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domingo, 23 de febrero de 2014

Dominios de membrana.

En la membrana, además de los rafts lipídicos, que son microdominios de membrana y que están en una hemicapa, tenemos o podemos encontrar en literatura que hablan de dominio de membrana apical y basolateral. Hay células polarizadas que tienen un dominio de membrana apical que tiene una composición lipídica enriquecida en esfingolípidos y colesterol y un dominio basolateral que tiene otra composición lipídica, enriquecida en fosfoglicéridos.

En general, la región apical da a una luz, por ejemplo, células pancreáticas, células de los túbulos conductores del riñón que dan hacia la luz del túbulo y por la luz del túbulo viene la orina que se está formando, cosas de desechos que van por la orina; y el dominio basolateral da al tejido intersticial. Cuando hay más esfingolípidos y colesterol la membrana es más rígida, le da mayor protección. En general, en el dominio apical encontramos características que le permiten a la célula tener mayor protección.

Los lípidos que se encuentran en el dominio apical en general no se desplazan hacia el dominio basolateral, porque hay unas proteínas que forman parte de las uniones estrechas que sellan las membranas y eso va a permitir que lo que está arriba, no solo los lípidos sino también las proteínas, no difundan hacia la otra región. Esto tiene una relevancia funcional, porque, por ejemplo, si tenemos un enterocito, obviamente hay que tener en la luz del intestino proteínas que absorban los nutrientes, entonces hay que evitar que estas proteína difundan (porque la membrana es fluida) hasta llegar a la región basolateral, y esto se logra gracias al sello de las uniones estrechas.

Microdominios de membranas. "Rafts lipídicos"

Hay movimientos que permiten una distribución particular de los lípidos.
Cuando los lípidos se pueden mover en el plano de la membrana gracias a que ésta es fluida, y se agrupan de esta manera: esfingomielina y colesterol; van a formar regiones en la membrana (regiones más anchas) y esa región de la membrana que está formada puramente por esfingomielina y colesterol, generan una zona bien rígida de la membrana, con mucho orden. A esta zona se la denomina raft lipídico. En esta zona de raft lipídico hay poco movimiento.
Esto es muy importante porque se pueden activar e inactivar proteínas. Hay proteínas que para ser activadas necesitan insertarse en un raft lipídico, y hay otro tipo de proteínas que cuando se insertan en un raft lipídico son inactivas.
Los rafts lipídicos son muy importantes en la señalización.


En la figura vemos un glucolípido y una proteína anclada por lípidos (azul). Para que todo eso se vuelva funcional tienen que estar las proteínas unidas entre sí y los glucolípidos unidos entre sí.
En el otro caso no es así, la proteína tiene que estar fuera del raft lipídico y el glucolípido queda dentro del raft lipídico, porque este lípido es un marcador del raft, es un glucoesfingolípido marcador de raft lipídico.
Si marcamos la proteína con un color rojo y al lípido con color verde, cuando se juntan se ven amarillo. Si la proteína está en el raft lipídico va a estar cerca del cromóforo verde, si la proteína no está en el raft lipídico lo verde y lo rojo no interactúan.

Asimetría de la membrana plasmática.

Flip-flop.

El flip-flop es un movimiento de lípidos, no de proteínas. No es un movimiento espontáneo, depende del tamaño, la polaridad y la carga del lípido.
Hay proteínas que se denominan flipasas.


El paso de la cabeza polar por el núcleo hidrófobo, es termodinámicamente desfavorable, entonces las flipasas ayudan a “esconder” esa cabeza polar y enmascararla de manera tal que pueda llegar al otro lado de la membrana.
La membrana del RE es una membrana simétrica, es decir que en un lado de la bicapa hay los mismos lípidos que del otro lado de la bicapa.
El RE es el lugar de síntesis de los fosfolípidos. Se van formando los lípidos y se insertan en ambos lados de la membrana. Entonces el RE es un gran equilibrador de lípidos. Esta bicapa es simétrica. Las flipasas transportan los lípidos desde una membrana hacia la otra. Algunas flipasas son dependientes de ATP y otras no.

La asimetría se genera en el aparato de Golgi.

El aparato de Golgi es el generador de la asimetría de lípidos. Depende también de flipasas dependientes de ATP, que se denominan aminofosfolípidos translocasas y son ATPasas de tipo P. Son proteínas que transportan lípidos de un lado a otro y son dependientes de ATP.

La asimetría se genera por la capacidad de insertar lípidos en un lado de la bicapa o retener lípidos en el otro lado.
Se genera en el aparato de Golgi y esta es la asimetría que luego se observa en la membrana plasmática.

El Golgi tiene una proteína, P4, que permite transportar la PE y PS desde la hemicapa luminal hacia la citosólica, pero la PC y la esfingomielina no pasan porque no hay una translocasa que permita hacer ese transporte.
Por esto, no sólo la membrana plasmática va a ser asimétrica sino también la membrana del Golgi.

¿Cómo surge la asimetría de lípidos en las membranas?
Se sintetizan los lípidos en el REL, en el REL no pasa nada, se van al aparato de Golgi. En el aparato de Golgi hay proteínas que son capaces de dejar la PE y PS de un lado de la membrana y tener a la PC y la esfingomielina del otro lado, entonces se genera una bicapa de lípidos asimétrica. También en el aparato de Golgi se favorece la producción de glucoesfingolípidos que van a estar insertos en la hemicapa exterior de la membrana.



Biosíntesis de lípidos.







Entonces en la membrana plasmática predominan hacia el lado externo PC, esfingomielina y los glucoesfingolípidos, y colesterol. El hecho de tener mayor concentración de colesterol y esfingolípidos en una hemicapa hace que ésta sea más rígida (menos fluida). Hacia el lado citosólico de la membrana plasmática hay PE, PI y PS; esto no implica que no tenga alguna PC y algún colesterol, debe tener, pero mayoritariamente están hacia afuera.

¿Cómo determinar la asimetría de una membrana?
Se estudiaron las membranas de los glóbulos rojos para determinar que las membranas eran asimétricas.
La membranas del glóbulo rojo es la única membrana que hay en toda la célula, no hay contaminación con otros tipos de membranas (no tienen organelas).
La membrana del glóbulo rojo tiene una hemicapa interna y otra externa.
Se pusieron a los glóbulos rojos en contacto con una enzima que se llama fosfolipasa, es una enzima que degrada fosfolípidos. Entonces, supongamos que el fosfolípido en la membrana externa es PC, hay una fosfolipasa, como por ejemplo, la fosfolipasa C, que corta entre el fosfato y el glicerol, y libera así la colina unida al fosfato. Si actúa la fosfolipasa D, directamente libera la colina. Entonces ponemos al glóbulo rojo en presencia de fosfolipasa C o D y va a dar un lípido degradado y la cabeza polar. Entonces después usamos alguna técnica analítica que permita saber qué cabeza polar se liberó por la acción de la fosfolipasa. Así, cuando pusieron la hemicapa externa en contacto con fosfolipasa C y D, daba mayoritariamente fosfodilcolina y colina, y también se veían restos de esfingomielina; no se veía PI. Pero cuando se hacía una cromatografía de toda la membrana se veía que había otros lípidos. Entonces lisaron al glóbulo rojo e hicieron lo que se llama vesículas invertidas, es decir, lo que está adentro queda del lado de afuera. Volvieron a hacer lo mismo, y encontraron que cuando ponían la fosfolipasa tenían etanolamina, serina e inositol. Entonces dijeron que el lado de afuera de la membrana estaba enriquecido en esfingomielina y PC, y el lado de adentro en PS, PI y PE.

Tener PE del lado de adentro es fundamental porque ayuda a la curvatura. PI y PS (y en menor medida PE) son necesarios para la señalización intracelular. Entonces éstos van a generar segundos mensajeros celulares, por eso se necesitan del lado de adentro.
Por otro lado, tener colesterol y esfingomielina del lado de externo da mayor rigidez a la bicapa y esto le otorga protección. Los restos glucídicos, básicamente son los receptores de señales: en algunos casos forman moléculas y en casi todos los casos son receptores de señales.

sábado, 22 de febrero de 2014

Movimiento de lípidos en la membrana plasmática. FRAP

La fluidez de las membranas favorece el movimiento de las moléculas en la membrana, lípidos y proteínas.



A 37°C la membrana plasmática es fluida, su viscosidad es aproximadamente la del aceite de oliva.
El fosfolípido puede girar sobre su eje, se puede desplazar, en una hemicapa de la membrana. Si la membrana se rigidiza no pueden ocurrir estos movimientos.
Esto es muy importante porque hay proteínas que se tienen que mover para poder cumplir su función, y si la membrana está rígida, esto no puede ocurrir.
Este tipo de movimiento se puede evaluar con una técnica que se denomina FRAP (Recuperación de la Fluorescencia luego de un Fotoblanqueado).
Supongamos que tenemos una membrana:


Lo que está en naranja pueden ser lípidos o proteínas. Los marcamos con un reactivo fluorescente, de manera tal que queda toda la superficie fluorescente. Se decolora una porción de la membrana con un rayo láser (el rayo láser destruye el cromóforo). Toda esa superficie ahora se ve, en un microscopio de fluorescencia, negra, no tiene color. Si los lípidos y las proteínas no se movieran, ese “agujero” permanecería constante. Si los lípidos se mueven, comienzan a difundir y el “agujero negro” comienza a llenarse de moléculas fluorescentes. De esta manera se pueden estudiar determinadas proteínas de las membranas y ver si las proteínas queda fija en un lugar o si se mueve. Esto da información, por ejemplo, donde se localiza una determinada proteína en la membrana, si la proteína puede o no difundir, si la proteína puede ir a otra membrana.



FRAP. Videos:

 



Lípidos en la membrana plasmática. Características de la membrana plasmática.


Estas son distintas formas de representar a los fosfolípidos. En esta imagen podemos ver el efecto de la presencia de insaturaciones (dobles enlaces). En general, hay insaturaciones en el ácido graso que está en posición 2 del glicerol. Estas insaturaciones son importantes para la fluidez. Pero además, las insaturaciones de todos los ácidos grasos que forman parte de los lípidos que forman parte de las membranas son cis; quiere decir que los hidrógenos de los carbonos que forman parte del doble enlace están orientados hacia el mismo lado de la molécula. Es muy importante la insaturación en cis, no hay ácidos grasos trans, porque no tendría ese quiebre la molécula, o sea, estaría derecha, y esto es perjudicial para la fluidez de las membranas.

Los fosfolípidos son los responsables de formar las bicapas.


Una suspensión de fosfolípidos en agua espontáneamente forman una bicapa. Si la bicapa es muy grande puede llegar a curvarse y a sellarse sobre si misma formando así un liposoma.

• ¿Todos los lípidos pueden formar bicapas? NO! Solo los fosfolípidos pueden formar bicapas.

• ¿Qué ocurre si coloco fosfolípidos en medio acuoso? Se forma espontáneamente una bicapa. No se forman micelas debido a la forma que tiene el fosfolípido.

La estructura de las membranas fosfolipídicas dependen de:

• La cabeza polar.

• La longitud del ácido graso.

• El número de cadenas que tiene el ácido graso.

Importante:
LOS FOSFOLÍPIDOS SON LOS DETERMINANTES DE LA MATRIZ ESTRUCTURAL DE TODAS LAS MEMBRANAS BIOLÓGICAS: FORMAN LA BICAPA FOSFOLIPÍDICA.


Es importante aclarar que la bicapa fosfolipídica no es lo mismo que bicapa lipídica. La bicapa fosfolipídica es la base estructural, en ella se insertan proteínas y colesterol.


La PC es el fosfolípido que tiene la cabeza polar más grande. Si pudiéramos ver las PCs veríamos cilindros, entonces son como latitas una sobre la otra. La PC es el fosfolípido mayoritario en todas las membranas biológicas, es el fosfolípido formador de bicapas por excelencia.
La PE tiene la forma de conito porque tiene una cabeza polar más chiquita, entonces, su forma en el espacio es forma de conito. La PC ayuda a curvar la membrana. En general, estas curvaturas ocurren del lado “de adentro”, es decir, del lado citosólico de la membrana y es por esto que encontramos mayor cantidad de PE de ese lado.

Cuando los fosfolípidos, por acción de fosfolipasas, pierden una cadena de ácido graso (esto se llama lisofosfolípido) pueden formar micelas. Los ácidos grasos también pueden formar micelas.

Otra propiedad de la bicapa que depende de los fosfolípidos es el espesor. No tiene el mismo espesor, y eso tiene una importancia funcional.
El colesterol es una molécula plana, muy hidrofóbica, entonces interactúa fuertemente con las colas de los fosfolípidos (PC) y ayuda a que se estiren. Entonces en la región donde hay colesterol la bicapa es capaz de ser 0,5 nm más gruesa. Lo mismo ocurre con los esfingolípidos. Los esfingolípidos tienen una cola, una cadena de ácido graso larga, y en general esa cola es un ácido graso de cadena más larga que los que suelen tener los fosfolípidos, por lo tanto, la molécula de esfingomielina es más larga que la PC, entonces donde hay esfingolípidos, la bicapa será más ancha. Si a esto le sumamos el efecto del colesterol, vemos que no influye, porque estos ácidos grasos que tiene la esfingomielina ya son ácidos grasos de cadena muy larga y saturados, y no se pueden estirar más. En este caso, el colesterol, lo que está tratando de estirar son los ácidos grasos que están insaturados, pero no se pueden estirar más. El colesterol, debido a la alta afinidad, porque las colas que forman parte de la esfingomielina son muy hidrófobas (tienen mucha afinidad por el colesterol), tiende a formar regiones dentro de la membrana que se encuentran enriquecidas en estas estructuras y que se denominan rafts lipídicos.

• ¿Todas las membranas celulares tienen los mismos lípidos? Sí, cambia la proporción. Los fosfolípidos mayoritarios son la PC.

• ¿Todos los lípidos integran la bicapa? Sí.

La estructura básica de todas las membranas es una bicapa fosfolipídica. Si queremos desarmar una membrana hay que apuntar a los fosfolípidos. Se puede sacar el colesterol a las células, pero no se desarma la bicapa; en cambio si disgregamos los fosfolípidos, se desarma la bicapa fosfolipídica.
En esta bicapa de fosfolípidos hay contenidas moléculas de colesterol y esfingolípidos. Los esfingolípidos que tienen una gran proyección de oligosacáridos solo se encuentran en la superficie de la hemicapa externa de la hemicapa externa de la membrana plasmática, y por eso los vamos a encontrar en la hemicapa correspondiente, que será la interna del aparato de Golgi, que es donde se forman.

ASIMETRÍA DE LA BICAPA: hay más proporción de PC en la cara exoplasmática que en la endoplasmática. En la cara endoplasmática hay mayor proporción de PE, PS y PI.

Dentro de la bicapa fosfolipídica hay colesterol y esfingolípidos. La composición lipídica determina la estructura y también influye en la fluidez que es sumamente importante.

Consistencia en gel: la membrana está ordenada, hay una fuerte interacción hidrofóbica en todas esas colas. Está empaquetada. Esta membrana es poco fluida. Si está empaquetada y las colas de los lípidos interactúan entre sí, esas colas apenas pueden moverse, es una membrana bastante rígida.

Existe otra forma de membrana donde las colas están desordenadas, esto da idea de mayor movilidad en ese núcleo hidrofóbico. Esto se puede conseguir con calor: si a la membrana con consistencia en gel le aplicamos calor, las colas empiezan a moverse, se desestabiliza la interacción hidrófoba y tenemos una membrana más fluida, lo que se denomina consistencia sol o líquida.
Una membrana con alta concentración de colesterol y ácidos grasos saturados es una membrana poco fluida, más empaquetada. En cambio, una membrana con alta concentración de ácidos grasos insaturados, ácidos grasos de cadena corta y baja concentración de colesterol es una membrana más fluida.

Como ejemplo de la importancia de la fluidez de la membrana plasmática, el siguiente paper muestra cómo la bacteria puede regular la fluidez de la membrana ante un cambio de temperatura. Para regular la fluidez de las membranas biológicas eucariontes, cuando la membrana se rigidiza por algún motivo, como puede ser patológico, se activan, por mecanismos genéticos complejos, el cambio en el modelado del fosfolípido: sales ácidos grasos y se insertan ácidos grasos insaturados y se trata la corrección de la rigidez de la membrana.
Descarga del paperThe Bacillus Subtilis desaturase: a model to understand phospholipid modification and temperature sensing.
Contraseña: propanona

viernes, 21 de febrero de 2014

Composición química de la membrana plasmática.


Fosfoglicéridos.

Conocidos como fosfolípidos, constituyen el 70% de los lípidos en una bicapa lipídica.

Estructura química: está formado por un glicerol que es un trialcohol. En este glicerol se encuentran esterificados en posición 1 y 2 del glicerol, ácidos grasos y en la posición 3 hay esterificado un fosfato. Este fosfato se esterifica a lo que se denomina el resto de la cabeza polar. Si esa cabeza polar es etanolamina, el fosfolípido será fosfatidiletanolamina (PE); si es una colina
(N(CH3)3)será fosfatidilcolina (PC); si es una serina (la serina es un aminoácido) será entonces fosfatidilserina (PS); y si se une a un azúcar como el inositol será entonces fosfatidilinositol (PI).
Entonces, básicamente, tenemos cuatro tipos de fosfolípidos que podemos encontrar en una membrana biológica eucarionte.
Dentro de los ácidos grasos podemos encontrar distintos tipos de ácidos grasos y distintos tipos de mezclas de ácidos grasos. Dentro de los ácidos grasos que se encuentran mayoritariamente en los fosfolípidos naturales (que se encuentran en membranas biológicas), tenemos ácidos grasos saturados: palmítico (16:0) y esteárico (18:0); e insaturados : oleico (18:1), linoleico (18:2) y el ácido araquinódico (20:4).

NOTA: Los ácidos grasos insaturados son muy importantes en los fosfolípidos.
El ácido araquinódico es muy importante porque además de formar parte de las membranas biológicas es precursor de hormonas lipídicas llamadas prostaglandinas.

A pH fisiológico (7,2-7,4), a los PE y PC se los considera fosfolípidos neutros porque no tienen carga (esto tiene importancia biológica). Mientras que los PS y PI a este pH se los considera acídicos: tienen una carga negativa.

Si cortamos la cadena, nos queda:


El C1 con un ácido graso, el C2 con otro ácido graso y el C3 con un -OH libre; esa molécula es muy importante y es el diacilglicerol (DAG): es muy importante y muy dañina, por lo tanto, se forma, cumple su función y rápidamente debe ser reesterificada a un fosfolípido.

Esfingolípidos.


Constituyen el 10% de las membranas biológicas.

 
Tienen una estructura parecida a la de los fosfolípidos. Tienen un extremo hidrófilo y un extremo hidrófobo. Como podemos ver se parecen mucho en estructura a los fosfolípidos, pero la constitución es diferente. Están formados por una esfingomiosina, que es un aminoalcohol, a través del grupo amino se esterifica con un ácido graso de cadena larga y forma lo que se denomina ceramida, otro lípido muy importante porque la ceramida es una señal de apoptosis (muerte celular).
A través del -OH libre une un fosfato y a través de este fosfato puede unir 2 moléculas: una colina (la misma colina que forma la PC) para formar lo que se llama esfingomielina (SM); o puede unir una glucosa para formar, por ejemplo, un compuesto que se llama glucosilceramida (GlcCer), y esto es un glucoesfingolípido. Pero en lugar de la glucosa podría unirse a un oligosacárido (sacárido formado por 2, 3 ó 4 unidades de azúcar) y formar así un glicoesfingolípido más complejo.

Colesterol.


El colesterol es un lípido biológicamente importante que se encuentra contenido en la bicapa lipídica.
Se ubica en la bicapa, paralelo a los lípidos (esfingolípidos y fosfolípidos). Posee una parte hidrófoba y una parte hidrófila (-OH). Por lo tanto, el -OH (en violeta) estará orientado hacia las partes hidrofílicas de la bicapa y el resto se orienta hacia el núcleo hidrofóbico.
Las bacterias y las plantas no tienen colesterol, solo las células animales.

Estructura de las membranas biológicas.



La estructura básica de TODAS las membranas biológicas es la bicapa fosfolipídica. Esta bicapa se encuentra constituida por fosfolípidos y estos se mantienen unidos entre sí por efecto hidrófobo. Las membranas poseen un núcleo hidrófobo formado por las colas de los fosfolípidos, estas colas se mantienen unidas entre sí fuertemente por efectos hidrofóbicos: no hay uniones covalentes.
Entre las cabezas polares contiguas pueden establecerse interacciones del tipo electrostáticas o puentes de hidrógeno.
Las membranas biológicas poseen un núcleo hidrofóbico y una superficie hidrofílica que le permite estar en contacto con el medio acuoso, ya sea extracelular o intracelular y del interior de los compartimientos celulares que también son acuosos.





Todos los compartimientos celulares tienen un su estructura básica una bicapa lipídica asociada a proteínas. Esta membrana en forma de bicapa se encuentra presente en todos los compartimientos celulares.
Hay dos organelas en la célula que tienen doble sistema de membranas: el núcleo y la mitocondria.
La topología (o sea la características) que tenemos en la hemicapa externa de la membrana plasmática se corresponde con la hemicapa interna del Golgi y del RE.

martes, 18 de febrero de 2014

Biomembranas y arquitectura celular.


Las células procariontes no tienen sistemas de endomembranas. El material genético se caracteriza por ser una sola molécula de ADN circular, bicatenario, y se encuentra en una determinada región del citosol, pero no está rodeado por un sistema de membranas.

Las células eucariontes tienen una organización más compleja. Tiene divisiones internas, compartimientos, delimitados por biomembranas.

Cada tipo celular del organismo tiene un diseño particular que resulta ser funcional, o sea, esa célula va a tener los mismos compartimientos, organizados y distribuidos de la manera que la célula necesite para cumplir una función particular. No es lo mismo una célula pancreática que un glóbulo blanco; cumplen funciones diferentes y por eso tienen un diseño diferente.

Tanto las biomembranas como el citoesqueleto contribuyen con la ARQUITECTURA CELULAR.


Este es un típico esquema de una biomembrana. Se observa una bicapa fosfolipídica. Dentro de esta bicapa hay insertos distintos tipos de proteínas. Estas proteínas (si bien las bicapas lipídicas son universales en todos los tipos de células y básicamente con la misma estructura) suelen dar a cada una de las membranas su identidad característica. No solo en los distintos tipos de células: todas las membranas plasmáticas son iguales pero cada una se diferencia por las proteínas que tienen asociadas. → La membrana de las organelas y de las células.

Regulación covalente de proteínas: fosforilación/defosforilación.



Ocurre la formación de un enlace covalente entre un -OH de un aminoácido (en general Ser, Thr o hidroxilisina); en esos aminoácidos se puede unir un fosfato.

La enzima, cuando tiene el -OH libre está activa. Este -OH se fosforila, con esto hay un cambio en la secuencia primaria, y consecuencia de esto, cambia su conformación. La fosforilación es a través de proteínas cinasas y se inactiva. Para que vuelva a su estado activo, hay otras proteínas que eliminan el fosfato. Muchos de estos mecanismos se ven en la regulación del ciclo celular.

Siempre que haya una proteincinasa, hay una fosfatasa para balancear.

En general, las proteínas se activan por fosforilación y se desactivan por defosforilación, pero en este ejemplo, se ve al revés.

Proteínas G.



Se llaman proteínas G porque unen GTP (nucleótidos de guanina). Estas proteínas G unen GTP o GDP y van a cambiar la forma y como consecuencia de esto, cambian su función. En el caso de proteínas G, la unión de GTP las activa: una proteína G unida a GTP está en su estado activo, mientras que una proteína G unida a GDP está en su estado inactivo. La proteína G activa, cambia su conformación, se une a una proteína inactiva y la activa. Hay proteínas que inducen la hidrólisis de GTP a GDP para que se inactive (ejemplo: GAP, RGS).

Para que la proteína se active, hay proteínas que son “factores de intercambio de nucleótidos” (GEF) que permiten el cambio de GDP por GTP.

Las proteínas G al unirse a un ligando (GTP) se activan para activar otras proteínas.

Tanto las proteínas G como la calmodulina, al unir un ligando, cambian la conformación y se activan para activar así otras proteínas.

Hay dos tipos de proteínas G: las monoméricas (ejemplo: RAS, RHO) y las triméricas, que son las que participan en el mecanismo de AMPc.

lunes, 17 de febrero de 2014

Especificidad y afinidad (II). Alosterismo.

Las proteínas son capaces de interactuar con toda molécula concebible.

ESPECIFICIDAD: se refiere a la capacidad de una proteína de unir una molécula con preferencia a otra molécula; depende de la complementariedad molecular. Esta complementariedad molecular también da idea de la afinidad.

AFINIDAD: se refiere a la fuerza de unión (mayor complementariedad molecular, mayor afinidad de la interacción de dos proteínas).






Cuanto mayor es la afinidad menor es el valor de la KD.

La afinidad depende de la estructura de la proteína, porque la complementariedad molecular depende de la forma y de la molécula, depende de la cantidad de interacciones débiles que pueden establecerse entre estas dos moléculas.

La especificidad depende de la forma y la afinidad depende de la fuerza de unión entre moléculas, y en general depende de la cantidad de interacciones que se pueden establecer entre dos moléculas.

EJEMPLOS.

ANTICUERPOS. Son proteínas que sintetiza nuestro organismo como respuesta a un agente invasor. En general, ese anticuerpo tiene una alta afinidad y especificidad para unirse al agente invasor contra el que fue desarrollado; cada anticuerpo puede unirse a una región levemente diferente, o epítopo, del antígeno.
El anticuerpo puede ser representado como una Y.


Posee dos cadenas pesadas (rojas) y dos cadenas livianas (azules), son en total 4 cadenas (jerarquía: estructura cuaternaria). La estructura terciaria se encuentra estabilizada por puentes disulfuro.
En la imagen vemos la disposición espacial que adquiere el anticuerpo. Vemos las cadenas livianas, las cadenas pesadas, un carbohidrato y puentes disulfuro intercatenarios. Además tenemos el CDR. El CDR es la región determinante de la complementariedad, es decir, es donde se va a unir el antígeno. El antígeno es la molécula que va a reconocer al anticuerpo, es el agente infeccioso.
El anticuerpo tiene hojas β (estructura secundaria), prácticamente no hay α-hélices. A simple vista podemos reconocer dominios: un dominio formado por las cadenas pesadas y dos dominios formados por las cadenas pesadas y livianas donde se encuentran los CDR.
En las CDR, en general, hay seis bucles (estructura secundaria). Estos bucles son muy variables, es decir que cada antígeno va a inducir que se sintetice un anticuerpo donde en esos bucles haya una estructura primaria diferente. Estos bucles son diferentes para cada antígeno; como cada bucle tendrá una estructura primaria diferente, entonces tendrá una forma diferente, de esta manera van a buscar la forma que va a ser complementaria de el antígeno y de esa manera lo va a poder neutralizar. Cuando nos infecta una bacteria, la bacteria en su superficie tiene proteínas y éstas son las que inducen la síntesis de los anticuerpos (las moléculas que inducen la síntesis de anticuerpos se denominan antígenos); por esto se habla de la interacción antígeno-anticuerpo, y es una de las interacciones de la biología de la más alta especificidad y afinidad.Un antígeno puede producir varios anticuerpos para distintas regiones de una misma proteína, de manera tal que para un antígeno el organismo genera una respuesta que se denomina anticuerpo policlonal: muchos anticuerpos de distinta especificidad, porque reconocen diferentes zonas de la molécula que contribuyen a neutralizar al agente patógeno.

 • Otro ejemplo de especificidad es el de las enzimas. La mayoría de las reacciones de biosíntesis o biodegradación en el organismo es mediado por enzimas.
En el laboratorio de química inorgánica, cuando queremos acelerar una reacción, agregamos un catalizador, por ejemplo zinc, o podemos calentar el tubo de reacción para aumentar el movimiento de las molpeculas y así aumenta la energía de activación y así las moléculas reaccionan. En un organismo vivo esto no lo podemos hacer. El el organismo no se puede aumentar la temperatura y tampoco se pueden utilizar catalizadores inorgánicos. Entonces, los organismos usan otros catalizadores, las enzimas. Las enzimas son catalizadores biológicos que aumentan la velocidad de las reacciones. Son otro perfecto ejemplo de la especificidad entre un sustrato (S) y la enzima (E). 
Las enzimas poseen sitios de unión, sitios donde se unirán los sustratos, y esto forma el sitio activo que es el sitio donde se lleva a cabo la reacción. En algunas enzimas el sitio activo forma parte del sitio de unión del sustrato, pero en otras enzimas, las dos regiones son, de manera estructural y funcional, diferentes.
En los sitios de unión de las enzimas hay complementariedad molecular entre el sitio de unión y los sustratos. Cuanto mejor sea el “encastre” de uno con el otro, a mayor cantidad de interacciones que ocurran, mayor será la afinidad.A veces la afinidad es tan grande que el sustrato se une al sitio activo y no sale más (hablamos así de un inhibidor).



Las enzimas no cambian la energía libre de la reacción, es decir que la energía libre de la reacción es la misma. Lo que disminuye es la energía de activación; porque el hecho de acercar los sustratos ya está haciendo que los complejos S-E estén próximos y puedan reaccionar fácilmente.

No se conoce muy bien el mecanismo cómo actúan las enzimas. Pero hay 3 teorías que proponen mecanismos por los cuales actúan las enzimas:

– Una teoría dice que se alinean los sustratos, es decir que los pone en la posición correcta en que tienen que reaccionar.

– Otra teoría dice que hay sustratos que necesitan ser, por ejemplo, degradados cuando hay un cambio de pH. Las células no cambian el pH pero las enzimas en su sitio activo pueden tener aminoácidos cargados con H+ y esos H+ pueden ser cedidos al intermediario de reacción, de esta manera lo que se carga es el sustrato y así se encuentra en una forma molecular más propicia para reaccionar, hidrolizarse, o lo que sea que deba ocurrir.

– La otra teoría es la inducción del cambio conformacional. Dice que cuando el sustrato se une a la enzima, ésta automáticamente cambia su conformación y genera a su vez cambios sobre el sustrato.

Proteincinasa A (PKA).


La PKA es una cinasa. Las cinasas son enzimas que fosforilan proteínas. Los aminoácidos con grupos -OH libres son susceptibles a la fosforilación, es decir que los aminoácidos Ser, Thr y Tyr pueden ser fosforilados.
La PKA es un enzima dependiente de AMPc; el AMPc es un segundo mensajero que induce la activación de la proteína PKA.

La PKA consta de cuatro subunidades: dos subunidades reguladoras y dos subunidades catalíticas. El AMPc se produce en la célula en respuesta a un estímulo extracelular, entonces cuando se produce el AMPc, se “encastra” en las subunidades reguladoras y genera un cambio conformacional, y así libera a las subunidades catalíticas que son las encargadas de la fosforilación de otras proteínas.

En la figura vemos la estructura de la PKA (superficie expuesta al solvente). Vemos una de las subunidades catalíticas. Posee un dominio pequeño y un dominio grande (estructuras terciarias bien diferenciadas). En el dominio pequeño hay una región que se denomina tapa de glicina (azul) y en esta región es donde interactúa con adenina. Como debe fosforilar, para esto precisa ATP. El dominio grande posee una región donde se va a ubicar el péptido diana (que va a ser fosforilado).

El sitio activo de la PKA está localizado en el residuo 240, “núcleo de cinasa”, de la subunidad catalítica. Este núcleo de cinasa es responsable de la unión de sustratos (ATP y una secuencia peptídica diana) y la subsiguiente transferencia de un grupo fosfato del ATP a un residuo de Ser, Thr o Tyr en la secuencia diana. El núcleo de cinasa consiste en un dominio grande y uno pequeño, con una hendidura intermedia profunda; el sitio activo comprende los residuos ubicados en ambos dominios.


Cuando la proteína está inactiva, tenemos el dominio pequeño, grande, el loop que conecta ambos dominios (es una sola cadena que consta de dos dominios) y tenemos la tapa de glicina donde se une el ATP; y en el dominio grande se une el péptido que será fosforilado. Cuando se une el péptido y el ATP, la PKA cambia la conformación, se cierra la tapa (el dominio pequeño se ubica sobre el dominio grande) y de esa manera se acerca el ATP al péptido diana y ocurre así la reacción de fosforilación.

ALOSTERISMO: cualquier cambio en la estructura terciaria o cuaternaria de una proteína que modifica su actividad, inducida por la unión NO covalente de ligandos.

La unión de un ligando puede activar o inhibir la actividad de una proteína.

Por ejemplo, tenemos una enzima donde se unen dos sustratos A y B para generar un producto C. Posee una región que se llama centro regulador. En este centro encaja un ligando, hay un cambio conformacional y los sitios de unión cambian de forma y los sustratos no se unen; por lo tanto, este ligando, alostéricamente inhibió la actividad de esta proteína (enzima).



Hemoglobina (Hb).


En este caso además de alosterismo hay cooperatividad. La hemoglobina tiene una estructura cuaternaria formada por dos subunidades α y dos subunidades β. Cada subunidad de la hemoglobina tiene un grupo prostético que es el grupo hemo. Cada hemo tiene la capacidad de unir un O2



En el caso de la hemoglobina la unión de un primer oxígeno induce un cambio conformacional en esta subunidad y este cambio conformacional va a inducir la exposición del sitio donde se va a unir el segundo oxígeno, es decir que el primer oxígeno está ayudando a la unión del segundo oxígeno y éste a su vez induce el cambio conformacional para exponer el sitio de unión del tercer oxígeno, y así sucesivamente hasta el cuarto oxígeno. Entonces es una secuencia de cambios conformacionales, los cuales, es este caso, están aumentando la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno. Este mecanismo se denomina unión cooperativa. Esto es muy importante porque bajas concentraciones de oxígeno permiten inducir los cambios conformacionales necesarios para que la hemoglobina se sature.


Otro ejemplo:

Este ejemplo es el visto anteriormente:



Es el típico ejemplo de activación por la unión de un ligando. La generación de AMPc frente a un estímulo extracelular. El AMPc se va a unir a sitios en la subunidad reguladora de la PKA inactiva que está secuestrando a las subunidades catalpíticas a través de una región que se denomina pseudosustrato. Cuando el AMPc se une, se liberan las subunidades catalíticas y ocurre la señalización celular.

Nota: Proceso celular: La membrana celular con proteínas transmembranas (proteínas receptoras) va a recibir un estímulo en la superficie celular, que es una molécula. Como consecuencia, la molécula (los receptores tienen la especificidad y la afinidad por los ligandos de la superficie celular) no se unen a cualquier otra molécula. La interacción entre el receptor y el ligando produce un cambio conformacional en el receptor. El receptor se encuentra unido a unas proteínas (son proteínas G, que son transductoras de señales) y como consecuencia del cambio conformacional del receptor, se activan estas proteínas G, lo que activa a su vez a la enzima adenilato ciclasa y genera a partir de ATP, AMPc y así sigue la cadena ya descripta.
Esta señal debe desaparecer, si dura mucho tiempo, la célula se verá afectada. Por eso hay enzimas como la fosfodiesterasa que degrada al AMPc para que finalice el proceso.



 
Otro ejemplo de alosterismo:

El Ca2+ es un modulador de la actividad enzimática por excelencia. Es un modulador metabólico. Muchísimos procesos biológicos están mediados por
Ca2+ , por ejemplo, la coagulación. Cuando se corta la cascada de coagulación se activa un Ca2+ . Cuando se extrae sangre hay que colocar en el tubo de ensayo una sustancia que bloquee el calcio para que no se coagule la sangre.

El calcio, en general, es un activador de las actividades enzimáticas dentro de la célula; por esto la concentración de Ca2+ dentro de la célula es muy baja. El Ca2+ no puede estar libre en el citosol porque activa proteasas, fosfolipasas, activa todo lo que encuentre en la célula. Entonces ¿dónde está el calcio?: El mayor reservorio de calcio en la célula son las cisternas del RE (Ca2+ que se puede movilizar, porque el mayor reservorio de Ca2+ en sí es la mitocondria). El Ca2+  se puede movilizar del RE al citosol y viceversa. Ante determinados estímulos como el AMPc, aumenta la concentración de calcio en el citosol. Este Ca2+ en general, está unido a proteínas que tienen un motivo “mano EF” (combinaciones de estructuras secundarias) que es característica en proteínas que unen calcio. Hay una proteína que es unidora por excelencia: la calmodulina.


La calmodulina tiene la capacidad de unir cuatro Ca2+ (tiene cuatro motivos “mano EF”). Cuando la calmodulina une los cuatro Ca2+ cambia la conformación. Es un cambio conformacional inducido por Ca2+: regulación no covalente de tipo alostérica. La calmodulina, una vez que cambia la conformación, va a tener la capacidad de unirse a otro péptido, en general son las CaM Kinasas (cinasas moduladas por calmodulina). La enzima para ser activa debe unirse a la calmodulina unida al Ca2+.

martes, 11 de febrero de 2014

Regulación de la actividad de las proteínas.



La forma de las proteínas determina la función.
Puede ser regulada no covalentemente por un fenómeno que se denomina alosterismo. También puede ser regulada covalentemente, por ejemplo, por fosforilación/defosforilación o ubicuitinización/deubicuitinización.

La proteólisis es la ruptura de una cadena polipeptídica en segmentos. Puede ocurrir que esa proteólisis degrade la proteína y no actúe más, entonces de esa manera, la célula puede disminuir la actividad de la proteína al inducir la degradación. Hay otros casos donde a través del mecanismo de proteólisis la célula activa la función de la proteína, estos casos son los de la tripsina y quimotripsina. Éstas son enzimas sintetizadas por células pancreáticas (son enzimas digestivas), pero no se sintetizan como enzimas activas sino que son sintetizadas como tripsinógeno y quimotripsinógeno (estas enzimas inactivas son conocidas como cimógenos). Estas enzimas son almacenadas dentro de un gránulo. Cuando llega el estímulo del alimento, se activa la secreción del cimógeno, y cuando éste cimógeno es secretado se cliva el quimotripsinógeno, para convertir esta enzima inactiva en activa, y esto ocurre así porque estas enzimas degradan todas las proteínas y si se activaran antes de ser liberadas, degradarían al propio páncreas (esto es lo que sucede en la pancreatitis. Las enzimas pancreáticas (especialmente la tripsina) que digieren la comida se activan en el páncreas en lugar de hacerlo en el intestino delgado). Otras enzimas, las caspasas, son enzimas que se activan cuando se activa el programa de muerte celular, y se sintetizan como procaspasas; estas enzimas deben estar inactivas hasta que se activa la muerte celular, entonces las células activan los mecanismos que las clivan y de esa manera las transforma en activas.

domingo, 9 de febrero de 2014

Degradación de proteínas.

Para que las proteínas puedan ser degradadas en los proteasomas (grandes estructuras moleculares) deben ser modificadas.
Una proteína diana debe ser degradada. Para ser degradada en el proteasoma necesita ser marcada. De alguna manera la célula debe saber qué proteína debe degradar, porque si no podría degradar proteínas que no deben ser degradadas.
Entonces la célula marca a la proteína diana con otra proteína, muy pequeña, que se llama ubicuitina (Ub).


Esta proteína posee 76 aminoácidos y tiene una masa de 8,6kDa; es realmente muy pequeña.
Esta proteína Ub se va a ir uniendo a restos NH2 de las Lys de la proteína que debe ser degradada.



La enzima E1 es la enzima activadora de Ub. Cuando se hidroliza ATP, la Ub se une a E1y ésta la transfiere la enzima E2 (enzima conjugadora de Ub). Esta enzima E2 actúa como un intermediario para que la Ub pueda ser transferida a la proteína:


La Ub se une a la proteína diana (al resto -NH2 de los residuos de Lys) gracias a una enzima, la E3 (enzima ubicuitina ligasa). La E3 une Ub, paso que se repite muchas veces, y así la proteína tendrá muchas subunidades de Ub.
Una vez que la proteína fue marcada con varias subunidades de Ub, esta cadena de poliubicuitina dirige a la proteína marcada hacia los proteasomas donde será degradada a péptidos menores.
Todas estas enzimas: E1, E2 y E3, actúan secuencialmente.

Las proteínas citosólicas nativas cuya duración de vida es estrictamente controlada y las proteínas que se pliegan erróneamente durante su síntesis en el RE son degradadas por esta vía.

Estructura del proteasoma:



Mecanismo del proteasoma:


 

Modificaciones químicas en las proteínas.

Los aminoácidos que forman parte de una proteína pueden ser modificados.

Una vez que los aminoácidos se encuentran insertos en las proteínas pueden ser modificados. Si se modifica la estructura del aminoácido, por ejemplo, se acetila, fosforila o hidroxila, entonces cambia su estructura primaria, por ende cambia también la estructura terciaria. Entonces estas modificaciones contribuyen a regular la función de la proteína.

Esto es muy importante. Por ejemplo, la fosforilación/defosforilación es un mecanismo por el cual se regula la actividad proteica.


NOTA: Para que un aminoácido pueda ser fosforilado debe tener en su resto lateral un grupo -OH, es decir que serán fosforilados los aminoácidos: serina, treonina, tirosina e histidina.

Hay otras modificaciones muy importantes:

Lipidación: ayuda a la proteína a insertarse en una membrana. Es también una forma de regular la actividad, como en el tránsito vesicular, donde hay proteínas G pequeñas que tienen colas de ácidos grasos y cuando se exponen son capaces de insertarse en la membrana o en la vesícula que tiene que ser transportada o gemada.

Glucosilación: sólo se glucosilan los dominios exteriores o exoplasmáticos de las proteínas.

Ubicuitinización: H2N-Lys

Procesamientos:

– Enzimático-proteólisis.

– Zimógenos.

– Pre-EGF.

– Procaspasas.

Todas estas modificaciones afectan la estructura primaria y por lo tanto se modifica también la estructura secundaria, terciaria y cuaternaria, afectando así su función.

Plegamiento de las proteínas in vivo: las chaperonas

Estas chaperonas aumentan la velocidad del plegamiento y, lo más importante, direccionan el plegamiento de tal manera que se pliegan correctamente. Se reconocen dos familias generales de chaperonas:


Una proteína que se encuentre mal plegada puede ser perjudicial para la célula, por lo tanto, ésta procede rápidamente a su degradación.

Plegamiento de proteínas mediado por chaperonas y chaperoninas.


En esta figura vemos un ribosoma que empieza a sintetizar una proteína. Este péptido naciente que emerge de la subunidad mayor del ribosoma puede tener en su secuencia de aminoácidos restos no polares (es decir, secuencias del tipo hidrofóbicas).
El ribosoma puede encontrarse libre en el citosol o unido a un translocón en la membrana del RE. Sea cual fuere el medio, el interior del translocón o el citosol, es un medio acuoso, por lo tanto, si se expone una secuencia hidrófoba a un medio acuoso, energéticamente es desfavorable, y puede ocurrir que la proteína comience a agregarse (esto es que se pliegue en una forma errónea) para disminuir esta alta energía libre que se expone cuando los restos hidrofóbicos se encuentran en medio acuoso.
Entonces, a medida que la cadena polipeptídica va emergiendo, las Hsp70 (que se encuentran unidas a ATP) se van uniendo a dominios de unión a secuencias hidrofóbicas y evita que la proteína se pliegue de manera errónea.
Quizás la proteína precisa estar completamente sintetizada para plegarse correctamente pero si a medida que se va formando se agrega, no se va a poder plegar correctamente.


Aquí vemos el proceso con más detalle. Tenemos el ribosoma y de él emerge una cadena polipeptídica, una proteína parcialmente plegada.
La Hsp70 es una proteína que contiene dos dominios: un dominio que se une a la cadena polipeptídica y un dominio que se une a ATP.
A medida que nace la cadena polipeptídica, ésta expone secuencias hidrofóbicas. El dominio unidor de secuencias hidrofóbicas se une a los dominios hidrofóbicos de la cadena polipeptídica, y luego con la ayuda de co-chaperonas (DnaJ/Hsp40) se induce la hidrólisis de ATP en la chaperona Hsp70.
En general, la hidrólisis de ATP induce cambios conformacionales. Entonces, el ATP se hidroliza a ADP generando un cambio conformacional en la Hsp70. Esto hace que el dominio unidor de secuencias hidrofóbicas se cierre sobre la cadena polipeptídica para protegerla del entorno. Es decir que hay tantas chaperonas Hsp70 como dominios hidrofóbicos contenga la cadena polipeptídica.
Una vez que la cadena polipeptídica se encuentra plegada, hay una proteína intercambiadora de ATP (GrpE/BAG1), que son co-chaperoninas que favorecen el intercambio de ADP por ATP induciendo así un cambio conformacional que permite la liberación de la cadena polipeptídica correctamente plegada.


Este es otro ejemplo. Esta es la chaperona Hsp90. Aquí podemos ver la utilización del ATP.
Esta chaperona posee un dominio unidor de ADP (azul) y un dominio unidor de secuencias hidrofóbicas de la cadena polipeptídica (naranja). Básicamente es lo mismo que lo expuesto anteriormente:
Cuando el dominio unidor de ADP intercambia ADP por ATP, produce un cambio conformacional, el cual permite la interacción del dominio unidor de secuencias hidrofóbicas con la cadena polipeptídica. La interacción de este dominio con la proteína, genera un cambio conformacional que permite que se acerquen los dominios unidores de ATP; y estos dominios de ATP al acercarse generan la hidrólisis del ATP a ADP, generando un cambio conformacional, y esto produce la apertura de la chaperona y la liberación de la cadena polipeptídica correctamente plegada.

Las chaperoninas son agrupaciones macromoleculares.


Poseen dos cámaras. Estas cámaras no funcionan al mismo tiempo, funciona una o la otra. En cada una de estas cámaras, por un mecanismo que se desconoce, ocurre el proceso de plegamiento (se comportan como máquinas de plegamiento de proteínas). La cadena polipeptídica es sintetizada por los ribosomas. Esta cadena se encuentra parcialmente plegada y es captada por una de las cámaras donde será plegada correctamente.
Entonces, la cadena polipeptídica es captada por la cámara superior (o inferior) y en un paso que depende de la hidrólisis de ATP, con una co-chaperonina (GroES), se produce el plegamiento de esta proteína dentro de la cámara.
Una vez que ocurre el plegamiento de la proteína, se hidroliza el ATP, y la proteína ya correctamente plegada es liberada. Puede suceder que se pliegue parcialmente, que sea liberada sin su conformación correcta, y deba repetir el proceso hasta quedar correctamente plegada para que pueda así cumplir su función.

NOTA: Las chaperoninas más conocidas y caracterizadas se encuentran en bacterias pero se han encontrado chaperoninas en células eucariontes (en citosol y RE).

Plegamiento, modificación y degradación de proteínas.

Las proteínas se generan a partir de los ARN por traducción el cual se transcribe a partir del ADN. Estas proteínas son sintetizadas en ribosomas. A medida que la proteína es sintetizada se va plegando; este paso es muy importante porque el plegamiento le da la forma y esto a su vez le da su función. Antes o durante el plegamiento puede sufrir modificaciones covalentes: modificaciones postraduccionales. Muchas veces estas modificaciones ayudan al plegamiento y a su actividad.
Luego que la proteína cumplió su función, la misma debe ser degradada. Los aminoácidos serán reutilizados para un nuevo ciclo de síntesis proteica, de la misma o de otra proteína diferente.
El tiempo que transcurre entre que se sintetiza la proteína y se degrada, se denomina vida media de la proteína. Indica el tiempo que una proteína se encuentra dentro de la célula.


El plegamiento es direccionado por la secuencia de aminoácidos. El plegamiento lleva a la proteína a su conformación correcta. Esta conformación, esta disposición tridimensional en el espacio, va a ser siempre la más favorable desde el punto de vista termodinámico; se pliega a favor de una disminución de la energía libre. Este plegamiento es lo que se conoce como estado nativo. El estado nativo de una proteína es la disposición espacial termodinámicamente más favorable.

Las proteínas pueden desnaturalizase, es decir, pueden perder la conformación, su forma, por ende, pierden su función. Hay varias maneras de desnaturalizar una proteína:


En la desnaturalización de una proteína se afectan las interacciones no covalentes, por lo tanto se ven afectadas las estructuras secundarias, terciarias y cuaternarias. Al perder su conformación pierde su función.
En el laboratorio, si poseemos una cadena polipeptídica desplegada, con tiempo, esa cadena adquirirá su estado nativo, es decir, adoptará su conformación más estable, puesto que la información de su plegamiento se encuentra en la estructura primaria (es decir, la disposición lineal de los aminoácidos formando una cadena polipeptídica). Este plegamiento lleva mucho tiempo, mucho más tiempo que en las células. Esto se debe a que en las células hay estructuras moleculares que se denominan chaperonas y participan activamente en el plegamiento in vivo de las proteínas.

Estructura jerárquica de las proteínas.

PROTEOMA: totalidad de proteínas de un organismo. Es el conjunto de proteínas que expresa una célula, es decir que no todas las células expresan el mismo proteoma (todas las células tienen el mismo genoma pero no el mismo proteoma).

ESTRUCTURA PRIMARIA.

La estructura primaria de una proteína es su disposición lineal de aminoácidos que componen una cadena polipeptídica.

Los aminoácidos son moléculas que constan de un Cα el cual se encuentra unido a un grupo amino (-NH3), un grupo carboxilo (-COOH), un hidrógeno (H) y un resto (R). Los aminoácidos se unen entre sí mediante enlaces peptídicos, los cuales se forman por condensación (es decir la pérdida de una molécula de agua):



De acuerdo a la cantidad de aminoácidos que componen la cadena, podemos hablar de péptido cuando la cadena está compuesta por 20-30 aminoácidos o polipéptido si la cadena contiene 200-500 aminoácidos.
Una proteína es un polipéptido o varios polipéptidos con una estructura terciaria bien definida.



En la figura vemos un tripéptido: 3 aminoácidos unidos entre sí mediante enlaces peptídicos.
Como resultado de la formación del enlace peptídico las cadenas polipeptídicas exhiben una polaridad debido a que todos los grupos amino se localizan del mismo lado del Cα. De esta manera, uno de los extremos de una proteína contiene un grupo amino libre (el N-terminal) y el otro extremo tiene un grupo carboxilo libre (el C-terminal).



Las cadenas laterales (R) de los aminoácidos determinan las propiedades características de cada uno y son la base para agrupar los aminoácidos en tres categorías principales:



Concepto:
La FUNCIÓN de una proteína depende de su ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL y su estructura tridimensional está determinada por la SECUENCIA DE AMINOÁCIDOS.

FORMA=FUNCIÓN

ESTRUCTURA SECUNDARIA.

Las estructuras secundarias son los elementos cruciales de la arquitectura de las proteínas.
Las estructuras secundarias resultan del plegado de partes localizadas de una cadena polipeptídica. Un único polipéptido puede exhibir múltiples tipos de estructuras secundarias según su secuencia.
Las estructuras secundarias se encuentran estabilizadas por uniones del tipo no covalente.
 
 
INTERACCIONES ESTABILIZADORAS
RANDOM COIL
NO
α-HÉLICE
PUENTES DE HIDRÓGENO
HOJA β
PUENTES DE HIDRÓGENO
GIRO β
PUENTES DE HIDRÓGENO

α-hélice.
Este tipo de estructura se encuentra mucho en proteínas del tipo globulares.
Es un segmento peptídico plegado en una hélice α, estabilizada por puentes de H formados por el carbonilo (C=O) de un aminoácido y el H del grupo amino de otro aminoácido ubicado a 4 aminoácidos de distancia en dirección al C-terminal:


Los puentes de H son paralelos al eje de la hélice.
Es muy importante notar la disposición de los restos R de los distintos aminoácidos: estos restos R se ubican hacia afuera de la α-hélice, por lo tanto, la naturaleza del resto R es muy importante para determinar la cualidad hidrófoba o hidrófila de la hélice. Si los restos son hidrófilos esta hélice podrá estar en contacto con el agua, es decir que se puede encontrar en el citosol; mientras que si estos restos son hidrófobos, la proteína se encontrará en la membrana, en la porción no polar de la bicapa fosfolipídica. Por esto es muy importante tener en cuenta la naturaleza del resto de los aminoácidos que forman parte de la hélice-α. 

Hoja β.
La hoja β está constituida por hebras β agrupadas lateralmente. Cada hebra β es un segmento polipeptídico corto casi totalmente extendido. La unión mediante puentes de H entre los átomos de la cadena principal, en hebras β adyacentes, dentro de la misma cadena polipeptídica o entre cadenas polipeptídicas diferentes, forma una hoja β.
Al igual que las α-hélices, las hojas β tienen una polaridad definida por la orientación del enlace peptídico. Por lo tanto, en una hoja plegada, las hebras β adyacentes pueden estar orientadas en la misma dirección (paralela) o en la opuesta (antiparalela) una respecto de la otra. En ambas disposiciones, los restos R se proyectan desde las dos caras de la hoja.



Giros β.
Los giros β están compuestos por 3 ó 4 residuos, se localizan en la superficie de una proteína formando plegamientos agudos que vuelven a dirigir la cadena principal polipeptídica hacia el interior. Estas estructuras secundarias cortas, en forma de U, son estabilizadas mediante puentes de H entre los residuos terminales. 
Los aminoácidos Gly y Pro son los más frecuentemente encontrados, la Gly no tiene cadena lateral (el grupo R es un H) por lo tanto es pequeño; y la curvatura intrínseca en la Pro, le permiten a la cadena polipeptídica plegarse para formar una estructura rígida en forma de U.
Estos giros les permiten a las proteínas grandes plegarse para formar estructuras altamente compactas.
Una cadena principal polipeptídica también puede contener curvaturas más largas o bucles. A diferencia de los giros, los bucles se pueden formar de muchas maneras diferentes.

Es importante destacar que en un mismo polipéptido pueden coexistir distintos tipos de estructura secundaria.


ESTRUCTURA TERCIARIA.

La estructura terciaria es muy importante porque es la que le da la forma a la proteína, y ya vimos que forma=función.
El plegamiento global de una cadena polipeptídica proporciona su estructura terciaria.La estructura terciaria se refiere a la conformación global de una cadena polipeptídica, es decir, la disposición tridimensional de todos sus residuos de aminoácidos. Esta estructura se encuentra estabilizada por:


INTERACCIONES ESTABILIZADORAS

INTERACCIONES DÉBILES
(no covalentes)
PUENTES DE HIDRÓGENO
INTERACCIONES HIDRÓFOBAS
INTERACCIONES IÓNICAS
UNIÓN COVALENTE
PUENTES S-S




Estas interacciones, sean covalentes como los puentes S-S o no covalentes, contribuyen a estabilizar el plegamiento de la molécula en el espacio, es lo que le va a dar la forma y gracias a esto la cadena polipeptídica va a poder llevar a cabo su función.
En base a su estructura terciaria podemos encontrar diferentes tipos de proteínas:

 
MOTIVOS Y DOMINIOS.
 Los motivos son combinaciones regulares de estructuras secundarias. Tienen una forma particular y gracias a esto puede cumplir su función.
Los dominios estructurales y funcionales son módulos de estructura terciaria. Las estructura terciaria de proteínas de PM mayores de 15000 está subdividida en diferentes regiones denominadas dominios. Desde el punto de vista estructural, un dominio es una región de un polipéptido plegada en forma compacta. 
Ejemplo:
cada una de las subunidades de la hemaglutinina contiene un dominio globular y un dominio fibroso. Son regiones de estructura terciaria que se pueden identificar.


ESTRUCTURA CUATERNARIA.
Las proteínas multiméricas constan de dos o más subunidades, las cuales pueden ser idénticas o no. La estructura cuaternaria describe el número y las posiciones relativas de las subunidades en las proteínas multiméricas.
La hemaglutinina, por ejemplo, vista anteriormente, consta de 3 subunidades idénticas que se mantienen unidas mediante enlaces no covalentes.
Otro ejemplo es el de la hemoglobina, una proteína que consta de 4 subunidades. Cada subunidad a su vez contiene un grupo prostético (grupo no proteico que forma parte de las proteínas): el grupo hemo (este grupo contiene Fe y une oxígeno). 


AGRUPACIONES MACROMOLECULARES.

Es el más alto nivel de organización. Pueden tener entre 10 y 100 cadenas polipeptídicas. En algunos casos pueden estar asociadas a ácidos nucleicos. Un ejemplo es el virus del mosaico del tabaco: 

Cada una de las partículas azules es una molécula proteica y lo que se ve en rojo es una molécula de ácido nucleico que lleva el virus dentro de la cápside proteica. A esta partícula viral se la considera una agrupación macromolecular, porque está formada por muchas cadenas polipeptídicas e inclusive un ácido nucleico.

Otro ejemplo de agrupación macromolecular es el Complejo de preiniciación de la transcripción. Está formado por el complejo mediador, factores generales de transcripción y la ARN polimerasa, están formadas por muchas cadenas polipeptídicas. Todo el complejo es una asociación macromolecular.