2. ESTRUCTURA DE LOS  -AMINOÁCIDOS C  (central) Grupo amino Grupo carboxilo Átomo de Hidrógeno Cadena lateral R R  C H NH 2 COOH

3. AMINOÁCIDOS PRESENTES EN LAS PROTEÍNAS “ Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern Addison Wesley 2002

4. El más pequeño Flexibilidad estr. Hidrofobicidad (interior de prot.) Dificulta el plegamiento AMINOÁCIDOS ALIFÁTICOS “ Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern Addison Wesley 2002

5. AMINOÁCIDOS AROMÁTICOS Hidrófobo Ligeramente hidrófobos Interacciones hidrofóbicas Puentes de Hidrógeno Actividad Enzimática Absorben la luz en el UV (280 nm) “ Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern Addison Wesley 2002

6. AMINOÁCIDOS CON OH O S Cadenas débilmente polares (algo hidrófilos) Pueden formar puentes de H con el agua Dos cys pueden formar un puente o enlace disulfuro “ Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern Addison Wesley 2002

7. AMINOÁCIDOS BÁSICOS El menos básico Cat. Enzimát. (H + ) Carga + a pH fisiológico Muy polares, en la superficie de proteínas “ Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern Addison Wesley 2002

8. AMINOÁCIDOS ÁCIDOS Y SUS AMIDAS Carga - a pH fisiológico Polares, cadena lateral sin carga Hidrófilos, en la superficie de proteínas “ Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern Addison Wesley 2002

10. Ciclo del Nitrógeno

11. Ciclo del nitrógeno Nitrato NO 3 - Nitrógeno orgánico + reducido + oxidado Amonio Amonificación Nitrito NO 2 Nitrificación por bacterias Nitrificación por bacterias NO N 2 Nitrógeno molecular Desnitrificación por bacterias en ausencia de oxígeno Fijación de N 2 N 2 O

12. ORGANISMOS FIJADORES DE NITRÓGENO - Cianobacterias o algas verdeazules - Bacterias libres del suelo - Bacterias asociadas a raíces de plantas leguminosas Actinomicetes, hongos asociados con raíces de árboles maderables

13. Bacterias fijadoras de Nitrógeno Nitrógeno atmosférico Bacterias nitrificantes (Nitrobacter) Bacterias nitrificantes (Nitrosomonas ) Nitrito Nitrato Plantas Superiores Animales Superiores Aminoácidos Amoníaco, urea Ciclo del Nitrógeno L.G.H.M. N 2 NH 3 NO - 2 NO - 3

15. Aminoácidos como precursor de compuestos nitrogenados Proteínas Dietéticas Proteínas corporales Síntesis de aminoácidos no esenciales Reserva de Aminoácidos

17. ESTEREOQUÍMICA DE LOS AMINOÁCIDOS ISÓMEROS “ Bioquímica” Stryer, Berg y Tymoczko Ed. Reverté, S.A. 2003 Los aminoáciods son estructuras tetraédricas

18. La estructura tridimensional es de crucial importancia para la función b) En perspectiva Representación : a) Tridimensional “ Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern Addison Wesley 2002

19. CADENAS LATERALES DE LOS AA ALIFÁTICOS (Gli, Ala, Val, Leu, Ileu, Pro) AROMÁTICOS (Phe, Tyr, Trp) GRUPOS OH, S (Ser, Treo, Cys, Met) BÁSICOS (His, Arg, Lys) ÁCIDOS Y SUS AMIDAS (Asp, Glu, Apn, Gln) AA RAROS 4-hidroxiprolina  -hidroxilisina AA NO PROTEICOS Ac.  -aminobutírico D-Ala, D-Glu

20. “ Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002 AA MODIFICADOS AA NO PROTEICOS D-Ala, D-Glu H 3 N-CH 2 -CH 2 -CH 2 -COO - + Ac.  -aminobutírico ( ) 2 L-Homoserina L-Ornitina OH 4-OH prolina OH  -hidroxilisina

22. Algunos aminoácidos modificados postraduccionalmente

24. AMINOÁCIDOS QUE NO ESTÁN EN PROTEÍNAS

27. CURVAS DE TITULACIÓN Gli

28. Curva de titulación del Glu

29. Curva de titulación de la His

30. Los procesos bioquímicos se producen in vivo , en el margen de pH fisiológico próximo a 7 pKa de los grupos carboxilo  2 (a pH 7 ha perdido el protón) pKa de los grupos amino  10 (a pH 7 está protonado)

31. “ Bioquímica” Stryer, Berg y Tymoczko Ed. Reverté, S.A. 2003

33. SEPARACIÓN DE PROTEÍNAS CROMATOGRAFÍA EN COLUMNA Las diferentes proteínas se retrasan según sus interacciones con la matriz, de acuerdo a su carga, hidrofobicidad, tamaño o unión a grupos químicos http://www.accessexcellence.org/AB/GG/cellBreak1.html Muestra aplicada El solvente se aplica contínuamente a la boca de la columna Matriz sólida Tapón poroso Tubo de ensayo tiempo Moléculas fraccionadas eluídas y recogidas

34. TRES CLASES DE CROMATOGRAFÍA EN COLUMNA A) Intercambio iónico : en base a la carga Depende del pH y de la fuerza iónica B) Filtración en gel : en base al tamaño C) de Afinidad : Flujo de solvente Partícula cargada positivamente Molécula cargada negativamente unida Molécula cargada positivamente libre Flujo de solvente Partículas porosas Molécula pequeña retrasada Molécula grande no retrasada Flujo de solvente Partícula con sustrato unido covalentemente Molécula de enzima unida Otras proteínas pasan de largo http://www.accessexcellence.org/AB/GG/cellBreak1.html

35. A: CROMATOGRAFÍA DE INTERCAMBIO IÓNICO (Ej: intercambio catiónico) Las proteínas se separan según su carga a un pH determinado

36. B: CROMATOGRAFÍA DE FILTRACIÓN O EXCLUSIÓN MOLECULAR Las proteínas se separan según su tamaño

37. ELECTROFORESIS EN ACETATO DE CELULOSA

38. ELECTROFORESIS EN GEL ELECTROFORESIS EN GEL : Tras aplicar un campo eléctrico las proteínas migran en función del tamaño y de la carga (solubiliza proteínas) Electroforesis en SDS-PAGE http://www.accessexcellence.org/AB/GG/cellBreak1.html

39. Determinación de la masa molecular de una proteína por la técnica del SDS-PAGE

40. PÉPTIDOS Y ENLACE PEPTÍDICO Los péptidos se forman por la unión de los aminoácidos mediante enlaces covalentes de tipo amida llamados enlaces peptídicos OLIGOPÉPTIDOS (<20 aa) POLIPÉPTIDOS (20-50 aa) PROTEÍNAS (>50 aa)

42. Carácter parcial de doble enlace “ Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002 Átomos coplanares Carácter parcial de doble enlace

43. TETRAPÉPTIDO

44. Enlaces peptídico LIBRE ROTACION EN TORNO AL CARBONO α

46. HIDRÓLISIS DE LOS ENLACES PEPTÍDICOS Todas estas enzimas son muy útiles en investigación bioquímica para la fragmentación controlada de polipéptidos Calentando a ebullición (110ºC) en medio ácido (HCl 6M) o base fuerte Hidrólisis específica Química: BrC=N (-Met-CO-  ) Enzimática (Proteasas): Tripsina (-Arg -CO-  , -Lys-CO-  ) Quimotripsina (-aa hidrófobos-CO-  ) Carboxipeptidasa A (libera el aa C-terminal)

47. PÉPTIDOS CON ACTIVIDAD BIOLÓGICA HORMONAS: Insulina y glucagón (metab. de la glucosa) ANTIBIÓTICOS: Gramicidina S VENENOS:  -amanitina NEUROPÉPTIDOS: Encefalinas ANTIOXIDANTE: Glutation (  -glutamil-cisteinil-glicina)

48. Tyr-Gly-Gly-Phe-Met Met-encefalina Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu Leu-encefalina INSULINA GLUTATION L-Leu D-Phe L-Orn L-Pro L-Pro L-Val D-Phe L-Orn L-Leu Gramicidina S

59. Clases de proteínas en función de su estructura FIBROSAS: Forman largos filamentos u hojas Poseen un solo tipo de estructura secundaria (laminar ó helicoidal) GLOBULARES: Se pliegan en forma esférica o globular Poseen varios tipos de estructura secundaria Suelen presentar otro tipo de estructura secundaria (codos o giros  )

61. LAS PROTEÍNAS POSEEN 4 NIVELES DE ORGANIZACIÓN ESTRUCTURAL: PRIMARIA : Secuencia de aminoácidos. Enlaces covalentes (enlaces peptídicos y localización de puentes disulfuro) SECUNDARIA : Plegado local (no incluye cadenas laterales) TERCIARIA : Plegado global CUATERNARIA : Asociación de cadenas 2 NIVELES ESTRUCTURALES ADICIONALES: ESTRUCTURA SUPERSECUNDARIA DOMINIO

64. Variación en la Secuencia de aminoácidos en una proteína

65. CONFORMACIÓN PROTEICA: DISPOSICIÓN ESPACIAL DE LOS ÁTOMOS DE UNA PROTEÍNA LA INFORMACIÓN QUE CONTIENE LA SECUENCIA DE AMINOÁCIDOS DICTA EL MODO EN QUE LA PROTEÍNA SE PLIEGA EN SU ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL , LA CUAL A SU VEZ DETERMINA LA FUNCIÓN DE LA PROTEÍNA La cadena de aminoácidos se encuentra parcialmente enrollada en regiones de estructura regular. A este plegado regular local se denomina ESTRUCTURA SECUNDARIA Estas regiones se pliegan a su vez formando una estructura compacta específica. Este nivel superior de plegado es la ESTRUCTURA TERCIARIA

69. DISPOSICIÓN EN LÁMINA PLEGADA  U HOJA  El esqueleto de la cadena polipeptídica se encuentra extendido y dispuesto en zig-zag “ Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002 FUERZAS QUE LA ESTABILIZAN Puentes de hidrógeno intercatenarios entre cadenas distintas o regiones alejadas de una misma cadena que se pliega Se establecen de forma perpendicular al eje de la cadena Las cadenas implicadas forman una hoja o plano plegado como un acordeón Los grupos R de los aminoácidos sobresalen de la estructura en direcciones opuestas, alternando arriba y abajo

70. AMINOÁCIDOS QUE FAVORECEN LAS ESTRUCTURAS  Secuencias con restos poco voluminosos (Gly, Ala) TIPOS DE LÁMINA  PARALELAS : las cadenas están en el mismo sentido ANTIPARALELAS : las cadenas están en sentido inverso

74. ESTRUCTURA DE LAS FIBRAS DE COLÁGENO “ Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002 Repulsiones entre Pro e OH-Pro Enlaces cruzados (Lys-OHLys)(Lys-Lys) Dan dureza Puentes de H intercatenares ESTABILIZADA POR: Tropocolágeno

75. Estructuras secundarias y propiedades de proteínas fibrosas Estructura Características Ejemplos de ocurrencia  hélice, entrecruzada Rígido, estructuras  queratina del pelo, plumas por puentes disulfuro protectoras insolubles uñas de dureza y flexibilidad variables Conformación  Filamentos suaves y Fibroína de la seda flexibles Colágeno hélice Resistencia a la alta Colágeno de los tendones, triple tensión, sin estiramiento matriz de los huesos. Las proteínas fibrosas son insolubles en agua.

77. ESTRUCTURA TERCIARIA Se debe a la formación de enlaces débiles entre grupos de las cadenas laterales de los aminoácidos

78. ESTRUCTURAS CARACTERÍSTICAS DE LAS PROTEÍNAS GLOBULARES

79. PLEGAMIENTO O ENSAMBLAMIENTO DE PROTEÍNAS 1. Autoensamblamiento La proteína se pliega sin ninguna otra ayuda 2. Ensamblamiento dirigido La proteína se pliega gracias a la acción de otras proteínas Una proteína recién sintetizada posee solamente su estructura primaria. Para que sea plenamente funcional ha de plegarse correctamente en una forma tridimensional única.

82. Los defectos en el plegamiento de proteínas pueden ser fatales. Ej: La enfermedad de los priones (Enfermedad de las vacas locas en bovinos y Creutzfeldt-Jakob en humanos). En general, se trata de encefalopatías enpongiformes . Son causadas por la proteína prion.

84. COORDINACIÓN DEL HIERRO EN LA OXIMIOGLOBINA Coordinación octaédrica del átomo de hierro Bolsillo del hemo “ Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002

86. DESNATURALIZACIÓN DE LAS PROTEÍNAS Consiste en la pérdida de todas las estructuras de orden 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

87. DESNATURALIZACIÓN TÉRMICA DE LA RIBONUCLEASA Desnaturalización Renaturalización Molécula nativa Molécula desnaturalizada “ Bioquímica” Stryer, Berg y Tymoczko Ed. Reverté, S.A. 2003

88. ESTRUCTURA CUATERNARIA Unión de varias cadenas polipeptídicas (subunidades ó monómeros) Especialmente enlaces débiles La proteína completa se llama oligomérica ó polimérica Posibilita la existencia de fenómenos de cooperatividad y alosterismo

89. LA HEMOGLOBINA Se encuentra en células especializadas, los eritrocitos Une oxígeno en los pulmones y lo transporta, vía sangre arterial, a los tejidos donde lo libera Además, une CO 2 procedente del metabolismo en los tejidos, y lo transporta, vía sangre venosa, a los pulmones para ser eliminado “ Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002

90. ESTRUCTURA DE LA HEMOGLOBINA (Hb) “ Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002 Tetrámero (  ,  ) 2 cuyas subunidades son similares a la Mb

91. TRANSPORTE DE OXÍGENO POR LA HEMOGLOBINA La Hb capta oxígeno cuando es abundante (pulmones P O2 100 mm Hg) y lo cede cuando disminuye (capilares P O2 30 mm Hg) La curva de unión del oxígeno a la Hb es SIGMOIDEA: Este comportamiento se debe a fenómenos de COOPERATIVIDAD en la unión de oxígeno. Cada molécula de Hb tiene 4 lugares de unión de O 2 . La unión del primer O 2 produce un cambio conformacional en la molécula, lo que facilita la unión de los siguientes y viceversa “ Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002 P O2 en los tejidos P O2 en los pulmones

92. FENÓMENOS DE COOPERATIVIDAD En el tetrámero de Hb (  )2, las cadenas  /  establecen interacciones fuertes . Al pasar del estado desoxigenado al oxigenado se produce un cambio estructural que afecta, sobre todo, a la interacción entre subunidades ( estructura cuaternaria ). Un par  /  rota y se desliza respecto al otro En menor medida cambia la estructura terciaria de cada subunidad “ Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002

93. CAMBIOS ESTRUCTURALES QUE ACOMPAÑAN A LA UNIÓN DEL OXÍGENO El paso de la forma desoxigenada a la oxigenada explica la unión cooperativa del oxígeno : 1. Se rompen una serie de puentes salinos y enlaces de hidrógeno que afectan a los C-terminales 2. Se crean otros enlaces dando lugar a la conformación más laxa llamada forma relajada ( R ) Por tanto , la entrada del primer O 2 es más difícil porque han de romperse enlaces iónicos entre subunidades. El resto de las moléculas de O 2 encuentran los enlaces rotos y la situación espacial es más favorable Cuando sale el O 2 la Hb vuelve a su conformación desoxi o forma tensa ( T ) restableciéndose los puentes salinos)

94. ¿CÓMO SE COMUNICA LA ENERGÍA DE LA UNIÓN DE O 2 AL CAMBIO CONFORMACIONAL Existe un reordenamiento de la estructura terciaria y también de la cuaternaria “ Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002 “ Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002

98. Unión del 2,3-BPG a la desoxihemoglobina “ Bioquímica” Mathews, van Holde y Ahern. Addison Wesley 2002