciones
idén0cas
o
similares.
• Homólogos
parálogos:
homólogos
presentes
en
la
misma
especie.
Se
diferencian
en
sus
funciones
bioquímicas
detalladas.
Ejemplo:
mioglobina
y
hemoglobina.
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23. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
Gen
ancestral
Especiación
Genes
ortólogos
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24. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
Gen
ancestral
Duplicación
génica
Genes
parálogos
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25. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
SECUENCIAS
DE
LA
MIOGLOBINA
HUMANA
Y
DE
CACHALOTE
(ORTÓLOGOS)
Mathews
&
Van
Holde.
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26. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
ALINEAMIENTO
DE
SECUENCIAS
DE
PROTEÍNAS
CON
EL
USO
DE
HUECOS
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27. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
Jesús
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28. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
ESTRUCTURA
SECUNDARIA
• Patrones
repe00vos
que
se
forman
al
plegarse
los
polipép0dos.
• Puede
predecirse
con
bastante
fiabilidad
a
par0r
de
la
secuencia.
• Tipos
de
estructura
secundaria
más
frecuentes:
Hélice
alfa,
lámina
plegada
β
y
giro
β.
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29. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
EL
ENLACE
PEPTÍDICO
ES
PLANO
Y
RÍGIDO
Los
seis
átomos
del
grupo
pep)dico
están
en
el
mismo
plano
debido
al
carácter
de
doble
enlace
parcial
del
enlace
pep)dico.
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2ª
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30. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
Un
doble
enlace
puro
C-‐O
permiOría
la
rotación
alrededor
del
C-‐N.
LA
RESONANCIA
DE
ELECTRONES
CONFIERE
AL
ENLACE
PEPTÍDICO
CARÁCTER
DE
DOBLE
ENLACE
PARCIAL
Un
doble
enlace
C=N
impediría
la
rotación
pero
en
ese
caso
habría
una
carga
neta
negaOva
en
el
O–
La
verdadera
densidad
electrónica
es
intermedia.
La
barrera
para
la
rotación
C-‐N
es
de
unos
88
kJ/mol,
que
es
suficiente
para
mantener
el
grupo
amido
en
un
plano.
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31. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
HAY
LIBRE
ROTACIÓN
ALREDEDOR
DE
LOS
ENLACES
Cα-‐CO
y
Cα-‐N
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DL
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Cox,
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32. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
Un
pép0do
puede
tener
varias
conformaciones
según
los
ángulos
Phi
y
Psi
(adopta
la
más
favorable
desde
el
punto
de
vista
energé0co
=
menores
impedimento
estérico
y
repulsión
electrostá0ca).
Planos
del
enlace
amida
Cadena
lateral
Aminoácidos
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33. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
HÉLICE
ALFA:
ESTRUCTURA
RÍGIDA
EN
FORMA
DE
VARILLA
QUE
SE
FORMA
CUANDO
UNA
CADENA
POLIPEPTÍDICA
SE
RETUERCE
EN
UNA
CONFORMACIÓN
HELICOIDAL
A
DERECHAS
Se
forma
un
puente
de
H
entre
el
CO
de
un
aminoácido
y
el
NH
del
cuarto
aminoácido
por
detrás.
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DL
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34. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
HÉLICE
ALFA
• Un
puente
de
H
entre
el
CO
de
un
aminoácido
y
el
NH
del
cuarto
por
detrás.
• 3,6
aacs
por
vuelta
de
hélice.
• 5,4
Amstrong
(0,15
nm)
de
distancia
entre
vuelta
y
vuelta.
• Dextrógira.
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35. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
Las
cadenas
laterales
sobresalen
de
manera
perpendicular
al
eje
de
la
hélice.
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DL
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36. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
FACTORES
QUE
AFECTAN
A
LA
ESTABILIDAD
DE
LA
HÉLICE
ALFA
• Repulsión
o
atracción
electrostá0ca
entre
residuos.
• Impedimento
estérico
(entre
residuos
adyacentes
y
entre
residuos
separados
por
3
ó
4
aminoácidos).
• La
prolina
y
la
glicina
0enen
un
efecto
desestabilizador
de
la
alfa
hélice.
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37. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
DOS
PROTEÍNAS
FORMADAS
MAYORITARIAMENTE
POR
HÉLICES
ALFA
Mioglobina
Bacteriodopsina
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38. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
CONFORMACIÓN
EN
LÁMINA
BETA
• Se
forman
cuando
se
alinean
de
lado
dos
o
más
segmentos
de
cadenas
polipep)dicas.
• Esqueleto
de
la
cadena
polipep)dica
extendido
en
zig-‐zag.
• Las
cadenas
polipep)dicas
en
zig-‐zag
se
disponen
de
manera
adyacente
formando
una
lámina
estabilizada
por
puentes
de
H.
• Láminas
beta
paralelas
(cadenas
orientadas
en
la
misma
dirección)
y
an0paralelas
(orientadas
en
direcciones
opuestas).
Jesús
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39. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
Hoja
beta
paralela
3
2
1
Hoja
beta
an0paralela
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R.H.
and
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C.M.
Biochemistry.
2ª
ed.
Saunders
College
Publishing.
1999.
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40. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
HOJA
BETA
ANTIPARALELA
C
N
C
N
C
N
Nelson,
DL
and
Cox,
M.M.
Lehninger
Principles
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Biochemistry.
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41. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
HOJA
BETA
PARALELA
N
N
N
Nelson,
DL
and
Cox,
M.M.
Lehninger
Principles
of
Biochemistry.
3ª
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Worth
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42. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
GIROS
BETA
• Son
elementos
de
conexión
entre
hélices
alfa
y/o
láminas
beta.
• Determinan
un
cambio
de
dirección
de
las
cadenas
polipep)dicas.
• Se
forma
un
puente
de
hidrógeno
entre
un
residuo
(n)
y
el
situado
tres
aminoácidos
después
(n+3).
• La
prolina
y
la
glicina
abundan
en
los
giros
beta.
Jesús
Navas
Méndez
43. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
GIRO
BETA
An0paralela
2
3
Paralela
1
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4
44. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
LA
PROBABILIDAD
DE
FORMAR
HÉLICE
ALFA
O
LÁMINA
BETA
ES,
EN
CIERTA
MEDIDA,
PREDECIBLE
A
PARTIR
DE
LA
SECUENCIA
DE
AMINOÁCIDOS,
SEGÚN
LOS
ÁNGULOS
Φ
Y
Ψ
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45. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
PUEDE
HABER
LARGOS
FRAGMENTOS
DE
PROTEÍNA
SIN
ESTRUCTURA
SECUNDARIA
DEFINIDA
Quimotripsina
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C.M.
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46. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
ESTRUCTURA
TERCIARIA
• Estructura
espacial
de
la
proteína.
• Depende
de
la
secuencia
de
aacs
y
puede
predecirse.
Se
determina
por
difracción
de
RX.
• MoOvo:
patrón
de
plegamiento
caracterís0co
que
aparece
en
varias
proteínas.
• Dominio:
región
de
la
cadena
polipep)dica
que
puede
plegarse
de
manera
estable
e
independiente.
Jesús
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47. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
Determinación
de
la
estructura
de
una
proteína
por
difracción
de
rayos
X.
Jesús
Navas
Méndez
48. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
ESTRUCTURA
TERCIARIA
DE
LAS
PROTEÍNAS
• Cada
proteína
posee
una
única
estructura
3D.
• La
estructura
3D
de
una
proteína
depende
de
la
secuencia
de
aacs.
• La
función
de
una
proteína
depende
de
su
estructura
3D.
• La
estructura
3D
se
estabiliza
mediante
enlaces
disulfuro
y
fuerzas
no
covalentes.
• Dentro
de
la
gran
variedad
de
las
proteínas
se
reconocen
algunos
patrones
estructurales
comunes.
Jesús
Navas
Méndez
49. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
FUERZAS
QUE
ESTABILIZAN
LA
ESTRUCTURA
TERCIARIA
Asp
Cys
S
Cys
2
Tyr
CO
O-‐
COO
-‐
S
1
Glu
Val
OH
3
+
NH
3
Lys
4
CH3
CH3
CH3
H
O
Ser
CH3
Phe
1.
Puentes
di-‐sulfuro.
2.
Atracción
electrostá0ca.
3.
Puentes
de
hidrógeno.
4.
Interacción
hidrofóbica.
Jesús
Navas
Méndez
Ile
50. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
• Proteínas
naOvas
son
las
que
se
encuentran
en
su
conformación
funcional
plegada
(la
más
estable).
• Las
interacciones
que
estabilizan
la
conformación
na0va
de
una
proteína
son
los
puentes
disulfuro
y
las
interacciones
no
covalentes.
• La
conformación
más
estable
es
la
que
permite
la
formación
del
máximo
número
de
puentes
de
hidrógeno
dentro
de
la
proteína.
• En
general
los
residuos
hidrofóbicos
quedan
orientados
hacia
el
interior
de
la
proteína,
lejos
del
contacto
con
el
entorno
acuoso.
Los
residuos
hidroclicos
quedan
orientados
hacia
el
exterior.
Jesús
Navas
Méndez
51. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
La
secuencia
de
aminoácidos
permite
predecir
con
cierta
aproximación
la
estructura
tridimensional
de
dominios
no
muy
grandes
de
proteínas.
GarreJ,
R.H.
and
Grisham,
C.M.
Biochemistry.
2ª
ed.
Saunders
College
Publishing.
1999.
Jesús
Navas
Méndez
52. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
ORTÓLOGOS
Y
PARÁLOGOS
TIENEN
ESTRUCTURAS
TERCIARIAS
SEMEJANTES
(Stryer,
2002)
Jesús
Navas
Méndez
53. Bioquímica
Estructural
y
Metabólica
Tema
3.
Proteínas:
composición
y
estructura
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