práctica simulación proteinas
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ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS. VISUALIZACIÓN DE MACROMOLÉCULAS POR ORDENADOR El objetivo de esta práctica es facilitar la comprensión de la estructura tridimensional de las biomoléculas, centrándonos en las proteínas. Comenzaremos por analizar sus monómeros, los aminoácidos, para continuar con su estructura secundaria, terciaria y cuaternaria. Contenidos: ESTRUCTURA DE PROTEÍNAS Los monómeros 1. Aminoácidos Estructura común Representaciones Clasificación y estructura Primer nivel: secuencia 2. Estructura primaria Enlace peptídico Péptidos y esqueleto peptídico Segundo nivel: conformación 3. Estructura secundaria Hélice alfa Hoja plegada beta 4. Estructura terciaria Concepto y representaciones Tercer nivel: asociación 5. Estructura cuaternaria Hemoglobina Material necesario - Ordenador con acceso a internet. Navegador recomendado: Mozilla Firefox - A continuación comience la práctica propuesta visitando la página web: http://biomodel.uah.es/model1j/prot/contents.htm ESTRUCTURA DE PROTEÍNAS Los monómeros 1. Aminoácidos - Estructura común: Los aminoácidos son las unidades estructurales básicas de las proteínas. Los alfa-aminoácidos se caracterizan por tener un grupo amino y un grupo carboxilo unido al carbono alfa. Al carbono alfa se unen además un átomo de hidrógeno y una cadena lateral R, que distingue a los diferentes aminoácidos. A pH fisiológico, el grupo amino se encuentra protonado (-NH3+) y el carboxilo sin protonar (-COO–). http://biomodel.uah.es/model1j/prot/aa-intro.htm - Representaciones: En la glicina (G), el aminoácido más simple, la cadena R es un átomo de hidrógeno. El modelo de bolas y varillas no refleja ni el tamaño ni la forma real de la molécula, aunque permite distinguir claramente los diferentes átomos y enlaces. Un modelo espacial compacto muestra el tamaño y forma real de la molécula, pero dificulta la percepción de la estructura. En el modelo de varillas se muestran sólo los enlaces. Este modelo es adecuado para ver la estructura de moléculas grandes. Pulse los distintos botones de la pantalla y familiarícese con el panel de información, panel de utilidades, distintas representaciones: varillas, bolas y varilla, esferas, gire la molécula, podrá ver la distancia y ángulo entre distintos átomos, deje el ratón sobre un átomo y le indicará cuál es, etc. Además de la glicina, en las proteínas se encuentran 19 aminoácidos más. Los distintos aminoácidos se diferencian en la estructura de la cadena lateral R. Según la naturaleza de esta cadena lateral podemos clasificar los aminoácidos en distintos grupos. Algunas clasificaciones eliminan el grupo de los aminoácidos aromáticos, añadiendo la fenilalanina y el triptófano a los apolares, e incluyendo la tirosina en los polares sin carga por la presencia del grupo hidroxifenilo. - Clasificación y estructura: La clasificación de los aminoácidos que muestra el autor de la página web es compleja, otra más sencilla se presenta en el siguiente enlace: http://biomodel.uah.es/model3j/aa.htm nos basaremos en ésta clasificación. Alifáticos apolares Polares sin carga Aromáticos Cargados positivamente o básicos Cargados negativamente o ácidos Visualice los diferentes aminoácidos en todas las formas posibles que permite el programa, localice los grupos comunes y las características de la cadena lateral. Para ello, haga uso del botón izquierdo del ratón y despliegue todas las posibilidades de visualización. 2 Contesta a las siguientes preguntas: 1. ¿Qué color tienen los oxígenos, los nitrógenos y los azufres en el código CPK? Oxígenos = Nitrógenos = Azufres = 2. La figura representa un aminoácido. Relaciona las estructuras numeradas con los nombres que reciben. Cadena lateral Grupo amino Grupo carboxilo Carbono alfa Átomo de hidrógeno. 1. 2. 3. 4. 5. 3. Escribe el nombre completo, en código de tres letras y en código de una letra, de un aminoácido de cada uno de los tipos que a continuación se indica: a. Polar sin carga b. Aromático c. Alifático apolar d. Cargado negativamente o ácido e. Cargado positivamente o básico 3 4. Relaciona los aminoácidos nombrados con los grupos que figuran a la derecha: 1) Isoleucina a) Ácido 2) Metionina b) Básico 3) Fenilalanina c) Aromático 4) Lisina d) Polar sin carga 5) Aspártico e) Alifático apolar 5. Identifique los siguientes aminoácidos y escriba su nombre completo, y en código de tres letras. Debe identificar primero los grupos carboxilo y amino y después analizar la cadena lateral para identificar el aminoácido. A) B) C) 6. Observa la prolina. ¿En qué se diferencia del resto de los aminoácidos proteicos? 7. ¿Qué aminoácidos contienen azufre? 8. ¿Qué aminoácidos contienen azufre y pueden formar enlaces disulfuro? Cítelos. Primer nivel: secuencia 2. Estructura primaria - Enlace peptídico - Sitúese de nuevo en la página: http://biomodel.uah.es/model1j/prot/pept-enl.htm 4 Dos aminoácidos pueden unirse covalentemente a través de un enlace amida, denominado enlace peptídico. Este enlace se forma al reaccionar el grupo alfa-carboxilo de un aminoácido con el grupo alfaamino del otro aminoácido, perdiéndose una molécula de agua. Pueden unirse dos o más aminoácidos para formar un dipéptido, tripéptido, etc. o pueden unirse muchos aminoácidos para formar polipéptidos o proteínas. Los carbonos alfa de cada aminoácido se van alternando con los enlaces peptídicos para formar el "esqueleto" del péptido. - Péptidos y esqueleto peptídico Cargue el modelo para ver la unión peptídica entre glicina y serina y la disposición plana del enlace. En la siguiente pantalla puede verse el esqueleto peptídico de un péptido. Observe cómo el enlace peptídico es una estructura plana, y cómo el oxígeno y el hidrógeno se disponen en configuración trans. 9. En la siguiente figura ¿cuál de los números señala el enlace peptídico? Sitúese de nuevo en la página: http://biomodel.uah.es/model1j/prot/peptidos.htm y pinche en Péptidos y Esqueleto peptídico 10. Realice el ejercicio propuesto y anote aquí sus resultados: Aminoácido 1 (N-terminal) Aminoácido 2 Aminoácido 3 Aminoácido 4 (C terminal) Segundo nivel: conformación 3. Estructura secundaria - Hélice alfa En este tipo de estructura secundaria el esqueleto peptídico se enrolla sobre sí mismo describiendo una hélice compacta alrededor del eje longitudinal de la molécula. Observe en http://biomodel.uah.es/model1j/prot/alfa.htm el fragmento de una cadena polipeptídica con este tipo de estructura. Hágala rotar y analice su patrón de giro helicoidal conservando la naturaleza 5 coplanar del enlace peptídico. Represéntela sucesivamente en las distintas formas de esqueleto, varillas, bolas, y varillas y esferas. Observe la dirección de la hélice y el establecimiento de los puentes de hidrógeno que mantienen esta estructura. Responda a las siguientes cuestiones: 11. Señale con una X la opción correcta. La hélice alfa es: a. a derechas b. a izquierdas 12. La hélice alfa se del mantiene mediante aminoácido n y enlaces el grupo de entre del el grupo aminoácido . 13. ¿Cuántos aminoácidos forman este polipéptido? 14. Identifique el primer y último aminoácidos. Le puede ayudar a identificarlos si usa el modelo de bolas y varillas, y el modelo de cintas. Así quedan bien diferenciadas las cadenas laterales (tenga en cuenta que en esta representación se han eliminado los átomos de H). 15. El polipéptido contiene un aminoácido aromático, la tirosina, indique en qué posición se encuentra. - Hoja plegada beta En la hebra beta (o conformación beta o lámina beta), el esqueleto polipeptídico se encuentra extendido, formando una cadena en forma de zigzag. Siga el procedimiento marcado en pantalla. Vea la disposición del esqueleto peptídico, la disposición de las cadenas laterales y los puentes de hidrógeno intercatenarios que mantienen esta estructura. Esos puentes de hidrógeno también pueden ser intracatenarios en una proteína globular donde se produzca un giro de la cadena, y los dos fragmentos representados sean en realidad parte de una misma cadena polipeptídica. 6 16. Observe el modelo en modo bloques. En la estructura representada las cadenas se encuentran orientadas en: (Señale con una X la opción correcta) a. Sentidos opuestos (antiparalelos) b. El mismo sentido (paralelos) 4. Estructura terciaria - Concepto y representaciones La estructura terciaria de una proteína (su estructura tridimensional completa) suele estar formada por varios tramos con estructuras secundarias diferentes. http://biomodel.uah.es/model1j/prot/terciaria.htm La lisozima es una enzima formada por una cadena polipeptídica de 129 aminoácidos (14,6 kD) con cuatro enlaces disulfuro, trate de visualizarlos. Si carga el modelo en forma de bolas y varillas, y selecciona “color por elemento” (aparecen en amarillo las cisteínas), sitúe el ratón encima de la bola amarilla y le indicará qué posición ocupan las Cys entre las que se forman los enlaces disulfuro. En la estructura hay hélices alfa y algunas regiones de la cadena tienen conformación de lámina beta. La pepsina es una enzima que degrada las proteínas rompiendo el enlace peptídico que se establece entre determinados aminoácidos. La pepsina se produce en el estómago, y es activa a pH muy ácido, entre 2 y 4. Se desactiva a pH superiores a 6. Utilice las distintas opciones de representar la cadena polipeptídica de estas proteínas. Observe su estructura y responda a las siguientes preguntas: 17. ¿Cuántos fragmentos de alfa hélice existen en la lisozima? 18. Los tres fragmentos de lámina beta de la lisozima ¿Son inter o intracatenarios? 19 Los tres fragmentos de lámina beta de la lisozima ¿Son paralelos o antiparalelos? 20. ¿Cuál es la estructura secundaria más abundante en la pepsina? 7 5. Estructura cuaternaria - Hemoglobina La estructura cuaternaria se forma por la unión mediante enlaces débiles (no covalentes) de varias cadenas polipeptídicas o subunidades. Conteste a las siguientes preguntas después de haber visitado las páginas que se refieren a la estructura de la hemoglobina. http://biomodel.uah.es/model1j/prot/hb-indice.htm 21. ¿Cuántas cadenas polipeptídicas forman la hemoglobina? ¿Cuántos grupos hemo contiene la hemoglobina? 22. ¿Cuál es la estructura secundaria más abundante en cada una de las subunidades de la hemoglobina? - Interacción entre las subunidades de la hemoglobina Observe cómo se asocian y mantienen unidas las subunidades de la hemoglobina; se han determinado los aminoácidos implicados en el mantenimiento de su estructura cuaternaria. http://biomodel.uah.es/model1j/prot/hb-salinos.htm 23. Señale con una X el tipo de interacción que mantiene unidas entre sí las distintas subunidades de la hemoglobina: a. Enlaces peptídicos b. Enlaces covalentes c. Puentes salinos d. Puentes de hidrógeno - Alteración de la estructura y la función: Hemoglobina S En la hemoglobina S se produce una mutación que provoca el cambio en un aminoácido respecto a la secuencia de la hemoglobina A; este cambio en la estructura primaria de la proteína tiene consecuencias en la estructura cuaternaria. http://biomodel.uah.es/model1j/prot/hb-s.htm 24. ¿Qué aminoácido cambia en la hemoglobina S respecto a la hemoglobina A? ¿En qué subunidad o subunidades se encuentra? 25. ¿Qué cambios se producen en la estructura cuaternaria de la molécula de hemoglobina S? 8 Una vez haya respondido a las preguntas de este cuestionario, pasa tus respuestas al documento Hoja de respuestas BIO1 y envíalas con tu nombre a biologia@colegiomaravillas.com FELIZ NAVIDAD!!!! y recuerda son centenares los alumnos que quieren tu silla en la universidad. 9