Tema 4. Las proteínas y la acción enzimática
Las proteínas�
Proteínas: constituidas por C, H, O, N y en menor proporción P y S. A veces Fe y Cu.
Son las moléculas más abundantes (50% del peso seco de la materia viva)
Son polímeros de unidades más pequeñas, los aminoácidos.
1.1. Concepto y estructura
Aminoácidos: son los monómeros que forman los péptidos y las proteínas
Se conocen unos 200, de los que sólo 20 forman parte de las proteínas * (aa o aminoácidos proteicos) y son iguales en todos los seres vivos
NOTA*: Los aa no proteicos son intermediarios metabólicos o tienen funciones propias: neurotransmisores, vitaminas, hormonas, etc.
1.2. Las propiedades de los aminoácidos
Son compuestos orgánicos sencillos de baja masa molecular
Solubles en agua
Cristalizables
Incoloros
Punto de fusión elevado (+200ºC)
Sólidos
Comportamiento anfótero
Estereoisomería
Comportamiento anfótero
Pueden comportarse como ácidos o como bases. Debido a los grupos amino y carboxilo, dependiendo del pH.
Estereoisomería
Todos los aminoácidos menos la Glicina tienen un carbono asimétrico, el carbono alfa. Estereoisómeros D y L.
1.2. Las propiedades de los aminoácidos
ANFÓTERO:
Que actúa como ácido o como base según la sustancia con la que reacciona o el medio en el que se encuentra.
pH medio: ácido
pH medio: básico
aa: ácido (pierde H+)
Carga -
aa: básico (gana H+)
Carga +
1.2. Las propiedades de los aminoácidos
Excepto la glicina,
(sin Casimétrico)
Los aminoácidos proteicos con todos L
1.3. La clasificación de los aminoácidos (R)
Carboxilo -
Amino +
1.3. La clasificación de los aminoácidos
(no se ciclan)
1.3. La clasificación de los aminoácidos
(se ciclan)
1.3. La clasificación de los aminoácidos
Nota: Son polares por tener O y S, ambos muy electronegativos, por lo que pueden establecer puentes de H, con el H del agua.
1.3. La clasificación de los aminoácidos
1.4. Los aminoácidos esenciales
Solo podemos sintetizar por nuestra cuenta 11 aminoácidos, los otros 9 que necesitamos debemos obtenerlos por ingestión (aminoácidos esenciales).
Los organismos autótrofos sí que pueden sintetizar todos los aminoácidos.
1.4. Estructura de las proteínas
Los aminoácidos forman proteínas, y tan solo cambiando uno de los aminoácidos, ya tenemos una proteína diferente.
2. El enlace peptídico
2.1. Qué es el enlace peptídico
Es el enlace que une entre sí a los aminoácidos para formar los péptidos y las proteínas.
Se forma entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino del siguiente; liberando una molécula de agua.
Se puede producir la hidrólisis química o enzimática del enlace
(rompiendo la cadena de aminoácidos)
2. El enlace peptídico
2.1. Qué es el enlace peptídico
2. El enlace peptídico
2.1. Qué es el enlace peptídico
2. El enlace peptídico
2.1. Qué es el enlace peptídico
Características:
2. El enlace peptídico
2.2. Los péptidos
Unión de aminoácidos mediante enlaces peptídicos
Según su número de aminoácidos:
Aminoácidos (+5000) o
varias cadenas de polipéptidos.
3. La estructura de las proteínas
3.1. La estructura primaria
Estructura primaria:
Secuencia lineal de aminoácidos
Grupo amino (N-terminal)
Grupo carboxilo (C-terminal)
3. La estructura de las proteínas
3.2. La estructura secundaria
Estructura secundaria:
3. La estructura de las proteínas
3.2. La estructura secundaria
Estructura secundaria:
- Cada vuelta contiene 3,6 aa.
- Cadenas R hacia fuera.
- Sucede gracias al giro de los C alfa.
- Se mantiene gracias a enlaces por puentes de H entre grupos N-H y C=O de distintos enlaces peptídicos.
- En proteínas globulares y fibrosas.
3. La estructura de las proteínas
3.2. La estructura secundaria
Estructura secundaria:
-Se disponen paralelos creando un zigzag.
-Cadenas laterales R, hacia arriba y hacia abajo alternativamente.
-Se debe al plegamiento de los C alfa
-Se mantiene gracias a los puentes de H que se establecen entre los grupos N-H y C=O (de distintos enlaces peptídicos)
3. La estructura de las proteínas
3.3. La estructura terciaria
Estructura terciaria:
Disposición que adopta la estructura secundaria en el espacio
Conformación: configuración tridimensional de toda la molécula.
Tipos de conformación:
3. La estructura de las proteínas
3.3. La estructura terciaria
Estructura terciaria:
La forma se mantiene gracias a diferentes enlaces. Ejemplos:
3. La estructura de las proteínas
3.4. La estructura cuaternaria
Estructura cuaternaria:
Solo se presenta en las proteínas que están formadas por varias cadenas polipeptídicas.
Formada por subunidades o protómeros que pueden ser = o diferentes.
Enlaces similares a estructura terciaria.
Ejemplo: hemoglobina.
3. La estructura de las proteínas
4. Propiedades y funciones de las proteínas
4.1. Las propiedades de las proteínas
Comportamiento químico → Anfóteras (ácido/base).
Solubilidad → Proteínas fibrosas son insolubles en agua y solubles en disolventes apolares.
Las globulares son solubles en ambas pero por su elevado peso presentan dispersiones coloidales.
La especificidad → Propias dentro de una especie e incluso entre individuos (rechazos transfusiones).
Proteínas homólogas: = función en organismos diferentes. Sirven para ver el parentesco evolutivo.
La desnaturalización → Pierde su configuración espacial característica, por lo que pierde sus propiedades. Condiciones desfavorables (pH, tª, etc).
Factores poco intensos: Renaturalización.
4. Propiedades y funciones de las proteínas
4.2. Las funciones de las proteínas
1. Función estructural
4. Propiedades y funciones de las proteínas
4.2. Las funciones de las proteínas
2. Función de transporte
4. Propiedades y funciones de las proteínas
4.2. Las funciones de las proteínas
3. Función de reserva (de aminoácidos)
4. Propiedades y funciones de las proteínas
4.2. Las funciones de las proteínas
4. Función homeostática
Amortiguadores del pH (carácter anfótero)
5. Función defensiva y protectora
4. Propiedades y funciones de las proteínas
4.2. Las funciones de las proteínas
6. Función hormonal
7. Función contráctil
8. Función catalizadora
5. La clasificación de las proteínas
Grupo prostético. Parte no proteica de las heteroproteínas, que se une de forma permanente a ella mediante enlaces covalentes.
5. La clasificación de las proteínas
5.1. Las holoproteínas
Formadas sólo por aminoácidos
Globulares Solubles en agua; con gran actividad biológica | Albúminas Globulinas Histonas |
Fibrosas Insolubles en agua; función estructural | Colágeno Queratina Elastina Miosina y actina |
5. La clasificación de las proteínas
5.1. Las holoproteínas
Globulares Solubles en agua; con gran actividad biológica | Albúminas → Transporte de moléculas y reserva aa Seroalbúmina, ovoalbúmina, lactoalbúmina... Globulinas → Coagulación, Hígado, Inmunidad Seroglobulinas, lactoglobulina, ovoglobulina... Histonas y protaminas → ADN (forman cromatina) |
5. La clasificación de las proteínas
5.1. Las holoproteínas
Fibrosas Insolubles en agua; función estructural | Colágeno → Tejidos conjuntivos, cartilaginosos y óseos Queratina → Rica en cisteína. En células epidérmicas Elastina → Paredes de órganos deformables Miosina y actina → Tienen forma fibrosa y forma globular. Contracción muscular |
5. La clasificación de las proteínas
5.2. Las heteroproteínas
Formadas por aminoácidos y otros compuestos (Grupo Prostético)
Heteroproteína | Grupo prostético | Ejemplos |
Glucoproteínas | Glúcido | Fibrinógeno, inmunoglobulinas, gonadotropinas, mucoproteínas y algunas enzimas |
Lipoproteínas | Lípido | VLDL, LDL y HDL |
Fosfoproteínas | Ácido Fosfórico | Caseína y vitelina. |
Nucleoproteínas | Ácido Nucléico | Telomerasa y protamina. |
Cromoproteínas (Pigmentos) | Molécula coloreada (=) Porfirina u otros | Porfirínicas → Hemoglobina, Mioglobina, Citocromos No porfirínicas → Hemocianina |
5. La clasificación de las proteínas
5.2. Las heteroproteínas
6. Los enzimas y su mecanismo de acción
6.1. Características generales
Catálisis → Proceso de aceleración de una reacción por efecto de un catalizador
Las enzimas son catalizadores de los sistemas biológicos → Biocatalizadores
Moléculas de alta especificidad → para la reacción catalizada y para las moléculas sobre las que actúan.
Moléculas que reaccionan son los sustratos
Sustancias formadas son los productos
6. Los enzimas y su mecanismo de acción
6.2. La naturaleza de los enzimas
Son proteínas globulares con pesos entre 12.000 y 1.000.000 de unidades
6. Los enzimas y su mecanismo de acción
6.2. Nomenclatura y clasificación de enzimas
Algunos acabados en -asa (tienen relación con el sustrato o el tipo de reaccion) → ureasa (sustrato urea) o hidrolasas (ruptura de enlace con intervención del agua)
Otros términaciones pueden ser -ina→ tripsina, pepsina...
Hidrolasas (agua) | Hidrólisis de enlaces → lipasas (éster), tripsina y pepsina (peptídico) |
Liasas o sintasas | Adición/Separación de grupos funcionales (sin agua) → Sin gasto de ATP |
Transferasas | Transferencia de grupos funcionales → quinasas (grupos fosfato) |
Isomerasas | Reacciones isomerización |
Oxidorreductasas | Reacciones de oxidación-reducción → oxidasas, peroxidasas... |
Sintetasas o ligasas | Unión de dos sustratos (con gasto de ATP) |
6. Los enzimas y su mecanismo de acción
6.3. El mecanismo de acción
Energía de activación: Energía mínima necesaria para romper unos enlaces y formar otros nuevos (energía mínima para que suceda la reacción).
Los enzimas disminuyen la energía de activación.
Complejo activado: Moléculas reaccionantes en las que los enlaces han empezado a cambiar.
No afectan a la concentración de los productos obtenidos, solo a la velocidad.
6. Los enzimas y su mecanismo de acción
6.3. El mecanismo de acción
La unión sucede en una parte de la molécula del enzima, con número reducido de aa (CENTRO ACTIVO)
6. Los enzimas y su mecanismo de acción
6.3. El mecanismo de acción
CENTRO ACTIVO:
Aminoácidos:
6. Los enzimas y su mecanismo de acción
6.3. El mecanismo de acción
ESPECIFICIDAD: se da a dos niveles
6. Los enzimas y su mecanismo de acción
6.3. El mecanismo de acción
MODELO LLAVE-CERRADURA O MODELO DE AJUSTE INDUCIDO
7. La cinética enzimática
Cinética enzimática estudia la velocidad de las reacciones, y se ve afectada por la concentración de sustrato, el pH, la temperatura y los inhibidores.
7. La cinética enzimática
7.1. Influencia de la concentración de sustrato
A mayor concentración de sustrato, aumenta la velocidad de la reacción.
Hasta llegar a un punto máximo donde se mantiene constante
7. La cinética enzimática
7.1. V max y Km
Ecuación de Michaelis-Menten
V0 = Velocidad de la reacción
Vmax = Velocidad máxima que puede alcanzar la reacción
Km = nos indica la concentración de sustrato a la cuál la velocidad de reacción es la mitad de la velocidad máxima. Es una medida de la afinidad del enzima a su sustrato.
[S] = Concentración de sustrato
Cuando V0 = Vmax/2 → Km = [S]
7. La cinética enzimática
7.2. Influencia del pH
Cada enzima tiene un pH óptimo para el que su actividad es máxima.
Con pequeñas variaciones se alteran las cargas del centro activo y del sustrato.
Con grandes variaciones la enzima se desnaturaliza.
7. La cinética enzimática
7.3. Influencia de la temperatura
Un incremento de la temperatura aumenta la velocidad.
Se duplica cada subida de 10ºC hasta los 40ºC, cuando empieza a producirse la desnaturalización.
7. La cinética enzimática
7.4. Efecto de los inhibidores
Inhibidores → Sustancias químicas que disminuyen o bloquean la actividad de los enzimas.
Tipos:
De estos hay dos tipos:
Inhibición competitiva
Inhibición no competitiva
7. La cinética enzimática
7.4. Efecto de los inhibidores
Gráfica de Michaelis-Menten para una actividad enzimática normal, una con un inhibidor competitivo y otra con un inhibidor no competitivo.
7. La cinética enzimática
7.4. Efecto de los inhibidores
8. La regulación de la acción enzimática
8.1. Los enzimas se organizan en grupos
Grupos de enzimas actúan secuencialmente, formando una cadena que lleva a cabo un proceso metabólico.
RUTAS METABÓLICAS
El producto de la reacción del primer enzima se convierte en el sustrato del siguiente.
8. La regulación de la acción enzimática
8.2. La célula regula la acción enzimática
Enzima regulador que establece la velocidad de la secuencia.
Suele ser el primero de la secuencia
Dos formas:
Modificación por modificación covalente (fosforilación-desfosforilación)
8. La regulación de la acción enzimática
8.3. Los enzimas alostéricos
Enzimas alostéricos:
Sitio alostérico es específico para cada modulador (inhibidor o activador).
Cada enzima puede tener más de un modulador.
9. Las vitaminas
9.1. Concepto y funciones de las vitaminas
Las vitaminas son micronutrientes y la mayoría de ellas no las podemos sintetizar.
Tienen funciones catalíticas (actúan como coenzimas*) y tienen funciones metabólicas en las rutas de transformación de macronutrientes.
*Coenzima: cofactor orgánico de unión débil.
9. Las vitaminas
9.2. La clasificación de vitaminas
Recuerda
Vitamina D: lípido no saponificable, esteroide derivado del colesterol.
Vitaminas A,E y K: lípidos no saponificables, isoprenoides, derivados del isopreno.
9. Las vitaminas
9.El exceso o el defecto de vitaminas
HIDROSOLUBLES
Vitamina C → Escorbuto
Ácido Fólico (B9)→ Anemia, espina bífida
Tiamina (B1) → Beriberi («no puedo») Fatiga intensa.
LIPOSOLUBLES
Vitamina A 🡪 ceguera nocturna (ver muy mal de noche) – retraso en el crecimiento.
Vitamina D 🡪 raquitismo
Vitamina E 🡪 Anemia
Vitamina K 🡪 Deficiente coagulación
Efecto tóxico debido a la dificultad de su eliminación (liposolubles)
Ejercicios selectivo
Describa los distintos niveles estructurales de las proteínas indicando los tipos de enlaces, interacciones y fuerzas que las estabilizan [1,5].
Explique en qué consiste la desnaturalización y la renaturalización de las proteínas [0,5].
Ejercicios selectivo
Estructura primaria: secuencia lineal y ordenada de aminoácidos unidos mediante enlaces peptídicos.
Estructura secundaria: la estructura primaria se pliega en el espacio, estableciéndose puentes de hidrógeno en el esqueleto de la propia cadena polipeptídica.
Estructura terciaria: la estructura secundaria sufre plegamientos en el espacio. Se establecen puentes de hidrógeno, interacciones electrostáticas, interacciones hidrofóbicas, puentes disulfuro y fuerzas de Van der Waals entre los radicales de la propia cadena polipeptídica.
Estructura cuaternaria: unión de dos o más cadenas peptídicas con estructura terciaria. Se establecen puentes de hidrógeno, interacciones electrostáticas, hidrofóbicas y fuerzas de Van der Waals entre los radicales de las distintas cadenas polipeptídicas.
La desnaturalización es la pérdida de la estructura nativa de una proteína y como consecuencia la pérdida de su funcionalidad. La renaturalización es la recuperación de la estructura nativa de la proteína y de su funcionalidad
Ejercicios selectivo
El colágeno es una proteína de aspecto blanquecino que forma parte de estructuras resistentes como los tendones. Al hervir el colágeno se obtiene gelatina que es una sustancia muy blanda.
Explique razonadamente la causa de este cambio [1].
Ejercicios selectivo
El cambio lo produce la desnaturalización de la proteína colágeno (por el aumento de la temperatura), es decir, la pérdida de su estructura nativa.
Ejercicios selectivo
A la vista de la gráfica, conteste a las siguientes cuestiones:
a).- Explique qué representa esta gráfica [0,3]. Indique los valores aproximados de pH para los cuales dos enzimas tienen la misma velocidad de reacción [0,4]. Para valores de máxima acidez, ¿cuál es el enzima con mayor actividad catalítica? [0,3].
b).- Si el pH de la sangre fuera 7,5, indique qué enzimas podrían presentar actividad catalítica en el plasma sanguíneo [0,4]. Explique el comportamiento de cada enzima en función del pH [0,6].
Ejercicios selectivo
a).- Efecto del pH sobre la actividad enzimática
Valores de pH: pepsina/papaína (entre 5 y 5,5); pepsina/fosfatasa (entre 5,5 y 6); fosfatasa/papaína (entre 6 y 6,5 y alrededor de 10,5),
la Pepsina
b).- Fosfatasa y papaína
Comportamiento de cada enzima