Proteínas: estructura, síntesis y procesamiento

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Un breve resumen sobre la estructura, síntesis y procesamiento de proteínas

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Proteínas: estructura, síntesis y procesamiento

  1. 1. Dra Evelin RojasDra Evelin Rojas Septiembre 2013Septiembre 2013 Proteínas: Estructura, síntesis yProteínas: Estructura, síntesis y procesamientoprocesamiento
  2. 2. Biopolímeros (macromoléculas orgánicas): aminoácidos Elevado peso molecular. Básicamente: Carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N). Pueden contener: azufre (S) ; fósforo (P) hierro (Fe++ ), cobre (Cu ++ ), magnesio (Mg++ ), yodo (Y), etc... PROTEÍNAS. DEFINICIÓN Y CARACTERÍSTICAS
  3. 3. Expresan la información genética dictada por los ácidos nucleicos.  Materiales de construcción y reparación de sus propias estructuras celulares. Sólo excepcionalmente sirven como fuente de energía.  Desempeñan diferentes actividades biológicas. PROTEÍNAS. DEFINICIÓN Y CARACTERÍSTICAS
  4. 4. FUNCIONES
  5. 5. Según su función biológica Catalíticas, de transporte, estructurales, hormonales u otras. Según su composición Simples y conjugadas Según su conformación y solubilidad Fibrosas y globulares CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS
  6. 6. Estructurales Queratina, fibroina, colágeno, elastina, mucoproteínas, glucoproteínas. Enzimas Biocatalizadores. Proteasas, ribonucleasas, amilasas, lipasas. Ficina(higo), papaína( lechosa), Bromelina(piña) huraína (Jabillo). Hormonas Regulan el metabolismo, Eg, insulina. Anticuerpos Proteínas formadas en respuesta a un antígeno. Eg., gamma globulinas Contráctiles Actina y miosina de los músculos Reserva Ovoalbúmina, ferritina, caseína, gliadina, faseolotoxina (Phaseolus vulgaris). Transporte Hemoglobina, citocromos, mioglobina. Leghemoglobina en nódulos de leguminosas (Fabaceae), ferrodoxina de los cloroplastos. Toxinas Ricina (Ricinus communis), Toxina difterica, toxina botulínica. Veneno de alacranes o escorpiones, tienen neurotoxina, cardiotoxina, lecitinasa, hialuronidasa. Veneno de coral (Micrurus corallinus) tiene colinesterasa, hialuronidasa, L- aminoácido oxidasa y otras. Cascabel (Crotalus durissus terrificus). Tiene colinesterasa, hialuronidasa, desoxiribonucleasa, lecitinasa y otras. SEGÚN SU FUNCIÓN BIOLÓGICA
  7. 7. SIMPLESSIMPLES (Holoproteínas):(Holoproteínas): Constituidas únicamente por aminoácidosConstituidas únicamente por aminoácidos ConjugadasConjugadas (Heteroproteínas):(Heteroproteínas): Además de aminoácidos, contienen otrasAdemás de aminoácidos, contienen otras moléculas o elementosmoléculas o elementos Ej. HemoglobinaEj. Hemoglobina SEGÚN SU COMPOSICIÓN
  8. 8. NOMBRE EJEMPLOS COMPONENTE NO PROTEICO Nucleoproteínas Nucleosomas de la cromatina Ribosomas Acidos nucléicos Lipoproteínas LDL, HDL,VLDL Lípidos Fosfoproteínas Grupos fosfato Metaloproteínas Hemoglobina, hemocianina, mioglobina Metales Glucoproteínas Ribonucleasa Mucoproteínas Anticuerpos Hormona luteinizante Monosacáridos CONJUGADAS (Heteroproteínas)
  9. 9. ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS  Estructura Primaria  Estructura Secundaria  Estructura terciaria  Estructura Cuaternaria “Niveles de organización estructural”
  10. 10. Secuencia lineal de aminoácidos: Cual aminoácido y el orden en que se encuentran. No es arbitrario: predeterminado en el ADN. Determina la especificidad de cada proteína. Enlace péptídico ESTRUCTURA PRIMARIA
  11. 11. ESTRUCTURA PRIMARIA
  12. 12. Disposición espacial que adopta la cadena peptídica (estructura primaria).  Giros y plegamientos (rotación del carbono y de enlaces débiles ej. puentes de hidrógeno). Puede adoptar diferentes formas. ESTRUCTURA SECUNDARIA
  13. 13. FORMAS EN ESPIRAL, α- Hélices: configuración helicoidal estables
  14. 14. configuración β o de hoja plegada). FORMAS PLEGADAS
  15. 15. Hoja β paralela Hoja β anti paralela ESTRUCTURAS SUPERSECUNDARIAS
  16. 16. ESTRUCTURAS SUPERSECUNDARIAS
  17. 17. Súper plegamientos y enrollamientos de la estructura secundaria. Formas tridimensionales geométricas muy complicadas. Mantenidas por enlaces fuertes (puentes disulfuro entre dos cisteinas) y otros débiles (puentes de hidrógeno; fuerzas de Van der Waals; interacciones iónicas e interacciones hidrofóbicas). Importancia para actividad biológica o función de la proteína. Algunas la presentan (globular) Proteínas filamentosas o fibrosas: no forman estructuras terciarias. ESTRUCTURA TERCIARIA
  18. 18. ESTRUCTURA TERCIARIA
  19. 19. ENLACES EN LA ESTRUCTURA PROTEICA
  20. 20. Acoplamiento de varias cadenas polipeptídicas, iguales o diferentes, con estructuras terciarias (protómeros o subunidades). Auto ensambladas por enlaces débiles, no covalentes. No la poseen todas las proteínas.  Está presente si la proteína tiene más de una cadena polipeptídica Sí la presentan: Hemoglobina y enzimas alostéricas. . ESTRUCTURA CUATERNARIA
  21. 21. ESTRUCTURA CUATERNARIA
  22. 22. PROPIEDADES SOLUBILIDAD • Están suspendidas en agua (conformación globular). • La solubilidad: cadenas R libres de los aminoácidos al ionizarse establecen enlaces débiles (puentes de hidrógeno) con las moléculas de agua. • Proteína solubilizada: cubierta de una capa de solvatación • Al desestabilizar moléculas de agua : Precipitación (insolubilización). CAPACIDAD AMORTIGUADORA • Comportamiento anfótero: evitan cambios bruscos de pH • Comportamiento ácido o una base (ceder o aceptar protones del medio donde se encuentran).
  23. 23. Cada ser vivo: sintetiza sus propias proteínas (diferentes de las de otras especies). •La diversidad protéica interespecífica e intraespecífica es consecuencia de las múltiples combinaciones entre los aminoácidos, lo cual está determinado por el ADN de cada individuo ESPECIFICIDAD PROPIEDADES
  24. 24. Ruptura de los enlaces que mantienen las estructuras cuaternaria, terciaria y secundaria de la proteína, conservándose solamente la primaria. La proteína pasa de una forma plegada a una forma desplegada.  Filamentos lineales y delgados, que se entrelazan y forman compuestos fibrosos e insolubles en agua.  Proteínas se hacen menos solubles o insolubles y pierden su actividad biológica.  Puede ser reversible (renaturalización) pero en muchos casos es irreversible. DESNATURALIZACION
  25. 25. DESNATURALIZACION
  26. 26. Principales agentes desnaturalizantes son: a) Altas temperaturas (50 - 60ºC) provocan la coagulación. Ej. Albúmina de huevo. b) Modificación del pH c) Alta salinidad, altas concentraciones de guanidina hidrocloruro o urea (4-8 M), que rompen enlaces de hidrógeno. d) β-mercaptoetanol: rompe enlaces disulfuro DESNATURALIZACION
  27. 27. Ruptura o fragmentación de las proteínas en péptidos (parcial ) o en sus aminoácidos constituyentes (total) Existen 3 tipos de hidrólisis : Hidrólisis ácida : (HCl y H2SO4). Este método destruye completamente el triptófano y parte de la serina y la treonina. Hidrólisis alcalina: se utiliza (NaOH e BaOH). Hidrólisis enzimática : Se utilizan enzimas proteolíticas HIDRÓLISIS DE LAS PROTEÍNAS
  28. 28. El flujo o procesamiento de la información genética en la mayoría de los organismos conocidos. Tres etapas: 1.- Replicación: ADN progenitor se copia en moléculas hijas idénticas. 2.- Trascripción: La información genética del ADN se transcribe o pasa al ARNm. 3.- La Traducción: El mensaje cifrado en el idioma de los tripletes de bases (código genético) es descifrado por los ARNt sintetizándose una proteína. DOGMA CENTRAL FLUJO DE INFORMACIÓN GENÉTICA
  29. 29. Se ha modificado …, Bacterias y Virus.                                                 La información genética se almacena en forma de ARN. Sintetizan ADN a partir de ARN. DOGMA CENTRAL FLUJO DE INFORMACIÓN GENÉTICA
  30. 30. EL FLUJO DE INFORMACIÓN
  31. 31. HEBRA DE DNA ORIGINAL HEBRAS DE DNA REPLICADO. REPLICACION SEMICONSERVATIV A Proceso por el cual el ADN es perpetuado. Semiconservativo: moléculas finales contienen una hebra nueva, recién sintetizada,y la complementaria, hebra antigua, que sirvió como templado (molde). REPLICACIÓN DEL ADN
  32. 32. REPLICACIÓN SEMI-CONSERVATIVA
  33. 33. REPLICACIÓN DEL ADN DNA polimerasas. Cadena de ADN naciente siempre crece en sentido 5’→3’. El nucleótido que se agrega une su α-fosfato al grupo 3’- OH libre de la cadena en síntesis.
  34. 34.     ORIGEN DE REPLICACION Es la estructura que se forma al separase la doble hebra de DNA durante la replicación. Tenedores de replicación. Horquilla de replicación → ojo de replicación Lugar donde inicia la síntesis de DNA. Mayor número en eucariontes ESTRUCTURAS PARA LA REPLICACIÓN
  35. 35. HEBRA CONTINUA O LÍDER Síntesis de ADN esta ocurriendo en forma continua.   HEBRA DISCONTINUA O RETARDADA Síntesis de ADN, se está realizando a partir de los fragmentos de OKAZAKI. ESTRUCTURAS PARA LA REPLICACIÓN
  36. 36.       FRAGMENTOS DE OKAZAKI Fragmentos de ARN-ADN resultantes de la síntesis de ADN en la hebra discontinua. Sintetizados en dirección 5’→3’(discontinuamente). ESTRUCTURAS PARA LA REPLICACIÓN
  37. 37. ADN GIRASA: Desenrollamiento del ADN, necesario para que la replicación se pueda llevar a cabo.  HELICASA: Separa la doble hebra para formar los primers y luego se lleve a cabo la replicación (requiere ATP). TOPOISOMERASAS: Alivian torción por delante de la maquinaria de replicación. PRIMASA: Síntesis de los primers (cebadores) para la síntesis del ADN en E. coli. Inicia los fragmentos de Okazaki. En eucariontes: ADN Pol I.      ENZIMAS DE LA REPLICACIÓN
  38. 38.  ADN POLIMERASA III: Realiza el proceso replicativo, su función es la síntesis de ADN. Actividad revisora, 3’→5’ exonucleasa. Complejo multienzimático ( 10 subunidades) Reconode hebra sencilla de ADN con cebador LIGASA: Une los fragmentos de Okasaki o aquellas zonas del ADN donde se hayan producidos nicks ENZIMAS DE LA REPLICACIÓN
  39. 39. ADN POLIMERASA I: Polimerasa: síntesis en dirección 5’→3’. Exonucleasa 3’→5’: remoción de nucleótidos erróneos o conocida como proofreading o revisora. Exonucleasa 5’→3’: a partir de un nick (rompimiento del enlace entre dos nucleótidos vecinos) resintetiza una porción de ADN removiendo la ya existente.   ADN POLIMERASA II: Exonucleasa 3’→5’ esta involucrada en procesos de reparación de DNA. ENZIMAS DE LA REPLICACIÓN
  40. 40. PROCESO DE REPLICACIÓN Etapa I : Desenrrollamiento y apertura de la doble hélice. Actúan las girasas y topoisomerasas que eliminan la tensión generada por la torsión en el desenrrollamiento.  Intervienen las helicasas. Actúan las proteínas SSBP que se unen a las hebras molde para que no vuelva a enrollarse. Maquinaria de replicación “ Replisoma”
  41. 41. PROCESO DE REPLICACIÓN Etapa II: Síntesis de dos nuevas hebras. Polimerasas III, II Y I. La ADN polimerasa III necesita un cebador (ARN) que es sintetizado por una ARN polimerasa (primasa). Cebador es eliminado posteriormente
  42. 42. Etapa III: Corrección de errores. ADN polimerasa III Endonucleasas que cortan el segmento erróneo. ADN polimerasas I que rellenan correctamente el hueco. ADN ligasas que unen los extremos corregidos    PROCESO DE REPLICACIÓN Proceso exacto: 1 error x 109 -1010 pb
  43. 43. TRANSCRIPCIÓN ARNm contiene la información de secuencias de bases para la síntesis proteica. Síntesis una hebra de ARN que tiene una secuencia de bases complementaria a la zona del ADN que se ha transcrito.
  44. 44. TRANSCRIPCIÓN. ETAPAS Iniciación de la cadena: RNA polimerasa - secuencia de iniciación (promotor) Separación del DNA: horquilla de transcripción. Inicia la síntesis del nuevo RNA por su extremo 5‘ (GTP o ADP). 
  45. 45. Elonga por la adición de nucleótidos complementarios a la secuencia de ADN molde, formando una molécula duplex ADN-ARN. Vida muy corta separándose poco después de su formación. En el RNA el complementario de la Adenina es el uracilo en vez de la timina.                                                                             2.- Prolongación de la cadena TRANSCRIPCIÓN. ETAPAS
  46. 46. RNA polimerasa llega a la secuencia de terminación. Se libera la ARN polimerasa                                                                                           TRANSCRIPCIÓN. ETAPAS 3.- Terminación: Los transcritos primarios de RNAm (hnRNA) son procesados tras su transcripción para convertirlo en RNAm maduro. Modificaciones post-transcripcionales
  47. 47. Una estructura “cap” en el extremo 5’ RNAm. Cola Poli A en el extremo 3’. “Splicing” o eliminación de intrones MODIFICACIONES POST-TRANSCRIPCIONALES
  48. 48. TRADUCCIÓN 1.- Los aminoácidos  del citosol son activados con ATP. Se unen a los ARNt respectivos para formar los aminoacil- ARNt
  49. 49. ARN. TIPOS Trascripción de un trozo de DNA (gen). Codones de iniciación y terminación Transporta información del núcleo a los ribosomas. Estructura cruciforme. Lee el código del ARNm e ir sintetizando la cadena de proteína Estructural de ribosomas. Función de enzimática: interacciones RNAm- ribosoma Proteínas enzimáticas :enlaces peptídicos RNAm RNAt RNAr
  50. 50. 2.- Se inicia la cadena polipeptídica. Forma el complejo de iniciación: enlace del  ARNm con el ARNt del aminoácido iniciador ( unión anticodón-codón). Frecuentemente el codón iniciador es el de la metionina (AUG) TRADUCCIÓN
  51. 51. 3.- Se elonga la cadena de aminoácidos. Mediante la unión covalente de los aminoácidos transportados por los RNAt que se van uniendo sucesivamente a los  codones del RNAm expuestos. La elongación se produce desde el extremo N-Terminal al C- terminal. TRADUCCIÓN
  52. 52. 4.- Terminación del péptido y liberación. Cuando aparece un codon de terminación (UGA, UAG o UAA), este no es reconocido por los ARNt y si por los denominados factores de liberación, que al unirse modifican la acción de la peptidil transferasa de forma que esta rompe el enlace de la cadena con el ARNt y libera al péptido. TRADUCCIÓN
  53. 53. TRADUCCIÓN
  54. 54. SÍNTESIS DE PROTEÍNAS
  55. 55. MODIFICACIONES POST-TRADUCCIONALES
  56. 56. MODIFICACIONES POST-TRADUCCIONALES 200 clases necesarias para función y plegamiento nativo 1.- Clivaje proteolítico Eliminación Met en N-terminal Péptido señal Preproteína →proteínas activa 2.- Glicosilación Proteínas de secresión (oligosacáridos complejos) Proteínas del RE ( manosas) 3.- Hidroxilación Pro Lys Tejido conjuntivo (colágeno y elastina) Prolil-4-hidroxilada Prolil-3-hidroxilasa Lisil hidroxilasa
  57. 57. MODIFICACIONES POST-TRADUCCIONALES 4.- Fosforilación Control metabólico Transducción de señales Interacción proteína-proteína 5.- Modificaciones lipófilas (acilación, prenilación) Unión proteínas a membrana Interacción proteína-proteína 6.- Metilación (Asp, His, Arg) Reparación o degradación proteínas dañadas Metiltransferasas
  58. 58. MODIFICACIONES POST-TRADUCCIONALES 7.- Formación enlaces disulfuro Proteínas de secreción Proteínas de membrana/ RE liso Ambiente oxidante (citoplasma no) proteína disulfuro isomerasa 8.- Corte y empalme proteico Corte preciso de secuencia peptídica Autocatalítica ¿Mecanismo?
  59. 59. PLEGAMIENTO DE LAS PROTEÍNAS Modelo tradicional Sólo interacciones entre cadenas laterales de aminoácidos fuerzan el plegamiento de la molécula Mutagénesis sitio-dirigida RMN multidimensional Dicroismo circular Restricciones temporales Complejidad
  60. 60. PLEGAMIENTO DE LAS PROTEÍNAS Proceso escalonado Diferentes rutas Moléculas pequeñas (< 100 aa) Pliegan sin formar intermediarios Moléculas grandes Formación de glóbulo fundido ↓ Reordenamineto de regiones plegadas Proteínas con varios dominios: Cada dominio se pliega por separado ↓ Formación de conformación nativa
  61. 61. PLEGAMIENTO DE LAS PROTEÍNAS CHAPERONAS MOLECULARES Permanecen desplegadas hasta → insertarse en membrana u organelo Plegarse rápida y precisa en conformación correcta Ensamblarse en complejo con varias subunidades
  62. 62. CHAPERONAS MOLECULARES Hsp 70 Flia de chaperonas Se unen a la proteína y la estabilizan en primeras fases del plegamiento Dos lugares de unión: 1 a la proteína y 1 al ATP Hsp70 mitoc. Y Hsp70 RE : Translocación transmembrana Hsp 60 Chaperoninas 2 anillos de sietes unidades apiladas Proteína desplegada entra en Hsp60 Proteína desplegada → proteína plegada
  63. 63. CHAPERONAS MOLECULARES
  64. 64. DEGRADACIÓN DE PROTEÍNAS

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