Este documento trata sobre las proteínas. Explica que las proteínas son moléculas grandes compuestas de cadenas de aminoácidos que desempeñan funciones importantes como catalizar reacciones, transportar moléculas, y replicar DNA. Las proteínas se clasifican en fibrosas, globulares, conjugadas y membránicas dependiendo de su estructura y función. La secuencia de aminoácidos determina la estructura tridimensional de una proteína y su actividad biológica.

1. Proteínas
Bioquímica, CHEM 4220
Universidad Interamericana de PR
Recinto de Bayamón
Prof. J. Roberto Ramirez Vivoni
Prof. Alberto L. Vivoni Alonso
Versión 2014

2. ¿Que son proteínas?
• - son moléculas grandes, de origen biológico, y que
consisten de una o más cadenas (polímeros) de
aminoácidos.
• - desempeñan muchas funciones en los organismos vivos
entre las cuales se encuentran catalizar de reacciones
participar en metabolismos, responder a estímulos,
replicar DNA, transportar moléculas de un lugar del
organismo a otro, unir tejidos y muchas otras.
• - difieren de una a otra principalmente por la secuencia
de los aminoácidos, que es contralada por la secuencia de
nucleótidos en los genes. La secuencia particular resulta
en un doblamiento de la proteína a una estructura
tridimensional específica que determina su actividad.

3. Clasificación de proteínas
 Fibrosas – proteínas estructurales organizadas en
fibras o láminas con un solo tipo de estructura
secundaria. Insolubles en agua. Ejemplos: queratinas
(pelo, uñas), miosinas (músculos), colágeno
 Globulares - proteínas celulares solubles. Poseen
estructura tridimensional. Ej. Enzimas, hemoglobina,
insulina, caseina en la leche
 Conjugadas – Contienen grupos prostéticos (un
grupo no-amino adicional)
 Proteínas membránicas – se encuentra atravesando
la membrana celular

4. • Apoproteína : La porción polipeptídica de una
proteína, no incluye grupos prostéticos.
• Haloproteína : Proteína activa con todos los
componentes: polipétido, grupos prostéticos,
sacáridos, etc.
Proteínas conjugadas

5. Mioglobina - una proteína conjugada

6. • ….. una proteína globular de una sola hebra
polipeptídica con 153 AA y que contiene el grupo
prostético “hemo” en el centro.
• La apoproteina se envuelve alrededor del hemo.
• La proteina exhibe ocho (8) helices α, y un
espinazo hidrofóbico.
• Su peso molecular es 16,700 Dal..
• Es el pigmento que almacena el oxígeno en los
músculos.
Mioglobina

7. Funciones de proteínas
• Enzimas: todas las enzimas, catalizadores de reacciones
metabólicas, son proteínas globulares.
• Anticuerpos: (inmunoglobulinas): son proteínas creadas en
respuesta a antígenos foráneos que incluyen bacterias y viruses.
Cada anticuerpo posee regiones que se pegan a un antígeno y lo
destruyen o lo remueven del cuerpo.
• proteínas de transporte: Ejemplos son hemoglobina y mioglobina
que transportan oxígeno.
• proteínas regulatorias: Estas controlan muchos aspectos de las
funciones celulares incluyendo metabolismo y reproducción. Por
ejemplo las hormonas que son proteínas como insulina, glucagon,
oxitocina y otras regulan procesos metabólicos.

8. Funciones de proteínas 2
• proteínas estructurales: Estas son
principalmente proteínas fibrosas. Se incluyen
queratinas (Pelo y uñas), tendones, proteínas
musculares, del corazón, lengua y otras.
• proteínas de movimiento: Especialmente activas
en músculos que expanden y contraen. Otras
como espermas (flagella)
• Nutrientes: Sirven como fuente de aminoácidos.
Albumina del huevo y caseína en la leche son
ejemplos de proteínas nutrientes.

9. Repaso estructura péptidos

10. Síntesis de proteínas por traducción

11. Representación de proteínas

12. Estructura de proteínas
 4 niveles de complejidad o estructura.
 “proteína nativa” se refiere a una
proteína con la estructura y forma en
que funciona biológicamente en la
célula.

13. Estructura primaria de proteínas
• ….. es la secuencia de aminoácidos en
la cadena del polipéptido.
• ….. es el resultado de traducción
("translation”) de información
genética.
• Cada proteína posee una estructura
primaria que define su forma y
función.

14. Estructura primaria: terminal C y N

15. Determinación de Estructura Primaria
• Hidrólisis total (6N HCl) por varias horas y análisis
cuantitativo de los AA libres indica cuales y con que
frecuencia cada AA se encuentra en el péptido.
• Aplicación del método de Edman (o degradación de
Edman) permite determinar el AA en el terminal N, y
luego asi uno a uno. Se puede analizar un péptido de
129 AA en dos horas por métodos automáticos.
• Espectrometría de masa/masa acoplada
• Del código genético

16. Estructura secundaria de proteínas
• La secuencias de AA se dobla en estructuras
repetitivas.
• Se mantiene por muchos puentes de H entre el
H amídico y el oxígeno del carbonilo de otra
unidad. (4 piezas alejado)
• Regiones diferentes pueden tener diferentes
estructuras secundarias o ninguna.
• Las dos estructuras mas comunes son: el hélice
α y la lámina plegada β.

17. Hélice α
• Se forma un espiral de derecha, como un
tornillo común.
• El oxígeno de cada grupo carbonilo está
unido por un puente de H con un H amído
que queda 4 AA alejado
• Los muchos puentes H logran una
estructura fuerte.
• Cada vuelta cubre 5.4Å, y posee 3.6 AA.
• Los grupos R quedan hacia afuera.

18. Hélice α

19. Cálculo en hélice alfa
• Determine la longitud (an Angstroms) de una
pieza con contiene 8 AA’s.
• Un Angstrom = 10-9
metros

20. Vista lateral – distancia entre H y O de
los puentes H es aprox 2.0 Å

21. Hélice α vista desde arriba

22. Hélice α
i
La estructura secundaria mas común y frecuente es el α hélice con las
siguientes características:
• Arrollamiento helicoidal (hélice dextro)
• El espinazo lo sostienen puentes de hidrógeno entre cada H del grupo
amídico con cada oxígeno del carbonilo.
• El puente de H ocurre con el grupo cuatro (4) grupos aparte
• La distancia que se repite el hélice es de 5.4Å, hay 3.6 AA por vuelta

23. Referencias sobre hélice α
• http://webhost.bridgew.edu/fgorga/proteins/
alpha.htm
• http://www.youtube.com/watch?
v=eUS6CEn4GSA

24. Lámina plegada β -hebras conectadas
lateralmente por 5 o mas puentes H
(tipico 5 a10) formando lámina torcida

25. Lámina plegada β
• Puede tener dos (2) orientaciones:
• Con los terminales N juntos: una lámina
plegada paralela
• Alineada con terminal C y N juntos:
lámina plegada anti-paralela

26. Lámina plegada β anti-paralela

27. Anti-paralela y paralela
i

28. Lamina plegada

29. Polipéptido con helice, lámina y
conectores

30. Se puede estimar de una forma semi-cuantitativa, el
contenido de la estructura secundaria de un
biopolímero (ej. Esta proteína es 40% hélice-α y 20%
lamina plegada-β). Esto se logra espectroscópicamente
ya que se observan diferencias en la absorción de
hélices y láminas plegadas. También se utiliza la
Resonancia Magnética Nuclear.

31. Estructura 3°: globulares y fibrosas
i
Proteinas Globures Proteinas fibrosas
1. Estructura compacta Estructura extendida
2. Soluble en agua Insoluble en agua
3. Estructura secundaria compleja Estructura secundaria
simple (helices y laminas)
4. Estructura cuaternaria se mantiene Estructura cuaternaria se
a base de fuerzas no-covalentes mantiene a base de puntes
covalentes
5. Actuan en toda función del Estructurales: tendones,
metabolismo: enzimas, transporte, huesos, músculo,
hormonas, etc ligamentos, pelo, piel
6. Se desnaturalizan fácilmente No se desnaturalizan con
Facilidad

32. Estructura terciaria de proteínas
• La mayoria de proteínas celulares son
solubles en la citoplasma y son globulares.
• Estas poseen una estructura tri-dimensional
(terciaria) distinta de la secundaria.
• La hebra polipeptídica, con sus regiones de
hélices y láminas, se envuelve alrededor de si
de forma espontánea (estructura nativa).

33. La queratina en el pelo es fibrosa
Seda: proteína fibrosa en forma de lámina
plegada β antiparalela. Glicina hace 50%
de AA y el otro 50% son alanina y serina. La
seda no se estira fácilmente.

34. Explicación Est. 3°

35. Fuerzas que mantienen est. 3° en globulares
 Fuerzas London (van der Waals) entre
grupos R que son no-polares e
hidrofóbicos.
 Puentes H entre grupos R polares.
 Puentes salinos entre AA de carga
opuesta
 Puentes disulfuros entre cisteinas
(cistina)

36. Fortaleza de fuerzas intramoleculares
en Kcal/mol
• E
• Puente salino (enlace iónico) ~150
• puente de Hidrógeno 10-16
• Fuerzas London < 1
• Puente disulfuro (S-S) 60
• Otros enlaces covalentes: C-N 65;
C-C 80 ; C=C 145 ; C-H 98

37. Interacciones hidrofóbicas (London)

38. Puentes de hidrógeno

39. Puentes salinos

40. Puentes disulfuros (cistinas)

41. Est. 3°

42. Fuerzas intramoleculares

43. La conformación típica de la proteína en su ambiente celular se
conoce como estado nativo o conformación nativa. Se asume
que esta es la conformación mas estable termodinámicamente.

44. proteínas globulares
• La estructura terciaria determina la función
biológica de la proteína.
• Mayormente los grupos R no-polares
(hidrofóbicos) quedan en el interior de la
estructura, unidos de cerca y lejos del agua.
• Grupos R polares y con carga quedan en la
superficie.
• Son extremadamente compactas.
• Prolina interrumple la hélice y frecuentemente
se encuentra en los conectores.

45. ESTRUCTURA TERCIARIA DE PROTEINAS
GLOBULARES
I
• La ET es principalmente determinada por la estructura primaria.
• Puede, parcialmente, predecirse dicha ET De la secuencia de AA
• También entra en juego el ambiente inmediato
• En proteínas globulares, interacciones terciarias se estabilizan por
la colocación de residuos de AA hidrofóbicos en el interior donde
agua es excluida
• De esta manera hay un enrequicimiento de residuos de AA
polares en el exterior (exposición a agua)
• Comúnmente puentes disulfuro asisten a la estabilización

46. proteínas fibrosas
• …… son proteínas estructurales ordenadas
en fibras o láminas que poseen un solo tipo
de estructura secundaria.
• Ejemplos son las queratinas que cubren el
pelo, uñas, pezuñas, lana; miosinas en los
músculos; colágeno, la más abundante
proteína en el cuerpo humano en
tendones, piel, vasos sanguineos.

47. Tropocolágeno – triple hélice de
izquierda, cada tercer AA es glicina

48. Queratinas
• ….. son proteínas fibrosas utilizadas por animales como elemento
estructural. Son proteínas fuertes e insolubles. Hay dos tipos α- y β-
queratinas.
• Las α-queratinas se ven en mamíferos; las β-queratinas en aves y
reptiles.
• Las α-queratinas son hélices que se redoblan entre ellas formando
filamentos. Estas proteínas contienen una porción alta de cisteínas
(puentes disulfuro), resultando en una estructura rígida. El pelo
humano es aprox 14% cisteína.
• α-queratinas se encuentran en la epidermis lo que hacen la piel fuerte
e hidrofóbica. En las partes donde hay exposición a presión y abrasión
(ej manos y pies), la cantidad de células con queratina aumenta y se
crean callos. La células con queratina se desprenden y son
reemplazadas constantemente (caspa).
• Las β-queratinas tienen una estructura de lámina plegada β que está
torcida, no tienen puentes de disulfuro y son mas fuertes que α-
queratinas.

49. Es exoesqueleto de la langosta es un
ejemplo de queratina

50. Proteínas globulares o esferoproteínas son
más solubles en agua
i

51. Estructura cuaternaria
 Algunas proteínas no se componen de un solo
polipéptido sino que son el agregado de varios
péptidos (quizas mas pequeños). Ej hemoglobina.
 La asociación de varios polipéptidos para formar
una proteína funcional define la estructura
cuaternaria.
 Las fuerzas que mantienen la est.4° son las
mismas de las ests. 3°.

52. proteínas conjugadas
• En algunos casos la estructura cuaternaria de
una proteína funcional incluye un grupo no-
protéico.
• Este grupo se conoce como un grupo
prostético.
• Ejemplos son el grupo “heme” en
hemoglobina que carga oxígeno; grupos
sacáridos en glucoproteínas que sirven de
receptores en la superficie celular.

53. Tetrámero de Hemoglobina

54. Grupo “heme” : porfirina con Fe

55. • Oxígeno , O2
• Monóxido de carbono , CO
• Cianuro , -
CN
Afinidades del grupo hemo

56. Otras proteínas conjugadas
i
• Glucoproteinas – proteinas conjugadas con
grupos sacáridos
• Lipoproteínas – proteínas asociadas a lípidos

57. Glucoproteína – oligosacárido unido
por terminal N de asparagina

58. Glucoproteína transmembránica con
oligosacáridos unidos a Asn, Thr o Ser

59. i

61. Desnaturalización de proteínas globulares
Desnaturalización ocurre cuando las estructuras
2° y 3° se desorganizan y se pierde la forma
nativa por ende su función.
 Temperatura
 pH
 solventes orgánicos y detergentes
 metales pesados
 estrés mecánico

62. Desnaturalización

63. Efecto de temperatura

64. Coagulación - ocurre cuando las
hebras desnaturalizadas se entrelazan
y se hacen insoluble

65. Efecto de pH (pH óptimo para función
biológica)

66. Desnaturalización por ácido o base

67. Desnaturalización por alcohol

68. Desnaturalización por agentes
reductores

69. Desnaturalización por metales
• Sales de metales pesados desnaturalizan similar a
ácidos y bases ya que las sales interrumpen los
puentes salinos de proteínas. La reacción de una
sal metálica usualmente forma una sal insoluble.
• Sales metálicas son Hg+2
, Pb+2
, Ag+1
, Cd+2
, y otras
• Usos medicinales son uso de AgNO3 para
infecciones topicales, y “mercurocromo” para
desinfectar heridas.
• En caso de envenenamiento agudo con metales
pesados, un antídoto común es administrar
proteína clara de huevo (albúmina) y luego
vomitar.

70. Resumen
• Proteínas tienen funciones biológicas
específicas.
• Hay fibrosas y globulares
• La globulares poseen estructuras 1°, 2° y 3°, a
veces 4°.
• Grupos prostéticos no son de AA
• Proteínas globulares pueden desnaturalizarse