martes, 4 de mayo de 2010
lunes, 3 de mayo de 2010
martes, 27 de abril de 2010
Resumen de Lipidos III capitulo (para el examen)
LIPIDOS.
Lípidos simples: Esteres de los ácidos grasos con diversos alcoholes. Grasas: Esteres de ácidos grasos con glicerol. Una grasa en estado líquido se conoce como aceite.
Ceras: Esteres de ácidos grasos con alcoholes monohidricos de peso molecular alto.
Lípidos complejos: Esteres de ácidos grasos que contienen grupos adicionales al alcohol y el acido graso. Fosfolípidos: Lípidos que contienen un residuo de acido fosforico adicional a los ácidos grasos y el alcohol. Con frecuencia contienen bases nitrogenadas y otros sustituyentes; por ejemplo, en los glicerofosfolipidos el alcohol es un glicerol, y en los esfingofosfolipidos el alcohol es la esfingosina.
Glucolipidos: Lípidos con un acido graso, esfingosina y carbohidrato.
Lípidos derivados: Estos incluyen ácidos grasos, glicerol, esteroides, alcoholes adicionales al glicerol y los esteroles, aldehídos grasos y cuerpos cetonicos, hidrocarburos, vitaminas liposolubles y hormonas.
ACIDOS GRASOS:
• Ac carboxilico.
• Ac monocarboxilico.
• Tienen entre C12 – C18.
• Ac grasos insaturados se presentan C18.
• CIS (configuración).
Clasificación:
A G esenciales: no lo podemos sintetizar, tenemos que proveernos de ellos.
-Linoleico.
-Linolénico.
-Araquinodico.
A G de cadena lineal saturados:
-Laurico C12.
-Miristico C14.
-Palmitico C16.
-Estearico C18.
-Arquidico C20.
A G de cadena lineal no saturados. (CIS)
-Palmitoleico C16.
-Oleico C18.
-Linoleico C18.
-Linolenico C18.
-Araquidonico C20.
A G poco frecuentes:
-Recinoleico C18.
-Lactobasilico C19.
-Tubérculo estereatico C19.
CARBOHIDRATOS.
Los monosacáridos son aquellos carbohidratos incapaces de hidrolizarse en carbohidratos más simples. Pueden subdividirse en triosas, terrosas, pentosas, hexosas, heptosas u octosas según la cantidad de átomos de carbono que poseen, y como aldosas o cetosas por la presencia del grupo aldehido o del grupo cetona.
Los disacáridos al hidrolizarse dan lugar a dos moléculas de monosacárido. Los ej son la maltosa, que dan origen a dos moléculas de glucosa; y la sucrosa que da lugar a una molécula de glucosa y una fructosa.
Los oligosacáridos al hidrolizarse producen de 2 a 10 unidades monosacárido un ej lo constituye la maltotriosa.
Los polisacáridos al hidrolizarse producen mas de 10 moléculas de monosacárido. Los almidones y las dextrinas corresponden a ej de polisacáridos, que pueden ser lineales o ramificados. Algunas veces se les designa como hexosanas. Algunas veces se les designa como hexosanas o pentosanas de acuerdo con la identidad de los monosacáridos producidos al hidrolizarse.
Lípidos simples: Esteres de los ácidos grasos con diversos alcoholes. Grasas: Esteres de ácidos grasos con glicerol. Una grasa en estado líquido se conoce como aceite.
Ceras: Esteres de ácidos grasos con alcoholes monohidricos de peso molecular alto.
Lípidos complejos: Esteres de ácidos grasos que contienen grupos adicionales al alcohol y el acido graso. Fosfolípidos: Lípidos que contienen un residuo de acido fosforico adicional a los ácidos grasos y el alcohol. Con frecuencia contienen bases nitrogenadas y otros sustituyentes; por ejemplo, en los glicerofosfolipidos el alcohol es un glicerol, y en los esfingofosfolipidos el alcohol es la esfingosina.
Glucolipidos: Lípidos con un acido graso, esfingosina y carbohidrato.
Lípidos derivados: Estos incluyen ácidos grasos, glicerol, esteroides, alcoholes adicionales al glicerol y los esteroles, aldehídos grasos y cuerpos cetonicos, hidrocarburos, vitaminas liposolubles y hormonas.
ACIDOS GRASOS:
• Ac carboxilico.
• Ac monocarboxilico.
• Tienen entre C12 – C18.
• Ac grasos insaturados se presentan C18.
• CIS (configuración).
Clasificación:
A G esenciales: no lo podemos sintetizar, tenemos que proveernos de ellos.
-Linoleico.
-Linolénico.
-Araquinodico.
A G de cadena lineal saturados:
-Laurico C12.
-Miristico C14.
-Palmitico C16.
-Estearico C18.
-Arquidico C20.
A G de cadena lineal no saturados. (CIS)
-Palmitoleico C16.
-Oleico C18.
-Linoleico C18.
-Linolenico C18.
-Araquidonico C20.
A G poco frecuentes:
-Recinoleico C18.
-Lactobasilico C19.
-Tubérculo estereatico C19.
CARBOHIDRATOS.
Los monosacáridos son aquellos carbohidratos incapaces de hidrolizarse en carbohidratos más simples. Pueden subdividirse en triosas, terrosas, pentosas, hexosas, heptosas u octosas según la cantidad de átomos de carbono que poseen, y como aldosas o cetosas por la presencia del grupo aldehido o del grupo cetona.
Los disacáridos al hidrolizarse dan lugar a dos moléculas de monosacárido. Los ej son la maltosa, que dan origen a dos moléculas de glucosa; y la sucrosa que da lugar a una molécula de glucosa y una fructosa.
Los oligosacáridos al hidrolizarse producen de 2 a 10 unidades monosacárido un ej lo constituye la maltotriosa.
Los polisacáridos al hidrolizarse producen mas de 10 moléculas de monosacárido. Los almidones y las dextrinas corresponden a ej de polisacáridos, que pueden ser lineales o ramificados. Algunas veces se les designa como hexosanas. Algunas veces se les designa como hexosanas o pentosanas de acuerdo con la identidad de los monosacáridos producidos al hidrolizarse.
Resumen del libro de Pedro Coila. Proteinas II capitulo (Para el examen)
AMINOACIDOS.
Todas las proteínas están compuestas por unidades mas pequeñas los aa; son bloques estructurales básicos de las proteínas. Existen mas 300 aa, solo 20 de ellos están presentes en las proteínas de todas las formas de vida. A estos aa se les conoce como los ss comunes, estándares o primarios.
El primer aa descubierto fue la asparagina en 1806, el ultimo la treonina en 1938. Todos los aa tienen nombres comunes que en algunos casos derivan de la fuente del cual fueron aislados primero. A cada aa se le asigna una abreviación de 3 letras y un símbolo de 2 letras.
Estructura general.
Los 20 aa comunes ecepto la prolina tiene una formula estructural general. Contiene un átomo de carbono alfa y esta unido mediante enlaces covalentes a los átomos y moléculas: un átomo de H, un grupo carboxilo, un grupo amino, una cadena lateral. Debido a que los grupos amino y carboxilo de los 20 aa se encuentran unidos al Cα, los 20 aa comunes son α-aminoácidos.
Clasificación.
aa esenciales: no pueden ser sintetizados por el organismo animal en suficientes cantidades como para satisfacer las necesidades fisiológicas del organismo o simplemente no las sintetiza. Deben ser proporcionados en la dieta. Cada especie animal tiene sus aa esenciales específicos se considera que son esenciales en todos los mamíferos: la valina leucina isoleucina, treonina, metionina, lisina, fenilalanina y triptófano. Los aa esenciales por lo general se encuentran en proteínas de origen animal (leche, carne, huevos).
aa no esenciales: son aquellos que el organismo animal pueden sintetizarlos en suficientes cantidades.
aa proteicos derivados: además de los 20 aa comunes, frecuentemente se encuentran en las proteínas otros aa que generalmente son formados a partir de un aa común después de que este ha sido incorporado en la proteína a través de reacciones enzimáticas de modificación (metilacion, acetilacion, fosforilacion, etc), a estos aa se les denomina aa derivados: la 4-hidroxporlina y la 5-hidroxilisina, la 5-metilisina, el γ-carboxiglutamato, la desmosina, la selenocisteina.
aa no proteicos: se encuentran en diferentes células y tejidos en forma libre o formando parte de estructura no proteicas, pero nunca en proteínas. La mayor parte son derivados de los α-aa pero también existen βγδ-aa. La ornitina y citrulina, la homoserina y homocisteina, la β-alanina, la histamina, la tiroxina, la azaserina, la taurina, la espermita y la espermidina. Dentro de este grupo debemos incluir a los aa que intervienen en la neurotransmisión. Los neurotransmisores son mensajeros químicos que se forman en las terminaciones nerviosas y que se encargan de transmitir el impulso nervioso a través de una sinapsis a otra célula muscular o a otra célula secretora; la serotonina, las catecolamina, la acetilcolina, la glicina, el aspartato, glutamato el acido γ-aminobutirico.
Propiedades físico-químicas.
Actividad óptica de los aa (estereoisomerismo) son compuestos que poseen la misma formula y peso molecular pero diferente configuración de sus átomos en el espacio. El numero de esteoisomeros posibles en una molécula es de 2n donde n es el numero de centros quirales (centro quiral es aquel átomo que se encuentra unido a diferentes átomos o grupos de átomos.)
Racemizacion: es la interconversion de los enantiomeros D<->L. los aa se pueden recemizar durante una reacción química. Se llama racemato a una mezcla de los aa D y L.
Espectro de absorción: ninguno de los 20 aa absorbe luz en la región visible del espectro luminoso, tres de ellos (tirosina, triptófano y fenilalanina) absorben luz significativamente en el espectro UV lejano.
ESTRUCTURA PRIMARIA.
Se refiere a la identificación de los aa que constituyen la cadena polipeptídica, la cantidad relativa de esos aminoácidos y la secuencia d aa y localización de los puentes disulfuro.
La secuencia de aa es la característica estructural más fundamental de las proteínas (20 aa). La estructura primaria es la base para los demás niveles de organización de las proteínas y finalmente, en su función biológica.
Enlace peptídico.
Es la condensación del grupo α-carboxilo de un aa con el grupo α-amino de otro aa.
Durante la formación del enlace peptídico se elimina una molécula de agua de los aminoácidos que comparten el enlace, el producto es un dipéptido. El enlace peptídico formado (C-N) es un enlace secundario.
Es importante indicar que los grupos amino y carboxilo de las cadenas laterales de los aa que poseen (Glu, asp, lis, asn y gln) no forman enlaces peptidicos, solo lo forman aquellos grupos amino y carboxilo del grupo alfa (unidos al Cα).
La configuración trans lleva las dos cadenas laterales en lados opuestos del enlace peptídico, esta es la configuración mas estable. De hecho, los enlaces peptidicos trans son los mas frecuentemente encontrados en las proteínas, excepto donde hay residuos de prolina.
La configuración cis lleva las dos cadenas laterales en el mismo lado del enlace peptídico. Es una configuración inestable debido a las fuerzas estericas repulsivas entre los dos grupos R. En las proteínas, solo se encuentran presentes cuando en la constitución del enlace peptídico intervienen al aa prolina.
Péptidos.
Son compuestos formados por dos aa unidos covalentemente entre si por enlaces peptidicos. A cada aa que intervienen en un péptido, a pesar de su identificación, se le denomina residuo.
El residuo que se encuentra en uno de los extremos con su grupo amino libre se llama residuo amino terminal y al residuo que se encuentra en el otro extremo se llama residuo carboxilo terminal, a los aa intermedios se les denomina residuos internos. A cada residuo se le asigna un número según el orden que ocupan en la secuencia al que se denomina numero de residuo.
Clasificación:
Oligopeptidos: si contienen de 2 a 10 residuos. Estos a su vez de acuerdo al número de residuos podrán ser dipeptidos, tripeptidos, tetrapeptidos, etc, si contienen 2, 3, 4, etc residuos.
Polipéptidos: si contienen mas de 10 residuos.
Algunos péptidos de importancia biológica.
Glutatión (γ-glutamil-cisteinil-glicina) (GSH), es un potente agente reductor, actúa como consumidor de agentes oxidantes como el H2O2, el radical hidróxido (-OH) y el radical superoxido (-O2). Estas sustancias derivadas del O2 pueden provocar graves daños a diversos compuestos celulares (proteínas, ácidos nucleicos, lípidos, etc) sin embargo cuando reaccionan con el glutatión sus efectos dañinos desaparecen.
En animales superiores es intervenir en el mantenimiento del estado reducido del átomo de Fe (Fe-II) en la hemoglobina y también en el transporte de aminoácidos a través de la membrana celular.
Oxitocina y vasopresina.
Son hormonas nonapeptidicas que tiene una estructura parcial cíclica con una secuencia que difiere solo en los residuos 3 y 8, se producen en la neurohipófisis de los mamíferos. La oxitocina estimula la contracción en el músculo uterino de las hembras preñadas y evacuación de la leche de las glándulas mamarias durante la lactancia. La vasopresina produce la contracción del músculo liso, sobre todo de los vasos sanguíneos (vasoconstricción) con el consiguiente aumento de la presión arterial. También tiene poderosos efectos antidiuréticos al estimular la reabsorción del agua por le riñón.
Angiotensina (I y II), el higado produce el angiotensinogeno, la que por acción de la renina se convierte en angiotensina I, decapeptido relativamente inactivo. Luego la angiotensina I, por acción de una enzima conversora se convierte en angiotensina II, octapeptido activo con acción vasoconstrictora. La función de la angiotensina II es aumentar la presión arterial; también actúa sobre el cerebro provocando sed y estimulando a la hipófisis para que aumente la secreción de vasopresina.
La insulina.
Es una hormona producida en las células β del páncreas bajo la forma de proinsulina (86 aa). Su función esta relacionada con el metabolismo de carbohidratos, lípidos, proteínas, electrolitos y agua. Es la principal hormona que regula la glicemia. Contiene 51 aa distribuidos en dos cadenas polipeptidicas (A y B).
Anemia Falciforme.
La causa de esta enfermedad molecular es que en la posición 6 de las dos cadenas β de la hemoglobina hay una sustitución. Normalmente en esta posición se encuentran al acido glutámico (HbA), pero en las hemoglobinas falciformes (HbS) se encuentra la valina. Todos los demás residuos son iguales. Las cadenas α también son iguales.
ESTRUCTURA TRIDIMENCIONAL DE LAS PROTEINAS.
Una característica notable de las proteínas es que todas poseen una estructura tridimensional bien definida al cual se denomina conformación nativa. Y es que la actividad biológica de cada una de ellas depende de esta conformación en el espacio de los átomos o grupos que contienen la proteína.
La conformación nativa es producto de los niveles de conformación y organización mas elevados de las proteínas: estructura secundaria, terciaria y cuaternaria, las cuales a su vez están determinados por la particularidad secuencia de aminoácidos.
ESTRUCTURA SECUNDARIA.
Esta referida a la orientación local de la cadena polipeptídica que sirve como esqueleto de la proteína sin considerar las cadenas laterales. El esqueleto de una cadena polipeptídica lo constituye una secuencia de grupos amidas planares. De modo que el patrón que se repite a los largo de toda la cadena es: -N-Cα-C-N- Cα-C. El ángulo de enlace entre grupos amidas planares tipo trans siempre es de 111º.
En los enlaces del esqueleto existe una gran libertad de rotación. Precisamente, las rotaciones de estos dos enlaces (N- Cα y Cα-C) son los que determinan la conformación de la cadena polipeptídica.
El ángulo de rotación del enlace N- Cα se denomina phi y el enlace Cα-C se denomina psi. De este modo según las rotaciones de estos dos ángulos, la cadena polipeptídica adoptara diferentes conformaciones. Si los valores de estos dos ángulos en un segmento de la cadena polipeptídica son iguales, la conformación de la estructura secundaria será regular.
Tipos de estructura secundaria.
Según los valores de phi (Φ) y psi (Ψ), las proteínas pueden adoptar varios tipos de de estructura secundaria dentro de ellas; estructuras helicoidales, laminares y aleatorias. Las α-hélices y las laminas β son las mas comunes debido a que son mas estables termodinámicamente.
Estructuras helicoidales: una hélice se caracteriza por el número de aminoácidos por vuelta (n) y por su inclinación o paso de la hélice (p). Las hélices pueden ser dextrógiras o levógiras.
α-hélice: es la mas frecuente encontrado en las proteínas fibrosas y globulares, en las que la cadena polipeptídica adopta una forma espiral que es dextrógira, tiene 3.6 aminoácidos por vuelta y una inclinación de 5.4 A. Pueden también existir α-hélices levógiras pero están son muy inestables. La hélice esta estabilizada por puentes de hidrogeno que se forman entre el átomo de oxigeno de H del grupo α-amino de otro aa que esta a 4 aa adelante. Todas las cadenas laterales (grupos R) apuntan hacia fuera del cilindro de la hélice. A esta hélice también se le conoce como hélice 3.1613 lo que significa que hay 3.6 aa por vuelta y 13 es el numero de átomos en el anillo cerrado por puente de hidrogeno.
π- hélice: se observa comúnmente en los terminales de las α-hélice. Es mas ancha que las α-hélices, es dextrógira contienen 4,4 aa por vuelta y tienen una inclinación de 3.5 A.
Hélice 310: es menos estable que la α-hélice y generalmente esta ubicada en el extremo C-terminal de la α-hélice. Por lo regular tiene pocos residuos de longitud. Es dextrógira y sus valores son 3 aa por vuelta y 6 A de inclinación.
Estructuras laminares: este tipo se caracteriza por que los puentes de hidrogeno se forman entre diferentes cadenas polipeptídicas antes que dentro de las cadenas como ocurre con las hélices. Estos puentes de hidrogeno pueden unir uno o mas cadenas adyacentes o a partes diferentes de la misma cadena.
Laminas β-antiparalelas: en este tipo de cadenas polipeptídicas corren en direcciones opuestas. La fibroina de la seda producida por el gusano de seda esta formada por este tipo de estructura.
Laminas β-paralelas: en donde las cadenas polipeptídicas corren en la misma dirección. Es importante indicar que las cadenas laterales (grupo R) en ambos tipos de láminas quedan orientadas por encima y por debajo de las estructuras laminares.
Estructuras aleatorias: Algunas proteínas contienen estructura al azar, la estructura depende de los grupos R y a la posible presencia de grupos disulfuro. Dentro de esta categoría se incluyen cualquier conformación que nos sea helicoidal ni laminar. Solo se presenta en las proteínas globulares proporcionando los cambios direccionales necesarios para que la proteína se pueda plegar en su forma globular, a estos cambios se denominan bucles (si contienen hasta 16 residuos) o giros (si contienen pocos residuos).
Estructuras supersecundarias:
• Hélice-giro-hélice: Consiste en dos hélices conectadas por un giro o bucle.
• Unidad βαβ: consiste en dos láminas β paralelas unidas por dos giros una α-hélice intermedia.
• Horquilla: consiste en dos laminas β antiparalelas adyacentes conectadas por un bucle.
• Greca: es una estructura que enlaza cuatro o mas laminas β antiparalelas bucles.
La α-queratina.
Es una proteína fibrosa durable, resistente y químicamente no reactiva que se encuentra presente en todos los vertebrados. Existen dos tipos de queratinas: las α- queratinas y las β-queratinas presente en peces y reptiles.
La α-queratina es el principal componente de la epidermis, cuero, callos, cabellos, lana, fibra, cuernos y uñas.
Un cabello humano tiene una estructura compleja y muy organizada. La capa externa es un entretejido que lo protege y evita que se reseque. Tiene un diámetro de 20 um y esta constituido por células muertas densamente empacadas, cada célula muerta contiene paquetes de microfibrillas de 2000 a de diámetro orientados en forma paralela a la fibra del cabello. Las microfibrillas están constituidas por microfibrillas de 80 A de diámetro embebidas en una matriz proteica amorfa rica en azufre. Las microfibrillas constan de nueve protofibrillas de 20 A de diámetro rodeando a 2 protofibrillas centrales (9+2) cada protofibrilla consta de dos pares de α-hélices en el que cada par es levógiro. Conforme crece el cabello las células vivas del folículo piloso se sintetizan queratina a una velocidad aproximada de 10 vueltas por segundo. La resistencia del cabello se debe a que las α-queratinas son ricas en aminoácidos cisteína los cuales forman puentes disulfuro entre las cadenas polipeptídicas adyacentes (entre α-hélices). Sin embargo estos puentes disulfuro pueden ser fácilmente rotos con mercaptanos. La resistencia se debe también a los puentes de hidrogeno que mantiene las α-hélices, el cabello mojado es débil debido a que las moléculas de agua compiten por los puentes de hidrogeno.
Cada cabello tiene una característica, lo cual esta determinado por la posición o arreglo de los puentes disulfuro. El rizado permanente del cabello es un proceso bioquímico primero se usan mercaptanos para romper los puentes disulfuro en la nueva posición y así tener un rizado permanente, el cabello nuevo que crezca no será determinado genéticamente.
Hay queratinas duras y blandas. Las duras tienen mayor contenido de azufre y por lo tanto mayor número de puentes disulfuro que le confieren dureza y resistencia, las blandas tienen menor contenido de azufre, de ahí que sean más suaves y flexibles. Las larvas de polilla contienen altas concentraciones de mercaptanos en su tracto digestivo, razón por la cual digieren la lana.
El colágeno.
Es la proteína fibrosa más abundante de los animales vertebrados. Esta presente en todos los tejidos y órganos a los cuales da forma y consistencia. Es una proteína extracelular organizado en fibras insolubles de alta resistencia a la tensión. La disposición de las fibras del colágeno depende de cada tejido y de la función que estos realizan. En la piel forman una red entrecruzada de varias capas. El grado de entrecruzamiento aumenta con la edad del animal, por esta razón la carne de animales viejos es mas dura.
Hasta la fecha se han descrito 17 tipos de colágeno. La composición de los aminoácidos del colágeno varia según el tipo y la especie animal, pero la mayoría contiene Gli, Ala, Pro, OH-Pro e OH-Lis. Por su alto contenido en Pro e OH-Pro en el colágeno no existe α-hélices. Todos los tipos de colágeno son glicoproteínas, con el carbohidrato (CH) unido covalentemente a un residuo OH-Lis mediante un enlace O-glucosidico. Cada tipo de colágeno difiere en su contenido de carbohidratos, pero oscilan entre 0.4 y 12%. En el colágeno, el contenido de Tir es muy bajo y es nula en Trp, por lo que esta proteína es de escaso valor nutritivo. En algunos tipos de colágeno la Cis esta ausente. En grandes segmentos de las cadenas polipeptídicas la secuencia de aminoácidos es poco común. La Gli aparece cada tercer residuo y la Pro e OH-Pro también ocurren cada tres residuos separados en las mismas regiones.
Contienen también un aminoácido derivado denominado alisina que interviene en la formación de enlaces covalentes cruzados entre las cadenas dentro de la superficie y entre las superficies adyacentes en una fibrilla de colágeno.
Estructura: la unidad básica es el tropocolageno la cual consta de 3 cadenas polipeptídicas. Cada cadena es levógira pero las superficies que forman es dextrógira. Las cadenas se mantienen unidas por puentes de hidrogeno. En el agua, el cable de triple hélice se deshace debido a que las moléculas de agua compiten por los puentes de hidrogeno. Este colágeno desnaturalizado es conocido como gelatina. El tropocolageno tiene un PM de 285 kD, un diámetro de -14 A y una longitud de – 3000 A. Las cadenas constituyentes se denominan α β y γ.
Enfermedades relacionadas: algunas resultan de la sustitución de aminoácidos en la cadena polipeptídica del colágeno, la mayoría son productos de las deficiencias o actividades anormales de las enzimas involucradas en la síntesis del colágeno o de sus precursores.
• Latirismo: en esta enfermedad hay reducción de los enlaces entrecruzados, produciéndose anormalidades en los huesos, articulaciones y vasos sanguíneos.
• Síndrome de Marfan: se caracteriza por una osteogenesis imperfecta (huesos y frágiles).
• Síndrome de Ehlers-Danlos: caracterizado por la hiperextensibilidad de las articulaciones y de la piel.
Elastina.
Es una proteína fibrosa con propiedades parecidas al jebe, en donde sus fibras pueden estirarse muchas veces su longitud normal. Es el principal componente de tejidos conectivos amarillos.
Los tejidos conectivos blancos contienen poca elastina. Posee una estructura enrollada no ordenada en el cual los aminoácidos son muy movibles. Tiene una composición de aminoácidos característica. Es rica en Gli, Ala y Val, contiene poca OH-Pro y nada de OH-Lis. Contiene alisina que forma los enlaces cruzados. También contiene aminoácidos derivados como la desmosina, isodesmocinas y lisinonorleucina.
Fibroina.
Los insectos y arácnidos producen una seda para fabricar capullos, telarañas y nidos. La seda es almacenada como un fluido en las glándulas que los producen, pero durante el hilado es convertido en una forma insoluble. La seda del gusano de seda (bómbix morí) esta formado por cadenas polipeptídicas que forman estructuras laminares β antiparalelas en el cual las cadenas se extienden paralelamente al eje de las fibras. Las cadenas contienen secuencias repetidas de 6 residuos: (-Gli-Ser-Gli-Ala-Gli-Ala-) esta estructura da cuenta en parte de la resistencia, elasticidad y flexibilidad de la seda. También contienen partes con Tir, Val, Arg y Asp.
ESTRUCTURA TERCIARIA.
Se refiere a la conformación tridimensional de la proteína incluyendo sus cadenas laterales y grupo prostético (si tuviera). A la manera en que las regiones helicoidales y no helicoidales se pliegan en torno a si mismas. A pesar de que cada proteína tiene un patrón de plegamiento exclusivo, hay algunas características comunes a todos ellos.
1. Los aa no polares (hidrofobicos) casi siempre se ubican en el interior de la molécula, fuera del contacto con el agua.
2. Los aa polares cargados positiva o negativamente, siempre se ubican en la superficie de la proteína, en contacto con el agua, por se hidrofilicos.
3. Los aa polares sin carga, pueden ubicarse tanto en la superficie como el interior de la proteica.
4. El plegamiento de las proteínas globulares es tan compacta que incluso no puede penetrar una molécula de agua a su interior.
5. Las cadenas polipeptídicas muy largas (>200 residuos) generalmente forman dominios (grupos globulares) los cuales dan a las proteínas la apariencia de bi i multilobular.
Fuerzas estabilizadoras de la estructura terciaria.
El plegamiento de una proteína globular se logra y se mantiene gracias a una serie de interacciones covalentes y sobre todo no covalentes que se producen entre una y otra parte de la cadena polipeptídica.
1. Puentes disulfuro (S-S): son las fuerzas más fuertes por ser covalentes, pero no todas las proteínas la poseen. Como se sabe ocurre entre dos residuos de cisteína de la cadena polipeptídica.
2. Enlaces iónicos: ocurre entre átomos o iones de carga opuesta; entre las cadenas laterales con carga opuesta, entre las cadenas laterales con carga y las moléculas de agua, entre las cadenas laterales con carga y los iones que se encuentran en el medio (Na, K, Cl, etc).
3. Puentes de hidrogeno: se forman entre grupos COOH y grupos NH2 de las cadenas laterales. También participan los grupos OH de los aa hidroxilados con los grupos NH2 y COOH.
4. Contactos de van der Waals: Ocurre entre los dipolos inducidos. El polo (-) de un átomo atrae al polo (+) de otro átomo, pero este acercamiento tiene un limite ya que existe una repulsión de las nubes electrónicas.
5. Interacciones hidrofobicas: se producen entre los aminoácidos hidrófobos. Las cadenas laterales de estos aa se mantienen agrupados de tal forma que no contienen contacto con el agua. Los aa hidrófobos no se atraen entre si, la fuerza de evitar el contacto con el agua les obliga a juntarse.
La Mioglobina.
Esta presente en el sarcoplama del músculo esquelético. Es muy abundante en mamíferos buceadores como la ballena, foca, morsa, por ello la carne de estos animales es de color pardo oscuro (tienen 10 veces mas mioglobina). La función que cumple es el transporte y almacenamiento de oxigeno a nivel muscular. Es una proteína conjugada pequeña. La parte aminoacidica denominada globina, consta de una sola cadena de 153 aa y un PM de 16700. El grupo prostético de la mioglobina se llama grupo hemo capaz de experimentar oxigenación y desoxigenación reversible. Su cadena polipeptídica presenta 8 segmentos α-helicoidales designadas por las letras A, B,…y H conectadas por bucles y giros permitiendo a la proteína plegarse en una forma esférica. Las regiones interhelicoidales se designan con las letras AB, BC, CD,…, y GH. El grupo hemo esta colocado en una hendidura hidrofobica de la globina, y es mantenida por distintas interacciones no covalentes. Este grupo esta constituido por una porción orgánica y una porción inorgánica. La protoporfirina IX esta formado por cuatro anillos pirrólicos unidos por puentes metano. Todos los átomos del tetrapirrol se encuentran en el mismo plano. A este grupo tetrapirrol se unen como cadenas laterales 4 grupos metilo, 2 vinilo y 2 ácidos propiónicos. Cada átomo de Fe puede formar hasta 6 enlaces de coordinación: 4 con los átomos de N del tetrapirrol, uno con la histidina proximal y distal mediante un átomo del oxigeno molecular. Este ultimo enlace de coordinación solo se produce cuando la Mb esta oxigenada. Cuando la Mb esta desoxigenada el sexto enlace de coordinación no se produce. En la Mb desoxigenada el enlace entre el Fe y la His proximal levanta y saca del plano del tetrapirrol a dicho átomo en aproximadamente 0.3 A pero cuando el oxigeno entra este se coloca en el mismo plano.
Otras proteínas globulares.
Citocromo C: es una hemoproteina de PM 12400. Consta de uan sola cadena polipeptídica de aproximadamente 100 residuos y un grupo hemo el cual esta unido en forma covalentemente a la cadena polipeptídica. Es un componente de la cadena respiratoria mitocondrial interviniendo en el transporte de electrones. Estructuralmente esta compuesto por 40% de segmentos α-helicoidales y el resto por estructuras aleatorias.
Lisozima: es una enzima presente en el huevo y en las lágrimas. Consta de 192 residuos y tiene un PM de 14600. Cataliza la ruptura hidrolitica de polisacáridos de la pared celular de algunas bacterias (agente antibacteriano). Estructuralmente contiene 40% de regiones α-helicoidales, 12% de estructuras β-laminares y el resto de estructuras aleatorias. Poseen 4 puentes disulfuro que contribuyen con el mantenimiento de su estructura terciaria.
Ribonucleasa: es una enzima secretada por el páncreas en el I.D donde cataliza la hidrólisis de ciertos enlaces de los ácidos ribonucleicos (RNA) presentes en la dieta. Consta de 124 residuos y tiene un PM de 13700. Contiene 26% de α-hélices y 35% de estructuras β-laminares y el resto de estructuras aleatorias. Posee 4 puentes disulfuro.
ESTRUCTURA CUATERNARIA.
Es la conformación que toman las propiedades que tienen más de una subunidad o cadena polipeptídica. Esta referida a la orientación especifica de las cadenas polipeptídicas y a la naturaleza de las interacciones que estabilizan esta orientación. Las subunidades confortantes de una proteína oligomerica o polimérica pueden ser idénticas distintas y son estabilizadas por las mismas fuerzas que contribuyen a la estabilidad de la estructura terciaria de las proteínas, con excepción de los puentes disulfuro. De modo que las fuerzas que mantienen la estructura cuaternaria de las proteínas son netamente no covalentes.
La Hemoglobina (Hb)
Es una de las proteínas globulares más abundantes de la naturaleza. Constituye el 80% de la proteína total de los glóbulos rojos. Un eritrocito humano contiene aprox 300 millones de moléculas de hemoglobina. La función de la hemoglobina es el transporte de oxigeno desde los pulmones, branquias o piel hacia los diversos tejidos del organismo. Existen varios tipos de hemoglobinas normales: HbG1 la cual consta de dos cadenas zeta y dos cadenas Epsilon, esto va seguido rápidamente por la presencia de la hemoglobina HbP que consta de dos cadenas zeta y dos cadenas gamma. Esta hemoglobina predomina en la sangre durante el resto del desarrollo fetal. Poco después de la décima segunda semana de desarrollo de la vida fetal. Poco después de la décima segunda semana de desarrollo, comienzan a formarse las cadenas beta del adulto y hay un aumento progresivo en la HbA y una correspondiente disminución en la HbF.
Poco antes del nacimiento se forma todavía otra cadena semejante a la beta llamada cadena delta; junto con las cadenas alfa, las cadenas delta forman la HbA2. Cerca de los seis meses después del nacimiento, hay en la sangre muy poca HbF o no la hay. En este periodo, cerca del 98% de la hemoglobina es HbA y el resto es HbA2. En un individuo normal este porcentaje persiste para toda la vida adulta. Existen muchas hemoglobinas anormales cuyo origen radica en mutaciones de los genes para las cadenas. Las HbS (falciforme) es una de las mas estudiadas, en donde solo tiene un aminoácido sustituido en su cadena beta. Tan solo por esta alteración, la HbS desoxigenada es muy insoluble precipitando en forma de media luna característica que lo hace mas susceptible de ser destruido, lo que determina anemia hemolítica crónica que presentan los portadores de HbS y es que es mejor conocido como anemia falciforme.
Inmunoglobulinas.
El sistema inmunitario lo constituyen las células y moléculas responsables de la inmunidad. Su función principal es eliminar a los agentes infecciosos y reducir al mínimo los daños causados por los mismos. A la respuesta colectiva y coordinada del sistema inmunitario frente a la introducción de sustancias extrañas se denomina respuesta inmunitaria. La síntesis de inmunoglobulinas por parte de los linfocitos B y células plasmáticas, es uno de los mecanismos más importantes del organismo contra la infección de cualquier cuerpo extraño. La producción de inmunoglobulinas es estimulada por los anfígenos, los cuales están presentes en el agente infeccioso o son liberados por este y que el organismo animal reconoce como nocivas. El anfígeno es cualquier molécula que puede ser reconocido por el sistema inmunitario y provocar una respuesta inmunitaria. Una vez que el antigeno desaparece, la respuesta inmunitaria se interrumpe. Las moléculas que se sintetizan durante una respuesta inmunitaria, las inmunoglobulinas tienen la capacidad de unirse a los antigenos siendo esta una reacción bastante específica (reacción antigeno-cuerpo). Las inmunoglobulinas son un grupo de gluproteinas presentes en el suero y en líquidos tisulares de todos los mamíferos. Algunos se encuentran unidos a la superficie de los linfocitos B, donde actúan como receptores específicos; otros se encuentran en forma libre en la sangre y linfa. Los anticuerpos circulares forman parte de la fracción gamma globulinas del plasma sanguíneo.
Estructura: todas la moléculas de inmunoglobulinas constan de 4 cadenas polipeptídicas: 2 cadenas ligeras (L, Light) y 2 cadenas pesadas (H. heavy) unidas entre si por puentes disulfuro y enlaces no covalentes. La cadena L tiene un PM de 25 kD y consta de 217 residuos, y esta presente en todas las clases de inmunoglobulinas. Mientras que la cadena H tiene un PM de 50 a 70 kD y consta de aproximadamente 440 residuos, siendo diferente en cada clase y subclase de inmunoglobulina. Las inmunoglobulinas tiene forma de Y, con dos sitios de unión al antigeno, uno en cada extremo de cada brazo, por eso se dice que son bivalentes. Presenta una región bisagra que el permite mover los brazos y así variar la distancia entre los dos sitios de unión antigénica, aumentado su eficiencia de unión al antigeno. La enzima papaina rompe a la molécula de la inmunoglobulina en dos fragmentos con características distintas: dos fragmentos Fab cada uno con un sitio de unión al antigeno y un fragmento Fc. Mientras que la enzima pepsina produce un fragmento F(ab’)2 y el resto de la molécula es partida en pequeños fragmentos.
Clases y subclases: dependen del yipo de cadena H que contengan. En la mayoria de mamiferos se han identificado 5 clases de inmunoglobulinas. Estas diferentes inmunoglobulinas se diferencian por su tamaño, carga, composición de los aa y contenido de carbohidratos. Las inmunoglobulinas G tiene cuatro subclases IgG1, IgG2, IgG3 e IgG4 con cdenas H; γ1, γ2, γ3 y γ4 respectivamente. Las IgA tiene 2 subclases IgA1 y IgA2 con cadenas H; α1, α2 respectivamente.
Inmunoglobulina A: representa el 15-20% del total de inmunoglobulinas sericas, estas constituyen la primera defensa contra agentes infecciosos antes de que lleguen al suero o tejidos internos. La IgA1 predomina en el suero; mientras que la IgA2 predomina en las secreciones.
Inmunoglobulina D: representa menos del 1% del total de Inmunoglobulinas circulares, pero abunda en la membrana de muchos linfocitos B, donde actúan como receptores antigénicos junto a las IgM.
Inmunoglobulina E: Aunque el suero contiene poca IgE su distribución es ampliamente extravascular. Se encuentra en la superficie de basófilos y mastocilos donde actúan como receptores. La unión del antigeno a estas células desencadena la secreción de una variedad de aminas biológicamente activas, especialmente la histamina. Estas aminas producen dilatación e incremento de la permeabilidad de los vasos sanguíneos produciendo reacciones alérgicas. La IgE también juega un rol protector en enfermedades parasitarias como helmitos, al fijarse sobre los eosinófilos que liberan enzimas líticas antiparasitarias.
Inmunoglobulina G: es la principal clase de Inmunoglobulina en la sangre. Es producido en grandes cantidades durante una respuesta inmunitaria. Circula como monómero y se encuentra ampliamente distribuido en los compartimientos intra y extravasculares. Además de activar el sistema de complemento, su región Fc se une a receptores específicos de macrófagos y neutrófilos activando la fagocitosis. Son las únicas que representan actividad frente a toxinas. Es la unica Inmunoglobulina que puede atravesar la placenta dando inmunidad al feto.
Inmunoglobulina M: representa el 10% de las Inmunoglobulinas totales. Circula como pentámero teniendo por tanto, 10 sitios de unión antigénica. La cadena J consta de 137 residuos y es rica en cisteína, esta covalentemente unido a dos regiones Fc adyacentes. La IgM se encuentra confinada en el espacio intravascular (plasma sanguíneo) y es la Inmunoglobulina que en mayor cantidad se produce durante las fases iniciales de una respuesta inmunitaria. Es la principal inmunoglobulina presente en la superficie de los linfocitos B (en forma de monómero). También esta presente en secreciones extremas pero sus niveles son más bajos que las IgA.
DESNATURALIZACION DE LAS PROTEINAS.
Es la perdida de la conformación nativa de una proteína lo que conlleva a la perdida de su actividad biológica. La base molecular de la desnaturalización es la ruptura de las fuerzas que estabilizan la estructura tridimensional de las proteínas lo que origina que la molécula se despliegue y adopte una disposición totalmente aleatoria. Como consecuencia de ello se produce una alteración de las propiedades físicas y químicas y biológicas de la proteína entre ello aumento de la viscosidad, disminución de la solubilidad, perdida de la capacidad de cristalización, cambios en el coeficiente de sedimentación y de disolución, y perdida de la actividad biológica.
Agentes desnaturalizantes.
• Calor.
• pH extremo.
• Solventes orgánicos.
• Detergentes (SDS, dodecil sulfato de sodio).
• Agentes físicos: rayos x, luz UV.
• Agitación mecánica.
• Ultrasonido y otros.
Todas las proteínas están compuestas por unidades mas pequeñas los aa; son bloques estructurales básicos de las proteínas. Existen mas 300 aa, solo 20 de ellos están presentes en las proteínas de todas las formas de vida. A estos aa se les conoce como los ss comunes, estándares o primarios.
El primer aa descubierto fue la asparagina en 1806, el ultimo la treonina en 1938. Todos los aa tienen nombres comunes que en algunos casos derivan de la fuente del cual fueron aislados primero. A cada aa se le asigna una abreviación de 3 letras y un símbolo de 2 letras.
Estructura general.
Los 20 aa comunes ecepto la prolina tiene una formula estructural general. Contiene un átomo de carbono alfa y esta unido mediante enlaces covalentes a los átomos y moléculas: un átomo de H, un grupo carboxilo, un grupo amino, una cadena lateral. Debido a que los grupos amino y carboxilo de los 20 aa se encuentran unidos al Cα, los 20 aa comunes son α-aminoácidos.
Clasificación.
aa esenciales: no pueden ser sintetizados por el organismo animal en suficientes cantidades como para satisfacer las necesidades fisiológicas del organismo o simplemente no las sintetiza. Deben ser proporcionados en la dieta. Cada especie animal tiene sus aa esenciales específicos se considera que son esenciales en todos los mamíferos: la valina leucina isoleucina, treonina, metionina, lisina, fenilalanina y triptófano. Los aa esenciales por lo general se encuentran en proteínas de origen animal (leche, carne, huevos).
aa no esenciales: son aquellos que el organismo animal pueden sintetizarlos en suficientes cantidades.
aa proteicos derivados: además de los 20 aa comunes, frecuentemente se encuentran en las proteínas otros aa que generalmente son formados a partir de un aa común después de que este ha sido incorporado en la proteína a través de reacciones enzimáticas de modificación (metilacion, acetilacion, fosforilacion, etc), a estos aa se les denomina aa derivados: la 4-hidroxporlina y la 5-hidroxilisina, la 5-metilisina, el γ-carboxiglutamato, la desmosina, la selenocisteina.
aa no proteicos: se encuentran en diferentes células y tejidos en forma libre o formando parte de estructura no proteicas, pero nunca en proteínas. La mayor parte son derivados de los α-aa pero también existen βγδ-aa. La ornitina y citrulina, la homoserina y homocisteina, la β-alanina, la histamina, la tiroxina, la azaserina, la taurina, la espermita y la espermidina. Dentro de este grupo debemos incluir a los aa que intervienen en la neurotransmisión. Los neurotransmisores son mensajeros químicos que se forman en las terminaciones nerviosas y que se encargan de transmitir el impulso nervioso a través de una sinapsis a otra célula muscular o a otra célula secretora; la serotonina, las catecolamina, la acetilcolina, la glicina, el aspartato, glutamato el acido γ-aminobutirico.
Propiedades físico-químicas.
Actividad óptica de los aa (estereoisomerismo) son compuestos que poseen la misma formula y peso molecular pero diferente configuración de sus átomos en el espacio. El numero de esteoisomeros posibles en una molécula es de 2n donde n es el numero de centros quirales (centro quiral es aquel átomo que se encuentra unido a diferentes átomos o grupos de átomos.)
Racemizacion: es la interconversion de los enantiomeros D<->L. los aa se pueden recemizar durante una reacción química. Se llama racemato a una mezcla de los aa D y L.
Espectro de absorción: ninguno de los 20 aa absorbe luz en la región visible del espectro luminoso, tres de ellos (tirosina, triptófano y fenilalanina) absorben luz significativamente en el espectro UV lejano.
ESTRUCTURA PRIMARIA.
Se refiere a la identificación de los aa que constituyen la cadena polipeptídica, la cantidad relativa de esos aminoácidos y la secuencia d aa y localización de los puentes disulfuro.
La secuencia de aa es la característica estructural más fundamental de las proteínas (20 aa). La estructura primaria es la base para los demás niveles de organización de las proteínas y finalmente, en su función biológica.
Enlace peptídico.
Es la condensación del grupo α-carboxilo de un aa con el grupo α-amino de otro aa.
Durante la formación del enlace peptídico se elimina una molécula de agua de los aminoácidos que comparten el enlace, el producto es un dipéptido. El enlace peptídico formado (C-N) es un enlace secundario.
Es importante indicar que los grupos amino y carboxilo de las cadenas laterales de los aa que poseen (Glu, asp, lis, asn y gln) no forman enlaces peptidicos, solo lo forman aquellos grupos amino y carboxilo del grupo alfa (unidos al Cα).
La configuración trans lleva las dos cadenas laterales en lados opuestos del enlace peptídico, esta es la configuración mas estable. De hecho, los enlaces peptidicos trans son los mas frecuentemente encontrados en las proteínas, excepto donde hay residuos de prolina.
La configuración cis lleva las dos cadenas laterales en el mismo lado del enlace peptídico. Es una configuración inestable debido a las fuerzas estericas repulsivas entre los dos grupos R. En las proteínas, solo se encuentran presentes cuando en la constitución del enlace peptídico intervienen al aa prolina.
Péptidos.
Son compuestos formados por dos aa unidos covalentemente entre si por enlaces peptidicos. A cada aa que intervienen en un péptido, a pesar de su identificación, se le denomina residuo.
El residuo que se encuentra en uno de los extremos con su grupo amino libre se llama residuo amino terminal y al residuo que se encuentra en el otro extremo se llama residuo carboxilo terminal, a los aa intermedios se les denomina residuos internos. A cada residuo se le asigna un número según el orden que ocupan en la secuencia al que se denomina numero de residuo.
Clasificación:
Oligopeptidos: si contienen de 2 a 10 residuos. Estos a su vez de acuerdo al número de residuos podrán ser dipeptidos, tripeptidos, tetrapeptidos, etc, si contienen 2, 3, 4, etc residuos.
Polipéptidos: si contienen mas de 10 residuos.
Algunos péptidos de importancia biológica.
Glutatión (γ-glutamil-cisteinil-glicina) (GSH), es un potente agente reductor, actúa como consumidor de agentes oxidantes como el H2O2, el radical hidróxido (-OH) y el radical superoxido (-O2). Estas sustancias derivadas del O2 pueden provocar graves daños a diversos compuestos celulares (proteínas, ácidos nucleicos, lípidos, etc) sin embargo cuando reaccionan con el glutatión sus efectos dañinos desaparecen.
En animales superiores es intervenir en el mantenimiento del estado reducido del átomo de Fe (Fe-II) en la hemoglobina y también en el transporte de aminoácidos a través de la membrana celular.
Oxitocina y vasopresina.
Son hormonas nonapeptidicas que tiene una estructura parcial cíclica con una secuencia que difiere solo en los residuos 3 y 8, se producen en la neurohipófisis de los mamíferos. La oxitocina estimula la contracción en el músculo uterino de las hembras preñadas y evacuación de la leche de las glándulas mamarias durante la lactancia. La vasopresina produce la contracción del músculo liso, sobre todo de los vasos sanguíneos (vasoconstricción) con el consiguiente aumento de la presión arterial. También tiene poderosos efectos antidiuréticos al estimular la reabsorción del agua por le riñón.
Angiotensina (I y II), el higado produce el angiotensinogeno, la que por acción de la renina se convierte en angiotensina I, decapeptido relativamente inactivo. Luego la angiotensina I, por acción de una enzima conversora se convierte en angiotensina II, octapeptido activo con acción vasoconstrictora. La función de la angiotensina II es aumentar la presión arterial; también actúa sobre el cerebro provocando sed y estimulando a la hipófisis para que aumente la secreción de vasopresina.
La insulina.
Es una hormona producida en las células β del páncreas bajo la forma de proinsulina (86 aa). Su función esta relacionada con el metabolismo de carbohidratos, lípidos, proteínas, electrolitos y agua. Es la principal hormona que regula la glicemia. Contiene 51 aa distribuidos en dos cadenas polipeptidicas (A y B).
Anemia Falciforme.
La causa de esta enfermedad molecular es que en la posición 6 de las dos cadenas β de la hemoglobina hay una sustitución. Normalmente en esta posición se encuentran al acido glutámico (HbA), pero en las hemoglobinas falciformes (HbS) se encuentra la valina. Todos los demás residuos son iguales. Las cadenas α también son iguales.
ESTRUCTURA TRIDIMENCIONAL DE LAS PROTEINAS.
Una característica notable de las proteínas es que todas poseen una estructura tridimensional bien definida al cual se denomina conformación nativa. Y es que la actividad biológica de cada una de ellas depende de esta conformación en el espacio de los átomos o grupos que contienen la proteína.
La conformación nativa es producto de los niveles de conformación y organización mas elevados de las proteínas: estructura secundaria, terciaria y cuaternaria, las cuales a su vez están determinados por la particularidad secuencia de aminoácidos.
ESTRUCTURA SECUNDARIA.
Esta referida a la orientación local de la cadena polipeptídica que sirve como esqueleto de la proteína sin considerar las cadenas laterales. El esqueleto de una cadena polipeptídica lo constituye una secuencia de grupos amidas planares. De modo que el patrón que se repite a los largo de toda la cadena es: -N-Cα-C-N- Cα-C. El ángulo de enlace entre grupos amidas planares tipo trans siempre es de 111º.
En los enlaces del esqueleto existe una gran libertad de rotación. Precisamente, las rotaciones de estos dos enlaces (N- Cα y Cα-C) son los que determinan la conformación de la cadena polipeptídica.
El ángulo de rotación del enlace N- Cα se denomina phi y el enlace Cα-C se denomina psi. De este modo según las rotaciones de estos dos ángulos, la cadena polipeptídica adoptara diferentes conformaciones. Si los valores de estos dos ángulos en un segmento de la cadena polipeptídica son iguales, la conformación de la estructura secundaria será regular.
Tipos de estructura secundaria.
Según los valores de phi (Φ) y psi (Ψ), las proteínas pueden adoptar varios tipos de de estructura secundaria dentro de ellas; estructuras helicoidales, laminares y aleatorias. Las α-hélices y las laminas β son las mas comunes debido a que son mas estables termodinámicamente.
Estructuras helicoidales: una hélice se caracteriza por el número de aminoácidos por vuelta (n) y por su inclinación o paso de la hélice (p). Las hélices pueden ser dextrógiras o levógiras.
α-hélice: es la mas frecuente encontrado en las proteínas fibrosas y globulares, en las que la cadena polipeptídica adopta una forma espiral que es dextrógira, tiene 3.6 aminoácidos por vuelta y una inclinación de 5.4 A. Pueden también existir α-hélices levógiras pero están son muy inestables. La hélice esta estabilizada por puentes de hidrogeno que se forman entre el átomo de oxigeno de H del grupo α-amino de otro aa que esta a 4 aa adelante. Todas las cadenas laterales (grupos R) apuntan hacia fuera del cilindro de la hélice. A esta hélice también se le conoce como hélice 3.1613 lo que significa que hay 3.6 aa por vuelta y 13 es el numero de átomos en el anillo cerrado por puente de hidrogeno.
π- hélice: se observa comúnmente en los terminales de las α-hélice. Es mas ancha que las α-hélices, es dextrógira contienen 4,4 aa por vuelta y tienen una inclinación de 3.5 A.
Hélice 310: es menos estable que la α-hélice y generalmente esta ubicada en el extremo C-terminal de la α-hélice. Por lo regular tiene pocos residuos de longitud. Es dextrógira y sus valores son 3 aa por vuelta y 6 A de inclinación.
Estructuras laminares: este tipo se caracteriza por que los puentes de hidrogeno se forman entre diferentes cadenas polipeptídicas antes que dentro de las cadenas como ocurre con las hélices. Estos puentes de hidrogeno pueden unir uno o mas cadenas adyacentes o a partes diferentes de la misma cadena.
Laminas β-antiparalelas: en este tipo de cadenas polipeptídicas corren en direcciones opuestas. La fibroina de la seda producida por el gusano de seda esta formada por este tipo de estructura.
Laminas β-paralelas: en donde las cadenas polipeptídicas corren en la misma dirección. Es importante indicar que las cadenas laterales (grupo R) en ambos tipos de láminas quedan orientadas por encima y por debajo de las estructuras laminares.
Estructuras aleatorias: Algunas proteínas contienen estructura al azar, la estructura depende de los grupos R y a la posible presencia de grupos disulfuro. Dentro de esta categoría se incluyen cualquier conformación que nos sea helicoidal ni laminar. Solo se presenta en las proteínas globulares proporcionando los cambios direccionales necesarios para que la proteína se pueda plegar en su forma globular, a estos cambios se denominan bucles (si contienen hasta 16 residuos) o giros (si contienen pocos residuos).
Estructuras supersecundarias:
• Hélice-giro-hélice: Consiste en dos hélices conectadas por un giro o bucle.
• Unidad βαβ: consiste en dos láminas β paralelas unidas por dos giros una α-hélice intermedia.
• Horquilla: consiste en dos laminas β antiparalelas adyacentes conectadas por un bucle.
• Greca: es una estructura que enlaza cuatro o mas laminas β antiparalelas bucles.
La α-queratina.
Es una proteína fibrosa durable, resistente y químicamente no reactiva que se encuentra presente en todos los vertebrados. Existen dos tipos de queratinas: las α- queratinas y las β-queratinas presente en peces y reptiles.
La α-queratina es el principal componente de la epidermis, cuero, callos, cabellos, lana, fibra, cuernos y uñas.
Un cabello humano tiene una estructura compleja y muy organizada. La capa externa es un entretejido que lo protege y evita que se reseque. Tiene un diámetro de 20 um y esta constituido por células muertas densamente empacadas, cada célula muerta contiene paquetes de microfibrillas de 2000 a de diámetro orientados en forma paralela a la fibra del cabello. Las microfibrillas están constituidas por microfibrillas de 80 A de diámetro embebidas en una matriz proteica amorfa rica en azufre. Las microfibrillas constan de nueve protofibrillas de 20 A de diámetro rodeando a 2 protofibrillas centrales (9+2) cada protofibrilla consta de dos pares de α-hélices en el que cada par es levógiro. Conforme crece el cabello las células vivas del folículo piloso se sintetizan queratina a una velocidad aproximada de 10 vueltas por segundo. La resistencia del cabello se debe a que las α-queratinas son ricas en aminoácidos cisteína los cuales forman puentes disulfuro entre las cadenas polipeptídicas adyacentes (entre α-hélices). Sin embargo estos puentes disulfuro pueden ser fácilmente rotos con mercaptanos. La resistencia se debe también a los puentes de hidrogeno que mantiene las α-hélices, el cabello mojado es débil debido a que las moléculas de agua compiten por los puentes de hidrogeno.
Cada cabello tiene una característica, lo cual esta determinado por la posición o arreglo de los puentes disulfuro. El rizado permanente del cabello es un proceso bioquímico primero se usan mercaptanos para romper los puentes disulfuro en la nueva posición y así tener un rizado permanente, el cabello nuevo que crezca no será determinado genéticamente.
Hay queratinas duras y blandas. Las duras tienen mayor contenido de azufre y por lo tanto mayor número de puentes disulfuro que le confieren dureza y resistencia, las blandas tienen menor contenido de azufre, de ahí que sean más suaves y flexibles. Las larvas de polilla contienen altas concentraciones de mercaptanos en su tracto digestivo, razón por la cual digieren la lana.
El colágeno.
Es la proteína fibrosa más abundante de los animales vertebrados. Esta presente en todos los tejidos y órganos a los cuales da forma y consistencia. Es una proteína extracelular organizado en fibras insolubles de alta resistencia a la tensión. La disposición de las fibras del colágeno depende de cada tejido y de la función que estos realizan. En la piel forman una red entrecruzada de varias capas. El grado de entrecruzamiento aumenta con la edad del animal, por esta razón la carne de animales viejos es mas dura.
Hasta la fecha se han descrito 17 tipos de colágeno. La composición de los aminoácidos del colágeno varia según el tipo y la especie animal, pero la mayoría contiene Gli, Ala, Pro, OH-Pro e OH-Lis. Por su alto contenido en Pro e OH-Pro en el colágeno no existe α-hélices. Todos los tipos de colágeno son glicoproteínas, con el carbohidrato (CH) unido covalentemente a un residuo OH-Lis mediante un enlace O-glucosidico. Cada tipo de colágeno difiere en su contenido de carbohidratos, pero oscilan entre 0.4 y 12%. En el colágeno, el contenido de Tir es muy bajo y es nula en Trp, por lo que esta proteína es de escaso valor nutritivo. En algunos tipos de colágeno la Cis esta ausente. En grandes segmentos de las cadenas polipeptídicas la secuencia de aminoácidos es poco común. La Gli aparece cada tercer residuo y la Pro e OH-Pro también ocurren cada tres residuos separados en las mismas regiones.
Contienen también un aminoácido derivado denominado alisina que interviene en la formación de enlaces covalentes cruzados entre las cadenas dentro de la superficie y entre las superficies adyacentes en una fibrilla de colágeno.
Estructura: la unidad básica es el tropocolageno la cual consta de 3 cadenas polipeptídicas. Cada cadena es levógira pero las superficies que forman es dextrógira. Las cadenas se mantienen unidas por puentes de hidrogeno. En el agua, el cable de triple hélice se deshace debido a que las moléculas de agua compiten por los puentes de hidrogeno. Este colágeno desnaturalizado es conocido como gelatina. El tropocolageno tiene un PM de 285 kD, un diámetro de -14 A y una longitud de – 3000 A. Las cadenas constituyentes se denominan α β y γ.
Enfermedades relacionadas: algunas resultan de la sustitución de aminoácidos en la cadena polipeptídica del colágeno, la mayoría son productos de las deficiencias o actividades anormales de las enzimas involucradas en la síntesis del colágeno o de sus precursores.
• Latirismo: en esta enfermedad hay reducción de los enlaces entrecruzados, produciéndose anormalidades en los huesos, articulaciones y vasos sanguíneos.
• Síndrome de Marfan: se caracteriza por una osteogenesis imperfecta (huesos y frágiles).
• Síndrome de Ehlers-Danlos: caracterizado por la hiperextensibilidad de las articulaciones y de la piel.
Elastina.
Es una proteína fibrosa con propiedades parecidas al jebe, en donde sus fibras pueden estirarse muchas veces su longitud normal. Es el principal componente de tejidos conectivos amarillos.
Los tejidos conectivos blancos contienen poca elastina. Posee una estructura enrollada no ordenada en el cual los aminoácidos son muy movibles. Tiene una composición de aminoácidos característica. Es rica en Gli, Ala y Val, contiene poca OH-Pro y nada de OH-Lis. Contiene alisina que forma los enlaces cruzados. También contiene aminoácidos derivados como la desmosina, isodesmocinas y lisinonorleucina.
Fibroina.
Los insectos y arácnidos producen una seda para fabricar capullos, telarañas y nidos. La seda es almacenada como un fluido en las glándulas que los producen, pero durante el hilado es convertido en una forma insoluble. La seda del gusano de seda (bómbix morí) esta formado por cadenas polipeptídicas que forman estructuras laminares β antiparalelas en el cual las cadenas se extienden paralelamente al eje de las fibras. Las cadenas contienen secuencias repetidas de 6 residuos: (-Gli-Ser-Gli-Ala-Gli-Ala-) esta estructura da cuenta en parte de la resistencia, elasticidad y flexibilidad de la seda. También contienen partes con Tir, Val, Arg y Asp.
ESTRUCTURA TERCIARIA.
Se refiere a la conformación tridimensional de la proteína incluyendo sus cadenas laterales y grupo prostético (si tuviera). A la manera en que las regiones helicoidales y no helicoidales se pliegan en torno a si mismas. A pesar de que cada proteína tiene un patrón de plegamiento exclusivo, hay algunas características comunes a todos ellos.
1. Los aa no polares (hidrofobicos) casi siempre se ubican en el interior de la molécula, fuera del contacto con el agua.
2. Los aa polares cargados positiva o negativamente, siempre se ubican en la superficie de la proteína, en contacto con el agua, por se hidrofilicos.
3. Los aa polares sin carga, pueden ubicarse tanto en la superficie como el interior de la proteica.
4. El plegamiento de las proteínas globulares es tan compacta que incluso no puede penetrar una molécula de agua a su interior.
5. Las cadenas polipeptídicas muy largas (>200 residuos) generalmente forman dominios (grupos globulares) los cuales dan a las proteínas la apariencia de bi i multilobular.
Fuerzas estabilizadoras de la estructura terciaria.
El plegamiento de una proteína globular se logra y se mantiene gracias a una serie de interacciones covalentes y sobre todo no covalentes que se producen entre una y otra parte de la cadena polipeptídica.
1. Puentes disulfuro (S-S): son las fuerzas más fuertes por ser covalentes, pero no todas las proteínas la poseen. Como se sabe ocurre entre dos residuos de cisteína de la cadena polipeptídica.
2. Enlaces iónicos: ocurre entre átomos o iones de carga opuesta; entre las cadenas laterales con carga opuesta, entre las cadenas laterales con carga y las moléculas de agua, entre las cadenas laterales con carga y los iones que se encuentran en el medio (Na, K, Cl, etc).
3. Puentes de hidrogeno: se forman entre grupos COOH y grupos NH2 de las cadenas laterales. También participan los grupos OH de los aa hidroxilados con los grupos NH2 y COOH.
4. Contactos de van der Waals: Ocurre entre los dipolos inducidos. El polo (-) de un átomo atrae al polo (+) de otro átomo, pero este acercamiento tiene un limite ya que existe una repulsión de las nubes electrónicas.
5. Interacciones hidrofobicas: se producen entre los aminoácidos hidrófobos. Las cadenas laterales de estos aa se mantienen agrupados de tal forma que no contienen contacto con el agua. Los aa hidrófobos no se atraen entre si, la fuerza de evitar el contacto con el agua les obliga a juntarse.
La Mioglobina.
Esta presente en el sarcoplama del músculo esquelético. Es muy abundante en mamíferos buceadores como la ballena, foca, morsa, por ello la carne de estos animales es de color pardo oscuro (tienen 10 veces mas mioglobina). La función que cumple es el transporte y almacenamiento de oxigeno a nivel muscular. Es una proteína conjugada pequeña. La parte aminoacidica denominada globina, consta de una sola cadena de 153 aa y un PM de 16700. El grupo prostético de la mioglobina se llama grupo hemo capaz de experimentar oxigenación y desoxigenación reversible. Su cadena polipeptídica presenta 8 segmentos α-helicoidales designadas por las letras A, B,…y H conectadas por bucles y giros permitiendo a la proteína plegarse en una forma esférica. Las regiones interhelicoidales se designan con las letras AB, BC, CD,…, y GH. El grupo hemo esta colocado en una hendidura hidrofobica de la globina, y es mantenida por distintas interacciones no covalentes. Este grupo esta constituido por una porción orgánica y una porción inorgánica. La protoporfirina IX esta formado por cuatro anillos pirrólicos unidos por puentes metano. Todos los átomos del tetrapirrol se encuentran en el mismo plano. A este grupo tetrapirrol se unen como cadenas laterales 4 grupos metilo, 2 vinilo y 2 ácidos propiónicos. Cada átomo de Fe puede formar hasta 6 enlaces de coordinación: 4 con los átomos de N del tetrapirrol, uno con la histidina proximal y distal mediante un átomo del oxigeno molecular. Este ultimo enlace de coordinación solo se produce cuando la Mb esta oxigenada. Cuando la Mb esta desoxigenada el sexto enlace de coordinación no se produce. En la Mb desoxigenada el enlace entre el Fe y la His proximal levanta y saca del plano del tetrapirrol a dicho átomo en aproximadamente 0.3 A pero cuando el oxigeno entra este se coloca en el mismo plano.
Otras proteínas globulares.
Citocromo C: es una hemoproteina de PM 12400. Consta de uan sola cadena polipeptídica de aproximadamente 100 residuos y un grupo hemo el cual esta unido en forma covalentemente a la cadena polipeptídica. Es un componente de la cadena respiratoria mitocondrial interviniendo en el transporte de electrones. Estructuralmente esta compuesto por 40% de segmentos α-helicoidales y el resto por estructuras aleatorias.
Lisozima: es una enzima presente en el huevo y en las lágrimas. Consta de 192 residuos y tiene un PM de 14600. Cataliza la ruptura hidrolitica de polisacáridos de la pared celular de algunas bacterias (agente antibacteriano). Estructuralmente contiene 40% de regiones α-helicoidales, 12% de estructuras β-laminares y el resto de estructuras aleatorias. Poseen 4 puentes disulfuro que contribuyen con el mantenimiento de su estructura terciaria.
Ribonucleasa: es una enzima secretada por el páncreas en el I.D donde cataliza la hidrólisis de ciertos enlaces de los ácidos ribonucleicos (RNA) presentes en la dieta. Consta de 124 residuos y tiene un PM de 13700. Contiene 26% de α-hélices y 35% de estructuras β-laminares y el resto de estructuras aleatorias. Posee 4 puentes disulfuro.
ESTRUCTURA CUATERNARIA.
Es la conformación que toman las propiedades que tienen más de una subunidad o cadena polipeptídica. Esta referida a la orientación especifica de las cadenas polipeptídicas y a la naturaleza de las interacciones que estabilizan esta orientación. Las subunidades confortantes de una proteína oligomerica o polimérica pueden ser idénticas distintas y son estabilizadas por las mismas fuerzas que contribuyen a la estabilidad de la estructura terciaria de las proteínas, con excepción de los puentes disulfuro. De modo que las fuerzas que mantienen la estructura cuaternaria de las proteínas son netamente no covalentes.
La Hemoglobina (Hb)
Es una de las proteínas globulares más abundantes de la naturaleza. Constituye el 80% de la proteína total de los glóbulos rojos. Un eritrocito humano contiene aprox 300 millones de moléculas de hemoglobina. La función de la hemoglobina es el transporte de oxigeno desde los pulmones, branquias o piel hacia los diversos tejidos del organismo. Existen varios tipos de hemoglobinas normales: HbG1 la cual consta de dos cadenas zeta y dos cadenas Epsilon, esto va seguido rápidamente por la presencia de la hemoglobina HbP que consta de dos cadenas zeta y dos cadenas gamma. Esta hemoglobina predomina en la sangre durante el resto del desarrollo fetal. Poco después de la décima segunda semana de desarrollo de la vida fetal. Poco después de la décima segunda semana de desarrollo, comienzan a formarse las cadenas beta del adulto y hay un aumento progresivo en la HbA y una correspondiente disminución en la HbF.
Poco antes del nacimiento se forma todavía otra cadena semejante a la beta llamada cadena delta; junto con las cadenas alfa, las cadenas delta forman la HbA2. Cerca de los seis meses después del nacimiento, hay en la sangre muy poca HbF o no la hay. En este periodo, cerca del 98% de la hemoglobina es HbA y el resto es HbA2. En un individuo normal este porcentaje persiste para toda la vida adulta. Existen muchas hemoglobinas anormales cuyo origen radica en mutaciones de los genes para las cadenas. Las HbS (falciforme) es una de las mas estudiadas, en donde solo tiene un aminoácido sustituido en su cadena beta. Tan solo por esta alteración, la HbS desoxigenada es muy insoluble precipitando en forma de media luna característica que lo hace mas susceptible de ser destruido, lo que determina anemia hemolítica crónica que presentan los portadores de HbS y es que es mejor conocido como anemia falciforme.
Inmunoglobulinas.
El sistema inmunitario lo constituyen las células y moléculas responsables de la inmunidad. Su función principal es eliminar a los agentes infecciosos y reducir al mínimo los daños causados por los mismos. A la respuesta colectiva y coordinada del sistema inmunitario frente a la introducción de sustancias extrañas se denomina respuesta inmunitaria. La síntesis de inmunoglobulinas por parte de los linfocitos B y células plasmáticas, es uno de los mecanismos más importantes del organismo contra la infección de cualquier cuerpo extraño. La producción de inmunoglobulinas es estimulada por los anfígenos, los cuales están presentes en el agente infeccioso o son liberados por este y que el organismo animal reconoce como nocivas. El anfígeno es cualquier molécula que puede ser reconocido por el sistema inmunitario y provocar una respuesta inmunitaria. Una vez que el antigeno desaparece, la respuesta inmunitaria se interrumpe. Las moléculas que se sintetizan durante una respuesta inmunitaria, las inmunoglobulinas tienen la capacidad de unirse a los antigenos siendo esta una reacción bastante específica (reacción antigeno-cuerpo). Las inmunoglobulinas son un grupo de gluproteinas presentes en el suero y en líquidos tisulares de todos los mamíferos. Algunos se encuentran unidos a la superficie de los linfocitos B, donde actúan como receptores específicos; otros se encuentran en forma libre en la sangre y linfa. Los anticuerpos circulares forman parte de la fracción gamma globulinas del plasma sanguíneo.
Estructura: todas la moléculas de inmunoglobulinas constan de 4 cadenas polipeptídicas: 2 cadenas ligeras (L, Light) y 2 cadenas pesadas (H. heavy) unidas entre si por puentes disulfuro y enlaces no covalentes. La cadena L tiene un PM de 25 kD y consta de 217 residuos, y esta presente en todas las clases de inmunoglobulinas. Mientras que la cadena H tiene un PM de 50 a 70 kD y consta de aproximadamente 440 residuos, siendo diferente en cada clase y subclase de inmunoglobulina. Las inmunoglobulinas tiene forma de Y, con dos sitios de unión al antigeno, uno en cada extremo de cada brazo, por eso se dice que son bivalentes. Presenta una región bisagra que el permite mover los brazos y así variar la distancia entre los dos sitios de unión antigénica, aumentado su eficiencia de unión al antigeno. La enzima papaina rompe a la molécula de la inmunoglobulina en dos fragmentos con características distintas: dos fragmentos Fab cada uno con un sitio de unión al antigeno y un fragmento Fc. Mientras que la enzima pepsina produce un fragmento F(ab’)2 y el resto de la molécula es partida en pequeños fragmentos.
Clases y subclases: dependen del yipo de cadena H que contengan. En la mayoria de mamiferos se han identificado 5 clases de inmunoglobulinas. Estas diferentes inmunoglobulinas se diferencian por su tamaño, carga, composición de los aa y contenido de carbohidratos. Las inmunoglobulinas G tiene cuatro subclases IgG1, IgG2, IgG3 e IgG4 con cdenas H; γ1, γ2, γ3 y γ4 respectivamente. Las IgA tiene 2 subclases IgA1 y IgA2 con cadenas H; α1, α2 respectivamente.
Inmunoglobulina A: representa el 15-20% del total de inmunoglobulinas sericas, estas constituyen la primera defensa contra agentes infecciosos antes de que lleguen al suero o tejidos internos. La IgA1 predomina en el suero; mientras que la IgA2 predomina en las secreciones.
Inmunoglobulina D: representa menos del 1% del total de Inmunoglobulinas circulares, pero abunda en la membrana de muchos linfocitos B, donde actúan como receptores antigénicos junto a las IgM.
Inmunoglobulina E: Aunque el suero contiene poca IgE su distribución es ampliamente extravascular. Se encuentra en la superficie de basófilos y mastocilos donde actúan como receptores. La unión del antigeno a estas células desencadena la secreción de una variedad de aminas biológicamente activas, especialmente la histamina. Estas aminas producen dilatación e incremento de la permeabilidad de los vasos sanguíneos produciendo reacciones alérgicas. La IgE también juega un rol protector en enfermedades parasitarias como helmitos, al fijarse sobre los eosinófilos que liberan enzimas líticas antiparasitarias.
Inmunoglobulina G: es la principal clase de Inmunoglobulina en la sangre. Es producido en grandes cantidades durante una respuesta inmunitaria. Circula como monómero y se encuentra ampliamente distribuido en los compartimientos intra y extravasculares. Además de activar el sistema de complemento, su región Fc se une a receptores específicos de macrófagos y neutrófilos activando la fagocitosis. Son las únicas que representan actividad frente a toxinas. Es la unica Inmunoglobulina que puede atravesar la placenta dando inmunidad al feto.
Inmunoglobulina M: representa el 10% de las Inmunoglobulinas totales. Circula como pentámero teniendo por tanto, 10 sitios de unión antigénica. La cadena J consta de 137 residuos y es rica en cisteína, esta covalentemente unido a dos regiones Fc adyacentes. La IgM se encuentra confinada en el espacio intravascular (plasma sanguíneo) y es la Inmunoglobulina que en mayor cantidad se produce durante las fases iniciales de una respuesta inmunitaria. Es la principal inmunoglobulina presente en la superficie de los linfocitos B (en forma de monómero). También esta presente en secreciones extremas pero sus niveles son más bajos que las IgA.
DESNATURALIZACION DE LAS PROTEINAS.
Es la perdida de la conformación nativa de una proteína lo que conlleva a la perdida de su actividad biológica. La base molecular de la desnaturalización es la ruptura de las fuerzas que estabilizan la estructura tridimensional de las proteínas lo que origina que la molécula se despliegue y adopte una disposición totalmente aleatoria. Como consecuencia de ello se produce una alteración de las propiedades físicas y químicas y biológicas de la proteína entre ello aumento de la viscosidad, disminución de la solubilidad, perdida de la capacidad de cristalización, cambios en el coeficiente de sedimentación y de disolución, y perdida de la actividad biológica.
Agentes desnaturalizantes.
• Calor.
• pH extremo.
• Solventes orgánicos.
• Detergentes (SDS, dodecil sulfato de sodio).
• Agentes físicos: rayos x, luz UV.
• Agitación mecánica.
• Ultrasonido y otros.
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