01 Proteinas i Estructura 2015 Unt

8/18/2019 01 Proteinas i Estructura 2015 Unt

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PROTEÍNAS I- ESTRUCTURA-

Mc Frank Medina Villalobos


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Las proteínas son tan diversas que realizan casi todas las funciones de lacélula


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IDEAS GENERALES

• Las proteínas constituyen la mayor parte del pesoseco de una célula.

• Son elementos estructurales y funcionales de la

célula (realizan prácticamente todas lasfunciones: enzimática, canales, transportadora,de señalización, motora, toxinas).

• Son las moléculas más complejas y

funcionalmente más sofisticadas que se conocenproducto de miles de millones de años deevolución. Son muy versátiles.


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Los aminoácidos proteicos, canónicos o naturales son aquellosque están codificados en el genoma: tienen codones específicosen el código genético.

Para la mayoría de los seres vivos son 20 ( -L- aminoácidos).


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En 1986 y en el 2002 se descubrió

que código genético tiene

pequeñas modificaciones y puedecodificar otros aminoácidos.

• Aminoácido número 21:

selenocisteína, aparece eneucariotas, procariotas yarqueas.

• Aminoácido número 22:

pirrolisina, aparece sólo enarqueas.

codón UGA

codón UAG


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AMINOÁCIDOS POLARES CARGADOS (hidrófilos)

AMINOÁCIDOS POLARES NO CARGADOS (hidrófilos)

AMINOÁCIDOS POLARES CARGADOS (hidrófilos)


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AMINOÁCIDOS NO POLARES (hidrófobos)

En las proteínas se puede formarenlaces disulfuro entre las cadenaslaterales de dos cisteínas.


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AMINOÁCIDOS POLARES CON CARGA

A pH fisiológico sus cadenas laterales hidrófilas están cargadas por

completo (+).


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AMINOÁCIDOS POLARES CON CARGA

A pH fisiológico sus cadenas laterales hidrófilas están

cargadas por completo (-).


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AMINOÁCIDOS POLARES SIN CARGA

A pH fisiológico sus cadenas laterales hidrófilas tienen carga en parte (+) o (-)


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AMINOÁCIDOS APOLARES

A pH fisiológico sus cadenas lateraleshidrófobas consiste casi por completo en

cadenas de H y C.


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Resumen: Residuos de aminoácidos

RESIDUOS UNIONES QUE FORMAN LO ENCONTRAMOSBásicos

+ Enlaces iónicos Superficie de lasproteínas solubles o en el

interior formando

enlaces con otros

aminoácidos similares

Ácidos- Enlaces iónicos

Polares sincarga

Puentes de Hidrógeno

No polares Interacciones hidrofóbicas ofuerzas de Van Der Waals

Centro de las proteínas

solubles. Región

transmembrana deproteínas.


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• Arginina puede ser esencial para losniños muy pequeños ya que susrequerimientos son mayores que su

capacidad para sintetizar este

aminoácido.

• Hay también dos aminoácidos noesenciales que se forman a partir deotros esenciales: – Cisteína (y cistina) a partir de metionina

– Tirosina a partir de fenilalanina.

• Si la dieta no aporta suficiente cantidadde fenilalanina o si el organismo no

puede transformar la fenilalanina en

tirosina por algún motivo -como sucede

en la enfermedad hereditaria denominada

fenilcetonuria-, entonces la tirosina se

convierte en esencial.

•De los 20 aminoácidos que se combinan para formar las proteínas, algunos

pueden ser sintetizados por el organismo, por lo que se denominan noesenciales.


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ENLACE PEPTIDICO• Reacción de deshidratación (condensación)

• Enlace covalente: amida.• El extremo con el grupo amino se denomina N- (o amino)

terminal y el extremo con el grupo carboxilo, C- (o carboxilo)terminal.


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El enlace peptídico es plano y no permite rotación

Ángulo phi: rotaciónentre enlace N y C

Ángulo psi: rotaciónentre enlace C

y C


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Una proteínaestá formadapor unesqueletopolipeptídico

con cadenaslaterales.Cada tipo deproteínadifiere de lasdemás en su

secuencia yen su númerodeaminoácidos.La secuenciade

aminoácidosse lee deizquierda aderecha(extremoamino a

carboxilo).


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• Los aa en un péptido o en una proteína son a veces llamados

res iduos (que resultan después de perder un átomo de H+

del grupo amino y un OH- del extremo carboxilo).

• Cada péptido tiene dos extremos libres: el grupo amino libre

es el extremo amino-terminal (o N-terminal); y el carboxilo

libre es el extremo carboxilo-terminal (o C-terminal).


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PEPTIDO N°aa Función

•Glutatión 3 Ubicuo y mantiene las condiciones reductoras

del citoplasma. Potente antioxidante.

•Encefalinas 5 Neuropeptidos cerebrales. Analgésicos

endógenos.

•Vasopresina 9 Regula la reabsorcion de agua en los túbuloscolectores del riñón. Es hipertensor.

Oxitocina 9 Estimula contracciones uterinas y la eyección

de leche después del parto.

MSH 14 Estimula la síntesis de melanina por losmelanocitos.

Glucagón 29 Hiperglicemiante en ayuno.

Insulina 51 Hipoglicemiante después de la ingesta dealimento.

Péptidos importantes


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PÉPTIDOS

• Péptido es un término

que designa a una

cadena de aminoácidos

de una longitud no

determinada. Sinembargo, las cadenas de

50 a más aminoácidos

son usualmente

llamadas PROTEÍNAS OPOLIPEPTIDOS.

The Basics of General, Organic, and Biological ChemistryDavid W. Ball, John W. Hill, Rhonda J. Scott


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PROTEINA

• Más de 50 aminoácidos

Longitud

• Más de 10 000 Da (10 KDa)

Peso

• Cadena polipeptídica con existenciaprobada en un determinado organismo

Función

Ó


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NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LASPROTEÍNAS

Ó


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NIVELES DE ORGANIZACIÓN PROTEICAESTRUCTURA PRIMARIA

INFORMA Orden, variedad y número de aminoácidos.

ENLACE Covalente peptídico

CARACTERÍSTICAS - Este nivel influye en la conformación 2°y 3°.- Las variaciones en algunas zonas de las proteínas tienen muy

poca o ninguna repercusión en su función, pero hay zonas

críticas, en las que cualquier variación afecta a la estructura, ypor tanto a la función de la proteína.

Las proteínas polimórficas admiten variaciones en suestructura primaria, conservando su función.

ENFERMEDADES Anemia falciforme o

drepanocitica

Sustitución de glutamato por valina

Fibrosis quística Ausencia de fenilalanina


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El 20-30% de las proteínas humanas son polimórficas (varían endiferentes individuos). La mayoría de estas variaciones no afectan a su función.

El gen de beta hemoglobina


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Largas fibras

Persona normalPersona con anemia de

células falciformes

DNA

Gen normal

El gen codifica elpolipéptido

(b) El polipéptidobeta hemoglobina

Mutación cambiaforma de proteina

(c) La proteínahemoglobina

(formada por 4polipéptidos

Beta

(d) La célula

Eritrocitoforma de disco

Eritrocito forma

de hoz

Mutación

Alfa

(a) Eritrocito normal

(b) Célula falciforme Hemoglobina de célula falciforme

Hemoglobina normal

1 2 3 6

54

… 146 7

64

32

17

5

….146

ANEMIA FALCIFORME

Mutaciones → variaciones en la secuencia• Los aminoácidos invariables son importantes

para la función

• Las mutaciones conservadoras son cambios entre aminoácidos químicamente semejantes


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• La primera proteína en ser secuenciada completamente fue la hormona

insulina.Frederick Sanger, Premio Nobel 1956

II ESTRUCTURA SECUNDARIA


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II. ESTRUCTURA SECUNDARIAINFORMA Plegamiento local de una secuencia de aminoácidos.

ENLACE Puentes de hidrógeno interpeptídicos: NH y C O.

CARACTERÍSTICAS - Es predecible. La cadena proteica adopta una conformaciónregular repetida.- La cadena polipeptídica puede adoptar distintas disposiciones

espaciales: Hélice , lámina y arrollada al azar.

- En una proteína promedio el 60% de la cadena polipeptídica seencuentra en forma de hélices y hoja ; el resto como

plegamientos y giros al azar.

ENFERMEDADES PRIONES: proteínas patógenas que tienen alterada su estructurasecundaria, originando un incorrecto plegamiento de su estructura

terciaria

Hélice (descubierto en queratina) Hoja (descubierto en fibroína)


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Puentes de hidrógeno paralelos al eje de la cadena Puentes de hidrógeno perpendiculares al eje de la cadena

Puentes de hidrógenos sólo intracatenarios Puentes de hidrógeno intra e intercatenarios

Cadena lateral (R) de los aminoácidos se proyectan haciael exterior

Cadena lateral (R) se proyectan hacia el interior yexterior de manera alterna

Puentes de hidrógenos cada cuatro aminoácidos (3,6 aa por vuelta) Puentes de hidrógenos cada tres aminoácidos

Pueden ser dextrógiras (se simboliza como un cilindro) o

levógiras (se simboliza como espiral)

Puedes ser paralelas (p. de Hidrógeno menos estables)

o antiparalelas (p. de Hidrógeno más estables)

Existe individualmente y pueden ser anfipáticas Una hoja requiere por lo menos dos hebras


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Héli l ó i Héli d ó i


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El giro de la hélice es dextrógira en

todas las proteínas

Las hojas antiparalelas son más

estables

Hélice levógira Hélice dextrógiraLámina antiparalela

Lámina paralela


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Giros Bucles


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3 ó 4 residuos de aminoácidos Mayor cantidad de aminoácidos

Localizados en la superficie de la proteína Localizados en la superficie o en el interior de la

proteína

En forma de U, estabilizadas por P. de Hidrógeno Diversas formas, pocas estructuras definidas.

Abundan glicina (cadena lateral mínima) y prolina (curvatura intrínseca, rompe hélices)

No poseen un patrón establecido en sus

aminoácidos

Permiten en cambio de dirección entre dospatrones estructuras secundarias

Suelen tener mayor actividad biológica.


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Niveles superiores:A) Superhélice o hélice enrrollada

• Dos o tres hélices

tienen la mayor parte de

sus cadenas apolareshacia un lado de manera

que pueden enrrollarseuna en torno a la otra

colocando estas cadenas

laterales al interior.

• Ejm -queratina,miosina


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Niveles superiores:B) Motivos

• Llamadas estructuras

supersecundarias o

plegamientos.

• Son combinacionesregulares de estructuras

secundarias que tienen unatopología particular.

Motivo giro

O i


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Otros motivos


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• Los priones másconocidos son los queafectan al Sistema

Nervioso Centralcausandoencefalopatías.

• Enfermedades:

• «Mal de las vacas locas"

o EncefalopatíaEspongiforme Bovina.

• La enfermedad deCreutzfeldt-Jakob (enhumanos).

Proteína


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Proteínanormal

Proteínaprión

III ESTRUCTURA TERCIARIA


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III. ESTRUCTURA TERCIARIAINFORMA Plegamiento espacial completo de la cadena (disposición

tridimensional de los residuos de aminoácidos)

ENLACES No covalentes: Puentes disulfuro

Covalentes: Puentes de hidrógeno, enlaces iónicos (puentessalinos), fuerzas de Van Der Waals, interacciones hidrofóbicas,

interacción catión

CARACTERÍSTICAS - La estructura terciaria no es repetitiva ni predecible: dependeesencialmente de las interacciones de las cadenas laterales (R)

de los aminoácidos.- Es específica de cada proteína y determina su forma y función.

ENFERMEDADES La enfermedad de Alzheimer. Plegamiento anormal dando lugar a laaparición de la proteína β-amiloide es un péptido de 36 a 43 aminoácidos

que se sintetiza a partir de la Proteína precursora amiloide (APP).


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ENLACES EN LA ESTRUCTURA TERCIARIA DE UNA PROTEINA


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Puentes disulfuro

• Grupos sulfhidrilo de dosresiduos de cisteína reaccionan

oxidativamente.

• Confiere al péptido unaestabilidad considerable dadosu naturaleza covalente.

• Intramoleculares o

intermoleculares.• Se interrumpen con agentes

reductores


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Puente de HIDRÓGENO

• Se forma entre un átomode hidrógeno y un par deelectrones desapareados

de un átomoelectronegativo (O).

• Son particularmenteimportantes en la

estabilización de lashélices y las estructuraslaminares.


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INTERACCIONES DE VAN DER WAALS

• Atracciones

momentáneas entre dos

moléculas no polares

que tienentransitoriamente cargas

positivas o negativas (loselectrones están en constante

movimiento y su distribución nosiempre es simétrica.


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RESUMEN


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ENFERMEDAD DE l h i i b


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ENFERMEDAD DE alzheimer proteina betaamiloide

FORMAS PROTEICAS SEGÚN SU ESTRUCTURA TERCIARIA


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FIBRILAR GLOBULAR

Presentan estructuras secundarias definidas(sólo hélices o láminas ), repetitivas y

altamente ordenadas.

Presentan estructuras hélices y láminas

que asu vez se repliegan sobre si misma dando lugar a la

estructura compacta .

Forma alargada Forma esférica y superficie irregular

Mayormente extracelulares Mayormente intracelulares

Principalmente estructurales Principalmente funcionales

Insolubles en agua Solubles en agua o soluciones salinas diluidas

Ejm: Queratina, colágeno, fibrina Ejm: Enzimas, globulinas.

Í ( )


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PLEGAMIENTO DE LAS PROTEÍNAS (I)

• En un principio un polipéptido de «n» aminoácidospodría originar 20n cadenas polipeptídicas diferentes.

• Sólo una pequeña fracción de estas cadenas adoptaríauna conformación tridimensional estable.

n


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Termodinámica en los sistemas


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Termodinámica en los sistemasvivientes

Las células toman energía de las moléculas del alimento y liberan

calor mediante reacciones que ordenan el interior de la célula.

El proceso de plegamiento se encuentra


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El proceso de plegamiento se encuentra

bajo control termodinámico y cinético,

• El proceso de plegamientohasta alcanzar la estructuranativa presenta un ΔGnegativo.

• Desde el punto de vistaentrópico, el proceso deplegamiento supone unadisminución neta de

entropía desde laestructura denominadaovillo aleatorio a la únicaestructura nativa.

• Durante la reacción de plegamiento se pasa


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Durante la reacción de plegamiento se pasa

por estados de mayor energía (estados

de transición)

• PLEGAMIENTO DE UNA PROTEÍNA EN UNA CONFIGURACIÓN


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COMPACTA


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• NUEVO PLEGAMIENTO DE UNA PROTEÍNA DESNATURALIZADA


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Con

actividadenzimática

RENATURALIZACIÓN

DESNATURALIZACIÓN

Sin

actividad

enzimática


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DOMINIO PROTEICO


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DOMINIO PROTEICO• Territorio discreto de una estructura terciaria que puede plegarse

independientemente del resto, dando lugar a una estructura compacta yestable.

• Contiene entre: 50 – 350 aminoácidos y tiene una característica o funciónespecífica.

• Es la unidad modular a partir de la cual de construyen muchas proteínasmayores.

• Existen proteínas con un dominio común (como unir un ión metálico oreconocer a una molécula específica) que suelen tener similar función.

• Existen proteínas multifuncionales que suelen tener dominios separadospara cada función.

ProteínaSrc con 3dominios


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Citocromo b con un solodominio para eltransporte de e-

Enzima lactatodeshidrogrenasa con

dominio de unión al NAD+

Dominio variable de lacadena ligera deinmunoglobulina

Dominios proteicos

• Componente estable de la estructura proteica


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ESTRUCTURAL

• Componente estable de la estructura proteicaconstituidos por 100-150 residuos en diversascombinaciones de motivos.

• Tiene una estructura particular. Ejm:o Dominio ácidoo Dominio rico en prolina

o Dominio conservado SH3

FUNCIONAL

• Determina la actividad de la proteína donde seencuentra. Ejm:

o

Dominio cinasao Dominio serina proteasa

o Dominio de unión a la membrana

Principales dominios


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pDominio Característica

Quinasa Dominio con actividadenzimática. Fosforila usando

ATP

SH2 Dominio de unión afosfotirosina

SH3 Dominio de unión a regiones

específicas ricas en prolina

SH4 Dominio de unión a residuos detirosina en la vecindad de la

membrana plasmática.

Homeo-dominio

Dominio de unión al ADN

Bromo-dominio

Reconoce residuos de lisinaacetilados.

Cromo-dominio

Reconoce residuos de lisinametilados.

Familias de proteínas


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Familias de proteínas• Las proteínas actuales se pueden agrupar en «familias proteicas»:

secuencia de aminoácidos y conformación tridimensional semejante.• Surgieron en la evolución por duplicación de genes y posterior

modificación.

• Dos proteínas que tengan más del 25% de similitud en sus secuencias deaminoácidos, generalmente comparten la misma estructura global.

Familia de serinproteasas. Cada

una rompe

diferentes

proteínas o

diferentes enlaces

peptídicos

Proteínas parálogas y ortólogas


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Proteínas parálogas y ortólogas

PARALOGAS: Hanevolucionado de un gen

común (pertenecen a

una misma familia) pero

tienen diferente función.

Ejm: Elastasa yQuimotripsina

ORTÓLOGAS: Seencuentran en

diferentes organismospero tienen la misma

función. Ejm: Elastasa

humana y elastasa del

ratón.


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MODULO PROTEICO


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O U O O CO

• Son «dominios móviles» en el tiempo que comparten diversas

proteínas

Dos dominiosserin proteasas

«moviles»

MÓDULOS PROTEICOS


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¿CÓMO APARECIERON LOS MODULOS?


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¿CÓMO APARECIERON LOS MODULOS?• Según la teoría del barajado de exones surguian genes

nuevos de mezclar exones de diferentes genes existentes.

Gilbert sugirió que cada exón codificaría para un dominoproteico (aunque después se demostró que existen algunosdominios separados en más exones y algunos exones quecontenían más de un dominio proteico). Este barajadopuede dar lugar a nuevos genes por recombinación,

sobrecruzamiento, exclusión o duplicación de exones.


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Los dominios:P d i t d fá il t t t í


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Pueden ser integrados fácilmente a otras proteínas

Se ha estimado que el Genoma Humano tiene:1000 dominios de inmunoglobulinas

500 dominios de proteín quinasa

250 homeodominios

300 dominios SH3

120 dominios SH2

Cremallera de


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Cremallera de

Leucina

Es un «motivo» que

crea fuerzas de

adhesión a través de

hélices alfa enparalelo. Es un

dominio de

dimerización común

en proteínasinvolucradas en la

expresión génica.


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IV. ESTRUCTURA CUATERNARIAINFORMA I t i bl j d d á b id d


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INFORMA Interacciones y ensamblaje de dos o más subunidades.

ENLACE Los enlaces son los mismos que la estructura terciaria

CARACTERÍSTICAS Las proteínas que tienen esta configuración se denominanOLIGOMÉRICAS O MULTIMÉRICAS

Las subunidades se denominan cadenas o protómeros unidos porenlaces no covalentes . Pueden ser iguales (homo) o diferentes

(hetero).

Cada protómero puede estar codificado por un gen distinto.

ENFERMEDADESTalasemia, forma hereditaria de anemia en la que se reduce la

síntesis de una o más de las cuatro cadenas de la globina

Dímero: Proteína represora Cro del bacteriófago


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HEMOGLOBINA: PROTEINA TETRAMERICA

NEURAMINIDASA: TETRAMÉRICA


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COLÁGENO: TRÍMERICANEURAMINIDASA: TETRAMÉRICA


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TAMAÑOS Y FORMAS

PROTEICAS

ENSAMBLAJES PROTEICOS.


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Con un solo lugar de unión:dímeros

Idénticas con dos lugares deunión: filamento helicoidal

Con dos lugar de unión

colocados en cadena: anillocerrado

ESTRUCTURA SUPRAMOLECULAR


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Láminas planas, tubos, anillos, esferas

Ejm. Virus del tomate TBSV

186 subunidades de 386 aa + ARN 4500 nt

Estructuras:Complejos enzimáticos

Filamentos proteicosVirusMembranas

VentajasReducen la información genética

Enlaces de energía relativamente bajaMinimizan los errores en la síntesis

Ensamblaje Cilíndrico


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Ejm. Virus del mosaico del tabaco

Mecanismo de autoensamblaje

Rotura proteolítica de


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palgunas proteínas


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Tipos y ejemplos Localización y función

Proteínas Cromosómicas

Histonas Favorecen el empaquetamiento del ADN.

No histonas Ayudan a formar niveles mayores de organización del ADN.

Proteínas Receptores

Receptor a FGE y otros Receptores de hormonas y factores tróficos para recibir y transducirseñales, desde el exterior al Interior de la célula.

Receptor de insulina, etc

Proteínas Factores Tróficos

ISCF I y II Relacionados con la señalización en el desarrollo de los tejidos.

Proteínas Factores de transcripción

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