Equilibrio ácido-base y estructura de proteínas

Tampones al pH fisiológico:

➢ En el citoplasma de las células (pH 6,9 a 7,4): Iones fosfato e histidina, proteínas, péptidos, lípidos, ácidos nucleicos, y moléculas orgánicas pequeñas.

➢ En la sangre (pH 7,4): Bicarbonato / ác. Carbónico, y proteínas-péptidos.

➢ En la orina (pH 5,5 a 7,0): Amonio

Transtornos equilibrio ác-base:

Acidosis: Resp) Enfermedad obstructiva crónica de vías resp., parada cardíaca

Baja en pH sanguíneo

↑ en la presión parcial de CO2

↓ en la [bicarbonato]

(metabólica) ↑ H+ DM, acido láctico, falla renal, diarrea, pérdida de HCO3 

Alcalosis: Resp) hiperventilación, anemia, intoxicación por salicitato

↓ en Presión parcial de CO2

↑ [bicarbonato]

(metabólica) ↓ H+, Vómitos, aspiracion nasograstrica, hipopotasemia, admnistracion intravenos de HCO3

AminoAcidos

La prolina es la única excepción, posee un grupo amino secundario, es un alfa-iminoácido.

Caracteristicas

-Presentan 2 a 3 grupos ionizables.

-Varían en estructura, tamaño y carga eléctrica debido a la cadena lateral R.

-R varía en estructura, tamaño y carga eléctrica.

-R define la solubilidad en H2O

Clasificación: – Óptica (carbono quiral). – Polaridad de la cadena lateral (-R). – Esencialidad.

  • No polar/alifático : R sin carga, baja rx. Poseen cadenas hidrocabonatadas (apolares), excepto glicina. En prote. globulares están al interior de la estructura (como micelas)
  • Aromático : No polares x anillo de hidrocarburos, Tirosina es hidrofílica (por grupo OH). absorve radiacion UV
  • Polar sin carga: Hidrofílicos
  • Polar con carga +: Hidrofílicos
  • Polar con carga -: hidrofilicos, proveen a las proteínas de superficies anionicas de cationes

Enlace peptídico

➢ Rígido y plano (ángulos de rotación restringidos).

➢ Configuración trans.

➢ Polar sin carga.

➢ Presenta características de doble enlace parcial (resonancia).

Las proteínas conjugadas

consisten en proteínas simples combinadas con algún componente no proteico.

➢ Los grupos no proteicos se llaman grupos prostéticos.

➢ Ejemplos: glicoproteínas , lipoproteínas , metaloproteínas

Estructura Proteínas:

Primaria : La función de una proteína depende de su secuencia de aminoácidos.

Es el número, naturaleza y secuencia de los aminoácidos en la cadena peptídica. Hay tmb enlaces de disulfuto

Secundarias: 

Hay P. de H en enlaces peptídicos

➢ Hélice alfa (α)

se enrrolla, Los grupos R se ubican hacia el lado externo de la hélice.(intracatenarias). Se estabiliza x puentes de H entre grupo N-H con C-O

Una Vuelta = 3.6 Residuos = 5.4 Å 7 puentes de hidrógeno por vuelta

Cada Aa (n) forma 2 puentes de hidrógeno con su enlace peptídico y el enlace peptídico del Aa en (n+4) y en (n-4).

Desestabilizan

✓ Aa con la misma carga (lisina, arginina, glutamato, etc).

✓ El tamaño y cercanía de residuos muy voluminosos (Asn, Ser, Thr, Cys).

✓ Prolina introduce una desviación e interrumpe la hélice-α.

La alanina muestra mayor tendencia a formar estructura hélice α

➢ Hojas o conformación beta (β).

zigzag

grupos R sobresalen de la estructura en direcciones opuestas y alternantes.(bajo o sobre el plano)

Se forman puentes de hidrogeno intercatenarios entre los enlaces péptidicos de las cadenas polipeptídicas adyacentes.

No existen puentes de hidrogenos intracadena.

  • Paralelo: Dirección de cadenas identica
  • Antiparelelo: Dirección de las cadenas opuestas
  • Estabilizan la estructura β

✓ Puente de hidrógeno entre el H unido al N de un enlace peptídico y el O del grupo carbonilo de un enlace peptídico de cadenas adyacentes (principal estabilizador).

Desestabilizan la estructura β

✓ Aa con la misma carga (lisina, arginina, glutamato, etc).

✓ El tamaño y cercanía de residuos muy voluminosos (Asn, Ser, Thr, Cys).

➢ Giro o bucles β.:

por tramos rectos de estructura secundaria repetitiva, unidas por hebras que cambian bruscamente de dirección

cuatro restos sucesivos donde hay un cambio de 180º

estabilizados por puentes de hidrógeno intracatenarios.

A menudo se observan residuos de prolina y de glicina.

Estructura Terciaria

Se estabiliza por interacciones y enlaces entre grupos R de los residuos que la componen.

Puentes de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas, interacciones iónicas y puentes disulfuros.

Los puentes disulfuros pueden ser:

➢ Intracatenario (en la misma cadena).

➢ Intercatenario (distintas cadenas).

Mioglobina: proteína que une O2 en las células musculares (ballena, foca).

Cadena polipeptídica plegada en 3D. Grupos R hidrofóbicos hacia el interior de la proteína. Interior compacto (4 moléculas de H2O) característico de proteínas globulares.

Estructura cuaternaria:

Asociación tridimensional de subunidades de cadenas polipeptídicas.

Existen como dímeros (2), tetrámeros (4) u oligómeros (más 4 subunidades).

➢ Homo: sub. idénticas.

➢ Hetero: sub. diferentes. 

Hemoglobina: proteína tetramérica que se encuentra en elevada concentración en los glóbulos rojos. Cada una formada por cuatro subunidades: dos de tipo alfa y dos de tipo beta, y cada subunidad puede unir una molécula de oxígeno a través de su grupo hemo

Desnaturalización : 

se desenrollan

Cambio o variación de la estructura tridimensional y perdida de la funcionalidad biológica.

Se produce por cualquier factor que desestabilice los enlaces no covalentes que estabilizan la estructura nativa de la proteína.

pH El exceso de iones H+ y OH– en el medio cambia la distribución de cargas de los R y desestabiliza las interacciones de la proteína. Puede ser reversible en algunos casos, y en otros irreversible.

Temperatura Los aumentos de temperatura provocan un aumento de los movimientos moleculares que afectan los puentes de hidrógeno y enlaces no covalentes.

Sustancias químicas Las sustancias polares en altas concentraciones como la urea desestabilizan los puentes de hidrógeno. Los detergentes desestabilizan las interacciones hidrofóbicas.

Agentes reductores β-mercaptoetanol y ditiotreitol (DTT) reducen puentes disulfuro y desestabilizan la estructura terciaria o cuaternaria

Cofactor

: componente no proteico, termoestable y de baja masa molecular, necesario para la acción de una enzima. Generalmente de origen inorgánico.

Coenzima

: componente no proteico, termoestable y de baja masa molecular, necesario para la acción de una enzima. Generalmente de origen orgánico.

Grupo prostético

: cofactor o coenzima unido covalentemente a la enzima.

Holoenzima

: enzima catalíticamente activa unida a su cofactor o coenzima

Apoenzima

: parte proteica de la enzima sin cofactor o coenzima.

Ruptura y formación de enlaces

Catálisis General Ácido-Base Intermediarios cargados inestables pueden ser estabilizados por transferencia de H+ por moléculas distintas del H2O.

Catálisis Covalente Formación de una unión covalente transiente entre la E-S, E tiene un grupo nucleofílico X: (grupo enzima)

Catálisis Ion-Metálica Formación de una unión covalente transiente entre la E-S, E tiene como grupo nucleofílico al ion metálico.

Catalisis: Reacción química

Existen interacciones intermoleculares especificas entre aminoácidos del sitio activo y el sustrato

Sitio Activo – Residuos no esenciales. – Residuos esenciales. * Estructurales * Unión * Catalíticos

Residuos Catalíticos Aa con R químicamente activos: * Cis (SH) * Tir (OH aromático) * Ser (OH) * Lis (NH2 ) * Glu (COOH) * Arg (guanidino) * Asp (COOH) * His (imidazol)

1ª Ley termodinámica:

La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma.

Entalpía (H): contenido o cantidad de energía en el sistema de reacción (energía en forma de calor) 

Reacción Exotérmica: sistema LIBERA calor hacia los alrededores.ΔH: – 

H = HP – HR < 0

Reacción Endotérmica: sistema GANA calor desde los alrededores.ΔH: + 

H = HP – HR > 0

2ª Ley:

Si un proceso ocurre espontáneamente (por si misma) la Entropía (S) del sistema debe aumentar, y es máximo cuando el sistema se acerca al equilibrio.

Energía Libre de Gibbs (G): Máxima cantidad de energía obtenida capaz de hacer trabajo durante una reacción /energía que sobra, liberada por la rx, se puede utiliza para generar trabajo

A Tº y P constante: ΔG = ΔH – T ΔS

Si ΔG < 0 reacción espontánea, exergónica. Además de generar productos libera energía

G > 0 reacción no espontánea, endergónica. No sucede por si misma, se debe aportar energía al proceso

G = 0 no hay cambio neto, sistema en el equilibrio.

Moléculas que transfieren energía química

ATP

Fosfocreatina: es más energética que el ATP al hidrolizarse

REDOX

Reacciones donde existe movimiento de electrones desde una sustancia que cede electrones (reductor) a una sustancia que capta electrones (oxidante).

Metabolismo

Conjunto de reacciones y procesos físico-químicos que ocurren en una célula. Se divide en dos procesos conjugados:

Catabolismo: ➢ Conjunto de vías degradativas. ➢ Oxidativo. ➢ Se obtiene energía. ➢ Convergente.

Anabolismo: ➢ Conjunto de vías biosintéticas. ➢ Es reductivo. ➢ Se requiere energía. ➢ Divergente.

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