TEMA 5: ARQUITECTURA DE PROTEINAS. Parte 2 Estructura Cuaternaria -Homotípicas: asociación entre dos o mas cadenas polipeptídicas iguales o muy similares Estructuras Cuaternarias -Heterotípicas: interacción entre subunidades con estructuras muy distintas -Isólogas: Interacciones colocadas simétricamente alrededor del elemento de simetría del sistema (eje binario) Tipos de interacciones entre subunidades -Heterólogas: interacciones no simétricas entre subunidades -Existen estructuras moleculares más complejas donde coexisten interacciones isólogas y heterólogas Naturaleza química de las interacciones -Puentes de hidrógeno -Hidrófobas -Puentes salinos -Fuerzas de van der Waals -Puentes disulfuro Dímero de prealbúmina -Estructura cuaternaria con asociación homotípica --Dos monómeros que presentan simetría binaria alrededor de un eje perpendicular al plano de la pantalla -Interacciones isólogas (interacciones colocadas simétricamente alrededor del eje) mediante puentes de hidrógeno entre las cadenas de las láminas b (de F a F’ y de H a H’) Esquema de un dímero de asociación homotípica sin simetría donde existen interacciones heterólogas (A-C y B-D) Estructuras de las proteínas involucradas en el transporte y almacenamiento de oxígeno: Hemoglobina y mioglobina Estructura de las cadenas de globina Mioglobina (estudiada en los años 50 por John Kendrew por difracción de RX) Proteína globular monomérica pequeña con 153 restos aminoacídicos (PM 16.700) Estructura secundaria predominante: a-hélice (más del 70% de la proteína) 8 segmentos helicoidales A-H (el mas largo de 23 aa y el mas corto de 7 aa), algunos de ellos unidos por giros b.Tres de sus cuatro Pro se encuentran en los codos de las hélices Los grupos R hidrofóbicos se ubican hacia el interior de esta molécula compacta que solo puede alojar 4 moléculas de agua. El grupo Hem esta situado en un bolsillo hidrofóbico entre las hélices E y F Representaciones de la estructura terciaria de mioglobina (f) a) b) c) d) e) f) Representa las estructuras secundarias (ribbon representation) La imagen enfatiza la superficie molecular (mesh representation) Imagen de contorno de superficie (permite visualizar bolsillos donde otras moléculas pueden interaccionar) Representación ribbon que incluye a los grupos R de los residuos hidrofóbicos Modelo de bolas (residuos hidrofóbicos en azul, grupo Hem en rojo) Modelo salchicha que muestra la estructura primaria Efectos estéricos en la unión de los ligandos con el grupo Hem Unión entre O2 y CO a a grupos Hem libres Cuando CO se une al Hem de mioglobina la His distal (His E7, posición 64) lo fuerza a adoptar un ligero ángulo que debilita su unión a MHb El puente hidrógeno entre O2 e His E7 facilita la unión de O2 Hemoglobina Tetrámero de dos cadenas a (141 aa) y dos b (146) de gran similitud con mioglobina, con un grupo Hem por cadena PM 64.500, casi esférica con un diámetro de 5,5 nm El análisis por RX muestra que hay dos conformaciones para Hb: Un estado R (relaxed) de mayor afinidad por O2 y uno T (tense) que es la conformación más estable par deoxihemoglobina Cuando O2 se une al estado T cambia de conformación hacia el R Hemoglobina Comparación de la secuencia aminoacídica y de estructura secundaria y terciaria de mioglobina y las cadenas a y b de globina de Hb (los residuos idénticos están sombreados, los sombreados en rosa se conservan el las cadenas de globina de la mayoría de las especies). Interacciones dominantes entre subunidades de globina (a claras y b oscuras) Las interacciones dominantes varían al unirse O2 → Transición entre los estados T R en deoxihemoglobina Notar el estrechamiento del bolsillo entre las unidades al cambiar a la conformación de mayor afinidad por el O2 Cambios conformacionales en las cercanías del grupo Hem cuando Hb se oxigena La Hb además transporta CO2 y H+ El 40% del CO2 se transporta hacia los pulmones como carbamatos en los residuos amino terminales Los H+ sobre restos aminoacídicos His 146 de la subunidades b. Los ácidos conjugados forman par iónico con Asp 94 en la estructura T. En la estructura R el valor de pKa es el normal de 6.0 ya que no se puede estabilizar el ácido conjugado por formación del par iónico. Curva sigmoidea (cooperativa) de unión de Hb con O2 que demuestra el cambio de afinidad de la estructura por el ligando al variar la pO2. Obsérvense las curvas extremas (alta afinidad estado R y baja afinidad estado T). La curva correspondiente a la mayor afinidad es la que presenta Mioglobina Efecto del pH sobre la afinidad de la Hb por el O2 pH de la sangre en pulmón 7,6 pH de la sangre en tejidos periféricos 7,2 La afinidad de Hb por O2 a la Hb es disminuída por 2,3-bifosfoglicerato El BPG no ingresa a en la forma OxiHB ya que la cavidad es más pequeña y los restos de aa cargados positivamente están desplazados del centro de la cavidad en la conformación R El BPG estabiliza la forma desoxiHb Su concentración esta aumentada en individuos adaptados a la altura y fumadores a) BPG estabiliza estado T de deoxiHB b) Cargas negativas de BPG interactuando con cargas positivas (azul) del bolsillo central en el estado T de deoxiHB c) El bolsillo desaparece en oxiHb al adquirirse la conformación R La afinidad de Hb por O2 es disminuída por 2,3-bifosfoglicerato La Hbfetal (a2g2) tiene mayor afinidad por O2 que la materna (HbA (a2b2) HBF tiene menor afinidad por BPG que HBA. La diferencia molecular es que en globinas g la His 143 de la cadena b cambia por Ser En aves el rol del BPG lo cumple Inositol hexafosfato y en peces ATP Anemia falciforme Enfermedad genética de carácter recesivo los individuos que la padecen tienen bajo número de eritrocitos y de forma anormal (crenocitos, o en forma de medialuna o de hoz) La causa es que la HbS o falciforme forma polímeros insolubles cuando esta desoxigenada que precipitan dentro de los hematies. La HbS resulta de una mutación que cambia solo un aa de la estructura primaria de la cadena b. Se sustituye un residuo de Glu de la posición 6 por uno de Val. Se genera un bolsillo “pegajoso” (hidrofóbico) en los extremos de las cadenas b dónde en individuos normales había restos cargados a pH fisiológico. Las moléculas de HbS interaccionan entre si y polimerizan BIBLIOGRAFÍA -ORGANIC CHEMISTRY. 2da. Edition.G.Marc LOUDON. Editorial Benjamin -ORGANIC CHEMISTRY. J. Mc MURRY. 3ra Edición 1994. 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