-
8/17/2019 Clase Proteínas BIOQ IngAmb 2016-I v2 (1).pdf
1/28
07/04/201
PROTEINAS, ESTRUCTURA. ENZIMAS, ACTIVIDAD.
Prof . Mg Blgo. Oscar Acosta Conchucos.BIOQUIMICA 2016 - I
UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
Facultad de Farmacia y Bioquímica
Departamento Académico de Bioquímica
EAP INGENIERIA AMBIENTAL
Estructura de un aminoácido• Son estructuras químicas con un grupo amino y
otro carboxilo como mínimo.
• Son estructuras cuaternarias con C, H, O y N.Pueden poseer además azufre.
• Existen más de 300 de ellos en la naturaleza, perolas proteínas se generan a partir de únicamente 20de ellos.
• 8-10 de los aminoácidos deben estar contenidos enla alimentación por cuanto no se sintetizan en elorganismo y se les denomina esenciales.
-
8/17/2019 Clase Proteínas BIOQ IngAmb 2016-I v2 (1).pdf
2/28
07/04/201
• Aminoácidoshidrofóbicos.
• Se ubican en elinterior de lasproteínas.
• La glicina por serpequeña seacomoda a todasla curvasproteicas.
• Glicina rica en elcolágeno.
Cadenas laterales alifáticas
-
8/17/2019 Clase Proteínas BIOQ IngAmb 2016-I v2 (1).pdf
3/28
07/04/201
• Los hidroxilados sonhidrofílicos, fosforilables y
ocupan la superficie proteica.
• La serina se encuentra en el
sitio activo de muchas
enzimas, no así la treonina
• Los aminoácidos azufrados,
participan frecuentemente de
los enlaces inter proteínas que
mantienen estructuras
terciarias y cuaternarias.
• La metionina inicia la síntesis
de las proteínas.
NH3
CH2-CH-COOH
OH
NH3 OH
CH3-CH-CH-COOH
Serina
Treonina
NH3
CH2-CH-COOH
SH
NH3
CH2-CH-COOHCH2-
S-CH3
Cisteina
Metionina
Aminoácidoshidroxilados
Aminoácidos azufrados
• Al ser dicarboxílicos proporcionan cargas eléctricasnegativas a las proteínas en solución. Además generanproteinatos al reaccionar con cationes.
• Sostienen, por participar de los enlaces, la estructurasecundaria, terciaria y cuaternaria de la proteína.
• El glutamato y la glutamina son neurotrasmisoresabundantes.
Con grupos ácidos o sus amidas
-
8/17/2019 Clase Proteínas BIOQ IngAmb 2016-I v2 (1).pdf
4/28
07/04/201
• Proporcionan cargaspositivas a las proteínas.
• Participan de los enlacesde hidrógeno ymantienen la estructurasecundaria, terciaria ycuaternaria de laproteína.
• La Histidina seencuentra en los sitios
activos de las enzimas.• La arginina es necesaria
en la síntesis de úrea.
Con grupos básicos
NH3
NH-CH2-CH2-CH2-CH-COOH
C=NH2
NH2
Arginina
NH3
NH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH-COOHLisina
NH3
-CH2-CH-COOH
NH N Histidina
• Contienen grupoaromáticos, que leconfieren carácterhidrofóbico.
• Se sitúan en elinterior de laproteína.
• Estos aminoácidosdan color a lasproteínas.
• El triptofano esprecursor de laniacina.
• La prolina es rica enel colágeno.
Con anillos aromáticos
Prolina
-
8/17/2019 Clase Proteínas BIOQ IngAmb 2016-I v2 (1).pdf
5/28
07/04/201
• Los aminoácidos pueden tener carga positiva, negativa o cero.• La ionización del carboxilo produce cargas negativas, la captura
del protón por parte del grupo amino produce una carga positiva.
• A un pH biológico entre 7 y 7,4 los grupos carboxilo sonpredominantemente COO- y los grupos amino existen como NH3+
• La carga neta es la suma algebraica de grupos negativos y
positivos del aminoácido.
++
+-
+--
+--
H NH R NH R
H COOR COOH R
23
• Es el pH en el cual el aminoácido presenta cargas positivas ynegativas iguales.
• Desde un punto de vista práctico resulta de obtener la media entrelas constantes de disociación del carboxilo y del grupo amonio.
CH3-CH-COO-
NH3+
pK1 R-COO- 2,35
pK2 R-NH3+ 9,69
02,62
69,935,2
2
21
++ pK pK pI
-
8/17/2019 Clase Proteínas BIOQ IngAmb 2016-I v2 (1).pdf
6/28
07/04/201
• Muchas de las características físicas y químicas de los aminoácidosdependen de la estructura del grupo R anexo a su carbono alfa.
• Grupos tan pequeños como el de la Glicina permiten su presencia enlugares poco accesibles de una estructura proteica.
• Grupos aromáticos como el de la Tirosina permiten absorción de la luzUV y su medida por procedimientos espectrofotométricos.
• Grupos básicos o ácidos permiten la formación de enlaces (dehidrógeno) con los de otros compuestos.
CH3-CH-COO-
NH3+
CH=carbono alfa
CH3=grupo R
ESTRUCTURA DE LAS PROTEINAS
-
8/17/2019 Clase Proteínas BIOQ IngAmb 2016-I v2 (1).pdf
7/28
07/04/201
• La conformación nativa de una proteína se define como laestructura tridimensional que es biológicamente activa. Semantiene sobre la base de los enlaces covalentes y no covalentesanteriormente explicados.
• La estructura primaria está definida por la secuencia deaminoácidos unidos por los enlaces peptídicos.
• Su carácter de doble enlace fija una estructura rígida, incapaz degirar sobre su eje, y el movimiento se trasmite a los enlaces delcarbono alfa. Esto mantiene una estructura fija coplanar (en unmismo plano).
CO CH NH CO
CH NH CO CH NH
R
R
RLibre
Rígido
• La estructura primaria de una proteína está dada por la secuencia deaminoácidos.
• Los pasos del estudio de esta secuencia son: – Composición de polipéptidos por hidrólisis y cromatografía. – Aminoácido N terminal, con DNPB y aa. C terminal con Hidrazina. – Ruptura en pequeños fragmentos con tripsina, quimo tripsina, bromuro de
cianógeno. – Reconstrucción de la secuencia.
insulinaCadena A
Cadena B Aminoácidos de la insulina
-
8/17/2019 Clase Proteínas BIOQ IngAmb 2016-I v2 (1).pdf
8/28
07/04/201
• Las rotaciones permitidas en el
esqueleto del poli péptido generan
una estructura repetitiva denominada
secundaria, la cual puede ser:
– alfa helicoidal
– estructura beta u hoja plegada
• Esta estructura es mantenida por los
puentes de hidrógeno de la proteína.
En el alfa hélix los puentes son intra
catenarios y en la estructura beta inter
catenarios.
• La doble ligadura virtual , del
enlace peptídico limita las
conformaciones de una cadena
obligando al giro alrededor de
un eje (alfa hélice).
• Sus medidas son:
– 3,6 residuos / giro – 0,54 nm / giro
– 0,15 nm /átomo equivalente
-
8/17/2019 Clase Proteínas BIOQ IngAmb 2016-I v2 (1).pdf
9/28
07/04/201
• La conformación beta o dehoja plegada se presenta enalgunas proteínas o en algunaporción de ellas.
• La estructura es estabilizadapor puentes de hidrógenoentre varias cadenas.
• Puede ser paralela yantiparalela.
• La estructura terciaria se refiere a la disposición tridimensionalde la cadena polipeptídica en una proteína, permitiendo ladisposición globular o fibrosa de la misma.
• La mantienen todos los enlaces no covalentes y aún el enlacedisulfuro.
• La interacción proviene de aminoácidos que pueden estaralejados en la secuencia pero cerca en la disposicióntridimensional.
• La proteína está plegada de forma tal que los grupos hidrofílicosocupan el exterior de la misma y los hidrofóbicos el interior.• La estructura cuaternaria se produce en aquellas proteínas que
tienen dos o más cadenas polipeptídicas, las que seestabilizan por enlaces no covalentes.
-
8/17/2019 Clase Proteínas BIOQ IngAmb 2016-I v2 (1).pdf
10/28
07/04/201
1
COMPARACION ENTRE HEMOGLOBINA Y MIOGLOBINA
• Las cuatro cadenas(dos alfa y dos beta) seacomodan, creandouna estructura globularcon cuatro bolsillos.
-
8/17/2019 Clase Proteínas BIOQ IngAmb 2016-I v2 (1).pdf
11/28
07/04/201
Proteínas Fibrosas: COLÁGENO
El colágeno forma partede las matricesextracelulares de lasdiferentes partes deldiente.
ENZIMAS
-
8/17/2019 Clase Proteínas BIOQ IngAmb 2016-I v2 (1).pdf
12/28
07/04/201
1
Catálisis
• Un catalizador esuna sustancia queacelera una reacciónsin consumirse.
• Lo hace reduciendola energía deactivación.
• Se denominaenergía deactivación a aquella
necesaria paraalcanzar el estado detransición.
Por qué aumenta la Velocidad de Rx.?
• Las enzimas aceleran la velocidad de reacción por las siguientesrazones:
– La unión de sustrato y enzima incrementa la concentraciónefectiva de sustrato en las inmediaciones del sitio activo. Haytambién un cambio conformacional que orienta al sustrato.
– La unión enzima sustrato tiene un nivel más alto de energía y
las modificaciones de longitud y ángulo del sustrato asemejan ala forma del estado transitorio.
– Algu nos de los residuos del si t io act ivo , participan de lareacción donando y aceptando protones.
– Alg unos residu os catalítico s tienen grupos que ayudan aromper enlaces covalentes.
-
8/17/2019 Clase Proteínas BIOQ IngAmb 2016-I v2 (1).pdf
13/28
07/04/201
1
El sitio activo de la enzima
•El sitio activo es una ranura compuestapor residuos de aminoácidos distantesque producen un microambienteespecífico.
•Los sustratos se unen mediante múltiplesinteracciones débiles.
•Las interacciones proveen de la energíanecesaria para reducir la energía libre deactivación.
•La especificidad de la unión depende dela localización de los átomos en el centro
activo.•El sitio activo promueve la formación delestado de transición.
ENZIMAS.Modelos de unión del S a la E
-
8/17/2019 Clase Proteínas BIOQ IngAmb 2016-I v2 (1).pdf
14/28
07/04/201
1
Como actúa una enzima?Como cambia la energía de activación?
• Reduce la en tal pía del estado de transición (perdida por
calor)• Reduce la en tr opía de la transición (mayor orden maseficiencia)
Clases de enzimas
Clase de enzima Tipo de reacción catalizada
OxidoreductasasReacciones que transfieren electrones de un sustratoa otro.Óxido reducción
TransferasasTransfieren un grupo funcional de una molécula a otra.Grupos como metilos, acilos, fosfatos etc
Hidrolasas
Rompen enlaces entre carbonos u otras moléculas
con la adición de una molécula de agua.
LiasasRompen enlaces C-C, C-S, C-N sin el ingreso de unamolécula de agua.
IsomerasasTransforman un isómero en otro transfiriendo un grupofuncional de una posición a otra.
LigasasForman enlaces C-C, C-N, C-O y C-S uniendo dosmoléculas con gasto de energía.
-
8/17/2019 Clase Proteínas BIOQ IngAmb 2016-I v2 (1).pdf
15/28
07/04/201
1
Los números de la clasificación
Los números de la clasificación corresponden a:Clase, sub. clase, sub. subclase y sustrato
1. Oxidoreductasa1.1 Actúa sobre grupos CH-OH1.1.1 Con NAD o NADP1.1.1.37 deshidrogenasa málica
Ejemplos de enzimas:
1.Oxidoreductasas- lactato deshidrogenasa2.Transferases- glucoquinasa3.Hidrolasas- quimotripsina4.Liasas- fumarasa
5.Isomerasas- fosfohexosaisomerasa6.Ligasas- acil coA sintetasa
Clasificación de enzimas
-
8/17/2019 Clase Proteínas BIOQ IngAmb 2016-I v2 (1).pdf
16/28
07/04/201
1
-
8/17/2019 Clase Proteínas BIOQ IngAmb 2016-I v2 (1).pdf
17/28
07/04/201
1
Enzima Fuente Sustrato Producto
α -Amilasa Glándulas
salivales, páncreas
Almidón,
glucógeno
Oligosacáridos
Dextrinasa Intestino delgado Dextrinas Glucosa
Isomaltasa Intestino delgado α-1,6glucósidos
Glucosa
Lactasa Intestino delgado Lactosa Galactosa,glucosa
Maltasa Intestino delgado Maltosa Glucosa
Sacarasa Intestino delgado Sacarosa Fructosa,glucosa
Trehalasa Intestino delgado Trehalosa Glucosa
Cofactores y coenzimas
• Cofactor – De naturaleza orgánica o inorgánica que favorece la actividad
enzimática.
• Coenzima – De naturaleza orgánica, requerida por una enzima para su
actividad catalítica. Generalmente una vitamina o su derivado.
• Las oxido reductasas siempre necesitan: – NAD+/NADH + H+ – NADP+/NADPH + H+ – FAD/FADH2
-
8/17/2019 Clase Proteínas BIOQ IngAmb 2016-I v2 (1).pdf
18/28
07/04/201
1
Metales como cofactores enzimáticos
Metal Enzima Función
Fe Citocromo oxidasa Oxidación-reducción
Cu Ac ascórbico oxidasa Oxidación-reducción
Zn Alcohol deshidrogenasa Facilita la unión del NAD
Mn Histidina amoniaco liasa Facilita extracción de e-
Co Glutamato mutasa El Co cobalamina
Ni Ureasa Lugar catalítico
Mo Xantino oxidasa ¿oxidación-reducción?
V Nitrato reductasa ¿oxidación-reducción?
Se Glutatión peroxidasa Sustituye al S en una Cys
ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
21 Cof P E ES Cof S E ++++
Es la forma de medida de una enzima. La ecuación general de lasreacciones enzimáticas es:
Donde la enzima (E), se une al sustrato (S) para generar un producto (P). Algunas veces es necesario un cofactor (Cof ) que se modifica durante la
reacción.
-
8/17/2019 Clase Proteínas BIOQ IngAmb 2016-I v2 (1).pdf
19/28
07/04/201
1
La actividad enzimática se mide por la reacción catalítica bajo la forma de:
Desaparic ión del sustra to por unidad de t iempo , o
Formación de producto, o
Modi f icac ión del cofactor .
Unidades: katal = moles de sustrato/segundo.
Unid. Internacionales: umol/minuto
Factores que modifican la actividadenzimática.
La velocidad de una reacción mediada por enzimas estáinfluenciada por:
– Temperatura del medio
– El pH del medio – Concentración de la enzima
– Concentración del sustrato. – Presencia de inhibidores.
Nota: Las reacciones químicas son:
- De primer orden si son dependientes de la concentración de sustrato.
- De orden cero si son independientes de la concentración de sustrato.
-
8/17/2019 Clase Proteínas BIOQ IngAmb 2016-I v2 (1).pdf
20/28
07/04/201
2
Temperatura• No existe actividad enzimática a-273°C o cero abso lu to .
• A partir de esa temperatura losincrementos provocan mayor actividad enzimática. La que seexpresa como c oef ic ien te de temperatura o Q10. Esto es, elincremento de actividad por cada 10°C de aumento detemperatura.
• En términos generales Q10 = 2,es decir que por cada 10°C detemperatura la velocidad sedobla.
• Existe una temperatura óptimatras la cual los aumentosprovocan desnaturalización dela proteína enzimática y pérdidade la actividad.
Cangrejos del polo
Pepsina de cerdo
Bacterias de aguas termales
pH• Cada enzima tiene un pH óptimo de
trabajo, el cuál es variable. Las enzimasintracelulares trabajan entre 5 y 9 , lasenzimas digestivas pueden trabajar enpH diferentes.
• Los extremos de pH afectan laionización de los centros activos (-COO- (glutamico, aspartico) NH3+
(arginina, lisina,histidina) SH (Cisteina,metionina)).
pH0 14
-
8/17/2019 Clase Proteínas BIOQ IngAmb 2016-I v2 (1).pdf
21/28
07/04/201
2
FACTOR:
CONCENTRACIÓN DEL SUSTRATO
• Si se aumenta laconcentración del sustrato,manteniendo constante lasdemás variables, lavelocidad inicial dereacción (Vi) aumentahasta un valor máximo(Vmax) el que seestabiliza.
• Se dice bajo estascondiciones que la enzimaestá saturada con elsustrato. Esto se producede acuerdo a la afinidadenzima sustrato.
La ecuación de MICHAELIS - MENTEN
• Esta es la formula para una reacción catalizada por unaenzima, donde S es el sustrato y P el producto.
• Describe la relación entre velocidad y concentración delsustrato y explica el mecanismo de saturación.
• La ecuación de Michaelis - Menten deriva de las siguientesconsideraciones:
1) Etapa constante (meseta)2) Velocidad inicial.
P E ES S E ++k 1
K -1
k 2
K -2
-
8/17/2019 Clase Proteínas BIOQ IngAmb 2016-I v2 (1).pdf
22/28
07/04/201
2
1) Velocidad inicial
• En el inicio hay poco producto, luego el aporte de E + P a la formación de ES esdespreciable.
• La ecuación de Michaelis se refiere a la velocidad medida durante este periodode reacción.
• Luego en este caso la reacción puede modificarse a:
K -1
P E ES S E ++k 1
K -1
k 2
P E ES S E ++
k 1 k 2
K -2
2) Etapa constante o de meseta
• Se define como la etapa durante la cual el complejo Enzima-sustrato [ES] permanece constante.
• Estado pre inalterable es aquel durante el cual se genera ES y esmuy rápido.
• La ecuación de Michaelis se refiere a la velocidad que se midecuando la etapa constante se alcanza.
P E ES S E ++k 1 k 2
K -2
-
8/17/2019 Clase Proteínas BIOQ IngAmb 2016-I v2 (1).pdf
23/28
07/04/201
2
Que es K m• K m es una constante derivada de
• K m, bajo las condiciones de Michaelis, es un estimado de ladisociación entre la E y S
•
Importante:
* Un K m pequeño significa una “gran afinidad” entre la E y el S.* Un K m alto significa poca afinidad entre la E y el S.
• K m es la concentración del sustrato en la cual la velocidad d e lareacción es igual a la mitad de la Vmax ( 1/2V max )
Km = 1/2V max
1
21
k
k k K
m
+
-
P E ES S E ++k 1
K -1
k 2
“Km es una expresión de afinidad entre E y S”
S
Vmax
Vmax/2
Km. KmGlucoquinasa
(hígado)Hexoquinasa
(cerebro)
-
8/17/2019 Clase Proteínas BIOQ IngAmb 2016-I v2 (1).pdf
24/28
07/04/201
2
Comprendiendo v max
• Vmax se obtiene conforme se incrementa el sustrato. No sealcanza completamente porque requeriría que todo el sustrato seuna a la enzima (no habría constante de equilibrio)
• Numero de recambio, se define como el numero de moleculasde sustrato transformadas por la enzima por unidad de tiempo.,cuando la enzima esta saturada por el sustrato. O [S]>>[Et],
P E ES S E ++k 1 k 2
K -2
Gráfica de Lineweaver Burk• La gráfica de Lineweaver Burk es
usada para obtener Vmax y Km.
• Se usa la inversa de la ecuaciónde Michaelis-Menten.
• Cuando 1/v se grafica frente a 1/sse obtiene una recta, donde lapendiente es Km/Vmax.
• La intersección en el eje de y esigual a 1/Vmax y la del eje de x esigual a -1/Km.
VmaxS Vmax
km
v
1
][
1.
1+
1/v
1/[S]
1/Vmax
-1/Km
-
8/17/2019 Clase Proteínas BIOQ IngAmb 2016-I v2 (1).pdf
25/28
07/04/201
2
Inhibidores competitivos• Estructuras semejantes al sustrato que compiten con él por el
mismo centro activo.
• Sus efectos pueden revertirse si se incrementa la concentracióndel sustrato hasta ocupar todos los centros activos.• La Vmax no cambia, pero si el Km porque se necesita más
sustrato.
v
[S]
inhibidor
1/[S]
1/V
1/Vmax
-1/Km
Inhibidores competitivos
-
8/17/2019 Clase Proteínas BIOQ IngAmb 2016-I v2 (1).pdf
26/28
07/04/201
2
Inhibidores no competitivos
• Estructuras diferentes al sustrato por lo que se unen a un sitioindependiente de la enzima.
• Ambos, sustrato e inhibidor pueden unirse a la enzima al mismotiempo. Su efecto no puede revertirse aumentando laconcentración del sustrato.
• No tiene efecto sobre la Km pero sí sobre la Vmax.
V
[S]
inhibidor
1/V
1/[S]
1/Vmax
-1/Km
Inhibiciónno competitiva
-
8/17/2019 Clase Proteínas BIOQ IngAmb 2016-I v2 (1).pdf
27/28
07/04/201
2
Inhibidores irreversibles• Reaccionan covalentemente con la cadena lateral de un
aminoácido de la enzima, para formar un complejo establepermanentemente inactivado.• Se les llama también substratos suicidas.• Su efecto es igual al de un inhibidor no competitivo.
Droga Uso terapéutico Enz ima afec tada Tipo de inhibidor
Lovastat ina Hipercolesterolemia HMGCoA reductasa Competit iva
5-fluouracil Cáncer Timidilato sintetasa Irreversible
Metrotexate Cáncer Dihidrofolato reductasa Competitiva
Alopurinol Gota Xantino oxidasa Irreversible
Cumadin Ant icoagulante Glutamil carbox ilasa Competit iva
Aspirina Antiinflamatorio Ciclooxigenasa Irreversible
Captopril Hipertensión art. Enz.convert.angiotensina Competitiva
Efecto clínico de los Inhibidores
• El metabolismo se controla:
– Por la disponibilidad de los sustratos en el interior de lacélula.
– Por la concentración de sustratos – Por la función y el control enzimático, que puede ser por:
• Represión
• Retroalimentación (“feedback”)
• Alosterismo (presencia de un activador alostérico
en un sitio distinto al sitio activo).
En el contexto del metabolismo…
-
8/17/2019 Clase Proteínas BIOQ IngAmb 2016-I v2 (1).pdf
28/28
07/04/201
• Represión:
• Retroalimentación:
• Alosterismo:
A B C D E
A B C D E
sustrato
activador
Tarea: Buscar enzimas importantes en salud ambiental…