SONIA CUEVAS MANTECÓN Grado en Química
CUESTIONARIO 2: PROTEÍNAS. ESTRUCTURA Y FUNCIÓN Bioquímica
Universidad de Burgos
1. Contestar a las siguientes cuestiones en relación a los niveles de estructura de las proteínas: a) ¿Dónde se producirán giros de la cadena en el polipéptido siguiente? ¿En qué posiciones se podrían formar enlaces disulfuro intracatenarios?
El aminoácido implicado en el giro es la Pro, por lo que tenemos dos giros, uno por cada prolina. En este tipo de giros solo se encuentra involucrado el aa Pro. Al producirse estos dos giros, las dos Cys que contiene la cadena, se encuentran suficientemente cerca como para formar un puente disulfuro entre ellas.
b) ¿Cuál de los siguientes péptidos es más probable que forme una hélice a? Razonar la respuesta. Hay 5 tipos de restricciones que afectan a la estabilidad de la hélice α: 1: Repulsión o atracción electrostática entre residuos de aminoácidos sucesivos con grupos R cargados. 2: El volumen de los grupos R adyacentes. 3: Las interacciones entre cadenas laterales de aminoácidos separadas 3 (ó 4) residuos. 4: La presencia de resiudos de Pro y Gly. 5: La interacción entre residuos en los extremos de la hélice α y el dipolo eléctrico.
(a) CRAGNRKIVLETY Cys-Arg-Ala-Gly-Asn-Arg-Lys-Ile-Val-Leu-Glu-Thr-Tyr Este péptido cuenta con dos aminoácidos cargados positivamente en las posiciones 2 y 3 (Arg-Ala) y con otros dos en las posiciones 6 y 7 (Arg y Lys). Estos últimos cuentan además con cadenas laterales voluminosas. Entre estos dos grupos también existen interacciones de repulsión (porque las 4 cadenas laterales están cargadas positivamente) ya que la Arg 2 y la Arg 6 se encuentran separadas 4 aa, al igual que la Ala 3 y la Lys 7. Por ese mismo motivo, entre la Arg 2 y la Arg 6 también existen impedimentos estéricos. La Lys 7 también muestra interacciones de atracción con el Glu 11(cargado negativamente). Además en la posición 4 muestra una Gly, que no suele aparecer porque es demasiado sencilla.
(b) SEDNFGAPKSIKW Ser-Glu-Asp-Asn-Phe-Gly-Ala-Pro-Lys-Ser-Ile-Lys-Trp En la posición 6 contiene una Gly en la 8 una Pro (contiene un átomo de N que forma parte de un anillo rígido y no permite la rotación alrededor del enlace N Cα formando una curvatura en la hélice α y además no puede formar enlaces por puentes de H con otros residuos ya que no contiene ningún átomo de H). Además, la Glu 2 interacciona con la Phe 5 ya que los dos tienen grupos R voluminosos. Esta Phe también interacciona estericamente con la Lys 9,
separada 4 residuos, que a su vez interacciona tanto estérica como electrostáticamente con la Lys 12, ya que se encuentran a una distancia de 3 residuos. El péptido también se encuentra desestabilizado por los impedimentos estéricos presentes entre las cadenas de la Lys 12 y el Trp 13.
(c) QKASVEMAVRNSG Gln-Lys-Ala-Ser-Val-Glu-Met-Ala-Val-Arg-Asn-Ser-Gly Esta cadena cuenta con una Gly en su extremo carboxilo. Existen impedimentos estéricos entre Gln 1 y Lys 2. Esta Lys también interacciona tanto estérica como electrostáticamente con el aminoácido separado 4 residuos Glu 6. El Glu 6 interacciona con la Met 7 ya que ambos tienen cadenas laterales voluminosas y ambos presentan impedimentos estéricos con la Arg 10 ya que la separación Glu 6-Arg 10 es de 4 residuos y la de Met 7-Arg 10 es de 3 residuos. Además, entre el Glu 6 y la Arg 10 también existe atracción de las cadenas laterales ya que el Glu 6 tiene una cadena lateral cargada negativamente y la de la Arg 10 está cargada positivamente. Tras el estudio de los tres péptidos concluyo que la cadena más estable será la c.
c) ¿Cuáles de los siguientes hechos estabilizan la estructura terciaria de las proteínas globulares? Entre las fuerzas que estabilizan esta estructura se encuentran las siguientes: -puentes de hidrógeno (C=O-----HN) -enlaces disulfuro (-S--S-) -puentes salinos (COO- NH3+) -interacciones dipolo-dipolo -interacciones hidrofóbicas -coordinación metálica
i. ii.
iii. iv.
Enlaces de hidrógeno entre serinas e histidinas de vueltas adyacentes Atracciones iónicas entre los grupos R del ácido aspártico y del ácido glutámico (ambos aa contienen grupos R cagados negativamente, por lo que existe entre ellos son repulsiones) Interacciones hidrófobas entre la fenilanlanina y el triptófano. Enlaces disulfuro transversales entre residuos de metionina. (los puentes disulfuro se forman entre Cys)
2. El tubo digestivo de la larva de la polilla de la ropa es un medioambiente fuertemente reductor. ¿Por qué esto es beneficioso para la larva? Las α-queratinas son proteínas que han evolucionado para poder soportar esfuerzos mecánicos. Estas proteínas se encuentran de forma mayoritaria en cabello, uñas, garras, cañones de las plumas, lanas… La α-queratina es rica en residuos de Cys, que forman enlaces disulfuro que entrecruzan cadenas polipeptídicas adyacentes. Esto explica la falta de solubilidad de la α-queratina y su resistencia a estiramientos. La insolubilidad de la α-queratina evita que la mayoría de los animales la digieran. Sin embargo, las larvas de la polilla de la ropa, que tienen
una alta concentración de mercaptanos en su tubo digestivo, pueden hacer esto, puediendo así llevar a cabo su alimentación a base de prendas de lana.-
3. Se ha medido la unión del oxígeno a la hemocianina de la gamba Callianassa. La tabla recoge los resultados experimentales obtenidos.
(a) Representar estos datos para obtener una curva de unión de oxígeno. De acuerdo con el aspecto de la curva obtenida indicar si es cooperativa o no la unión del oxígeno.
Union al Oxígeno 1 0,9 0,8 0,7 0,6 θ0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0
100
200
300
400
500
600
700
800
pO2
La curva muestra un aspecto sigmoideo, lo que indica que la unión de oxígeno es cooperativa.
(b) Hacer una representación de Hill con estos datos. ¿Muestra la representación de Hill algún indicio de existencia de cooperatividad? ¿Cuánto vale el coeficiente de Hill? ¿A qué presión parcial de oxígeno se semisatura esta proteína? La presión parcial de oxígeno a la que se semisatura la proteína es algo superior a 123.3 mmHg (marcado en verde claro en la tabla), ya que es la presión a la que la proteína se encuentra saturada al 50% aproximadamente, es decir, es la presión a la que la mitad de los sitios de fijación a ligando se encuentran ocupados.
pO2 (mmHg)
1,1 7,7 10,7 31,7 71,9 100,5 123,3 136,7 166,8 203,2 262,2 327 452 736,7
θ
saturación%
0,003 0,019 0,035 0,084 0,19 0,329 0,487 0,557 0,673 0,734 0,794 0,834 0,875 0,913
1-θ
0,3 1,9 3,5 8,4 19 32,9 48,7 55,7 67,3 73,4 79,4 83,4 87,5 91,3
0,997 0,981 0,965 0,916 0,81 0,671 0,513 0,443 0,327 0,266 0,206 0,166 0,125 0,087
θ/(1-θ)
log θ/(1-θ)
0,00301 0,01937 0,03627 0,09170 0,23457 0,49031 0,94932 1,25734 2,05810 2,75940 3,85437 5,02410 7,00000 10,49425
-2,52157 -1,71292 -1,44046 -1,03762 -0,62973 -0,30953 -0,02259 0,09945 0,31347 0,44081 0,58595 0,70106 0,84510 1,02095
logpO2
0,04139 0,88649 1,02938 1,50106 1,85673 2,00217 2,09096 2,13577 2,22220 2,30792 2,41863 2,51455 2,65514 2,86729
Representación de Hill 1,5 1 0,5 ) θ -
-0,5
1 ( / θ g o l
0 0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
-1
-1,5 -2 -2,5 -3
logpO2
La gráfica obtenida parece tener una forma similar a la obtenida para uniones cooperativas. Para conocer la existencia real de cooperatividad, trazaremos una recta a los puntos próximos a log θ/(1-θ)=0.
Ampliación representación de Hill 0,4 y = 2,8287x - 5,9561 R² = 0,9945
0,3 0,2 ) θ
0,1
1 ( / θ
0
-
g o l
-0,1
1,95
2
2,05
2,1
2,15
2,2
2,25
-0,2 -0,3 -0,4
logpO2
La pendiente obtenida (coeficiente de Hill), indica que la unión es cooperativa, ya que es mayor que 1. El valor de este coeficiente es nH=2.8287, una cooperatividad bastante fuerte. 4. El pH isoeléctrio de la hemoglobina de un individuo normal (HbA) es 6,9 y con anemia falciforme (HbS) es 7,1. A qué pH se ha realizado la electroforesis señalada al margen y qué manchas corresponden a HbA y HbS. Explicar a qué se debe las diferencias en los pI de HbA y HbS.
Las propiedades alteradas de la hemoglobina S, entre las que se encuentra el cambio del pI, son el resultado de la sustitución de una Val en lugar de un Glu en la posición 6 de las dos cadenas β. El grupo R de la Val no posee carga eléctrica, mientras que el Glu tiene una carga negativa a pH 7,4. Por lo que la hemoglobina S tiene dos cargas negativas menos que la hemoglobina A, una por cada cadena β. La electroforesis ha sido realizad a pH=7, ya que a este pH HbA empieza a mostrar una carga negativa, por lo que se desplazará hacia el polo positivo, mientras que HbS aún cuenta con carga positiva, por lo que va a desplazarse hacia el polo negativo.
