Proteínas: Estructura tridimensional y función

En el tema de   los aminoácidos y la estructura primaria de las proteínas    se planteó que es posible describir a una proteína como una cadena de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos en una secuencia específica.Sin embargo, las cadenas polipeptídicas no sólo son lineales sino que también están dobladas en formas compactas que contienen espirales, regiones en zigzag, giros y asas.

Una conformación es un ordenamiento espacial de átomos que depende de la rotación de uno o varios enlaces. La conformación de una molécula, como la de una proteína, puede cambiar sin que los enlaces covalentes se rompan, mientras que las diversas configuraciones de una molécula sólo se pueden cambiar si se rompen y vuelven a unir enlaces covalentes. (Recuérdese que las formas L y D de los aminoácidos representan configuraciones diferentes). Ya que cada residuo de aminoácido tiene varias conformaciones posibles y dado que hay numerosos residuos en una proteína, cada proteína ofrece una cantidad astronómica de configuraciones potenciales. Una proteína puede ser una sola cadena polipeptídica o puede estar formada por varias de esas cadenas unidas entre sí por interacciones débiles.

El estudio de grandes conjuntos de proteínas, como el de todo el complemento de proteínas producidas por una célula, es parte de un campo emergente llamado proteómica. Las proteínas tienen diversas formas. Muchas son macromoléculas aproximadamente esféricas, hidrosolubles y compactas cuyas cadenas polipeptídicas están dobladas de manera apretada. Esas proteínas globulares tienen un interior hidrofóbico y una superficie hidrofílica, en forma característica. Poseen penetraciones o fisuras que reconocen en forma específica a otros compuestos y se unen a ellos en forma transitoria.

Hay cuatro niveles de estructura de las proteínas

Niveles estructurales de proteínas. a) La

secuencia lineal de aminoácidos define la estructura primaria. b) La estructura secundaria consiste en regiones de conformaciones repetitivas periódicas de la cadena de péptidos,como hélices a y láminas b. c) La estructura terciaria describe la forma de la cadena de polipéptidos totalmente plegada.El ejemplo que se muestra tiene dos dominios.d) La estructura cuaternaria se refiere al ordenamiento de dos o más cadenas de polipéptido en una molécula de subunidades múltiples.

Plegado de proteínas y estabilidad

Se cree que a medida que una proteína se pliega, el primer par de interacciones inicia otras interacciones que contribuyen al alineamiento de grupos. Este proceso se llama cooperativida de plegamiento y representa el fenómeno por el que la formación de una parte de una estructura causa la formación de las partes restantes. Conforme la proteína inicia su plegamiento adopta energías cada vez menores y comienza a caer en el pozo de energía El plegado y la estabilización de las proteínas dependen de varias fuerzas no covalentes, como el efecto hidrofóbico, los puentes de hidrógeno, las interacciones de van der Waals y las interacciones entre cargas. Aunque las interacciones no covalentes son débiles en lo individual, en lo colectivo determinan la estabilidad de las conformaciones nativas de las proteínas. 

La debilidad de cada interacción no covalente suministra la elasticidad y flexibilidad necesarias para que las proteínas sufran cambios pequeños de conformación. (Los puentes de disulfuro covalentes también contribuyen a la estabilidad de ciertas proteínas.)

En el resto de esta sección se examinan las fuerzas que estabilizan la estructura de las proteínas y el papel de los chaperones en el plegamiento de las proteínas.

A. El efecto hidrofóbico

Las proteínas son más estables en agua cuando sus cadenas laterales hidrofóbicas se agrupan en el interior de la proteína y no quedan expuestas al medio acuoso en la superficie.Como las moléculas de agua interaccionan con más fuerza entre sí que con las cadenas laterales no polares de una proteína, estas cadenas son impulsadas a vincularse entre sí, lo cual determina que la cadena polipeptídica se colapse y forme un glóbulo fundido más compacto.

B. Puentes de hidrógeno

Los puentes de hidrógeno contribuyen a la cooperatividad del plegamiento y ayudan a estabilizar las conformaciones nativas de las proteínas. Los primeros puentes de hidrógeno son los que se forman en las hélices a, las láminas b y los giros, y forman regiones definidas de la estructura secundaria. La estructura nativa final contiene también puentes de hidrógeno entre la columna vertebral del polipéptido y el agua, entre aquélla y las cadenas laterales polares, entre dos cadenas laterales polares y entre éstas y el agua.

C. Interacciones de van der Waals e interacciones entre cargas. Los contactos de van der Waals entre cadenas laterales no polares también contribuyen a la estabilidad de las proteínas. Es difícil determinar el grado de estabilización debido a interacciones optimizadas de van der Waals.

D. Los chaperones moleculares colaboran en el plegamiento de las proteínas

Los chaperones aumentan la velocidad de plegamiento correcto de algunas proteínas al unir polipéptidos recién sintetizados antes que se doblen por completo. Evitan la formación de intermediarios mal doblados que puedan atrapar al polipéptido en una forma aberrante. También los chaperones pueden unirse a subunidades de proteína sin ensamblar para evitar que se agreguen en forma incorrecta y se precipiten antes de ser ensambladas para formar una proteína completa de múltiples subunidades.

Estructuras de la mioglobina y la hemoglobina

Como la mayor parte de las proteínas, la mioglobina (Mb) y la hemoglobina (Hb), una proteína relacionada, desempeñan sus funciones biológicas al unirse en forma selectiva y reversible a otras moléculas —en este caso, al oxígeno molecular (O2). La mioglobina es una proteína monomérica relativamente pequeña que facilita la difusión del oxígeno en los vertebrados. Es la responsable de suministrar oxígeno a los tejidos musculares en los reptiles, aves y mamíferos. La hemoglobina es una proteína tetramérica mayor que transporta el oxígeno en la sangre.

La colágena, una proteína fibrosa

Es por eso que en el caso de medicamentos proteicos, la 

industria farmacéutica ha optado por el camino de la

 ingeniería genética o metodología del ADN recombinante.

Pure Whey Hydro de AMIX NUTRITION es una proteína enzimática hidrolizada desarrollada para atletas profesionales por su alto valor biológico y su completo espectro de aminoácidos. En esta proteína se ha utilizado el sistema de hidrólisis con aminoácidos péptidos, bipeptidos y tripeptidos que acortan enormemente el tiempo de absorción de la proteína de suero.

Pure Whey Hydro contiene un volumen muy importante de aminoácidos ramificadosBCAA's y Glutamina dos componentes muy importantes que protegen la masa muscular de su destrucción durante los entrenamientos intensos y los proveen de la energía necesaria lo cual es muy importante para acortar el tiempo de recuperación después del entrenamiento físico intenso.

Beneficios de Pure Whey Hydro:

• Excelente calidad nutricional y excelente solubilidad.

• Libre de lactosa y grasas.

• No requiere de energía para la digestión.

• Optimiza la recuperación muscular.

• Aumenta los niveles de IGF-1 en el hígado en un 30% más que cualquier otra proteína.

• Muy alta en BCAA's y Glutamina.

Formato:

Bote de 1 kg

Sabores:

Manzana verde-Canela, Fruit Punch y Lima-Vainilla

Modo de empleo:

Tomar 1 cazo con 200-250 ml de agua o leche baja en grasa.

Recomendable tomar justo después del entrenamiento físico y otra dosis igual antes de dormir.

Información Nutricional:

fármaco 2 

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Platinum 100% Casein utiliza micelas de caseína ultra puras, en un proceso al frío de microfiltado, y es formulada con un proceso que utiliza tecnología de precisión para remover la lactoza, cenizas y grasa. A diferencia de otras formulas que agregan formas inferiores de caseina, la Platinum 100% Casein entrega 24gr de la más pura forma de proteína de caseína en cada scoop. Esta fuente de proteínas contiene varios fracciones bioactivas que se conservan a través del proceso de microfiltración.

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• Alpha S2 Casein – Una fracción hidrófica de caseina micelar.
• Beta Casein – Esta fracción contiene varias funciones biológicas, y puede producir péptidos bioactivos. Además la Beta Caseina, contiene secciones hidrófilas e hidrófobas, las cuales son importantes en la interacción física de la formación de micelas.
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Los aminoácidos y la estructura primaria de las proteínas

Los aminoácidos y la estructura primaria de las proteínas

 

El estudio de las proteínas ha ocupado a los bioquímicos durante más de un siglo. Comprender las composiciones, formas tridimensionales y actividades químicas de estas biomoléculas puede ser la clave para acometer algunos de los desafíos científicos más apremiantes.

Hay muchas clases distintas de proteínas. La lista que sigue, aunque incompleta, contiene la mayor parte de las funciones biológicas importantes de las proteínas.

1. Muchas proteínas actúan como enzimas, los catalizadores bioquímicos. Las enzimas catalizan casi todas las reacciones que suceden en los organismos vivos.

2. Algunas proteínas se unen con otras moléculas para su almacenamiento y transporte. Por ejemplo, la mioglobina se enlaza con el oxígeno en las células de los músculos esquelético y cardiaco, mientras que la hemoglobina se une y transporta al O2 y al CO2 en los glóbulos rojos.

3. Algunas proteínas, como la tubulina, actina y colágena, proporcionan soporte y forma a las células, y en consecuencia a los tejidos y los organismos.

4. Los conjuntos de proteínas pueden efectuar trabajo mecánico, como el movimiento de flagelos, la separación de cromosomas en la mitosis y la contracción de los músculos.

5. Muchas proteínas desempeñan un papel en la descodificación de la información celular. Algunas intervienen en la traducción, mientras que otras juegan un papel en la regulación de la expresión genética al unirse a los ácidos nucleicos.

6. Algunas proteínas son hormonas que regulan las actividades bioquímicas en las células o los tejidos blancos; otras proteínas sirven como receptores de las hormonas.

7. Algunas proteínas desarrollan funciones muy especializadas. Por ejemplo, los anticuerpos defienden a los vertebrados contra infecciones bacterianas y víricas, y las toxinas, que producen algunas bacterias, matan organismos mayores.

Se dará inicio al estudio de las proteínas —que también se llaman polipéptidos—explorando las estructuras y propiedades químicas de sus aminoácidos componentes. En  también se describe la purificación, análisis y secuenciación de polipéptidos.

Los aminoácidos se llaman así porque son derivados aminados de ácidos carboxílicos. En los 20 aminoácidos comunes, los grupos amino y carboxilo están unidos al mismo átomo de carbono: el átomo de carbono a. Así, todos los aminoácidos estándar que contienen las proteínas son a-aminoácidos. Al carbono a se unen otros dos sustituyentes: un átomo de hidrógeno y una cadena lateral (R) que es única para cada aminoácido.

En 19 de los 20 aminoácidos que se usan en la biosíntesis de proteínas, el átomo de carbono a es quiral, o asimétrico, porque tiene cuatro grupos diferentes unidos a él. La excepción es la glicina, cuyo grupo R sólo es un átomo de hidrógeno (la molécula no es quiral, porque el átomo de carbono a está unida a dos átomos idénticos de hidrógeno).

Los 19 aminoácidos quirales pueden, en consecuencia, existir como estereoisómeros. Los estereoisómeros son compuestos que tienen la misma fórmula molecular, pero difieren en el orden o configuración de sus átomos en el espacio. Los dos estereoisómeros son moléculas distintas que no se pueden interconvertir con facilidad entre sí ya que un cambio de configuración requiere romper uno o más enlaces. Los estereoisómeros de aminoácidos no son imágenes especulares (es decir, imágenes en espejo) superponibles; a dichos estereoisómeros se les llama enantiómeros.

Estructuras de los 20 aminoácidos comunes

 

En la industria farmacéutica los aminoácidos son utilizados como fármacos nutricionales ,fármaco ant-ifatiga y de recuperación hepática.

Ejemplos de fármacos :la glutamina es un aminoácido

La Glutamine Powder AMIX™, glutamina 100% de grado farmacéutico, es un aminoácido considerado no esencial ya que normalmente es sintetizado en el organismo a partir de otros aminoácidos. La glutamina es uno de los aminoácidos mas abundantes en la masa muscular puede llegar hasta un 60%. Se considera un aminoácido condiciona por su gran importancia, ya que el organismo incrementa su cantidad ante situaciones como: 

· Estrés prolongado
· Entrenamientos intensos
· Recuperación de lesiones

Favorece la hidratación celular produciendo la retención de agua dentro de la célula que potencia el desarrollo de los procesos anabólicos. Reduce el catabolismoy causa una expansión del tamaño celular que mejora la producción de fuerza ya que aumenta la superficie de contacto entre las fibras que al contraerse se empujan entre si creando un impulso que mejora la transmisión de las fuerzas generadas por las fibras musculares. 

La glutamina es el aminoácido con mayor capacidad de generar glucosa y glicógeno, a nivel hepático lo cual es de gran importancia en los procesos de recuperación. También estimula la producción de hormona del crecimiento (GH) y constituye un substrato esencial para mantener la actividad antioxidante de todas las células del organismo. 

Beneficios:
 
Aumenta la recuperación muscular
Retrasa la fatiga
Aumenta la fuerza
Estimula la hormona del crecimiento
Actúa como antioxidante
Aumenta la masa muscular
Es un relente anticatabólico
 
Toma:

5 cápsulas 2 veces al día
 Formato:
Envase de 360 cápsulas

Información nutricional:

fármaco :la metionina es un aminoácido esencial .

L-Metionina de NutriOne Nutrition & Health contiene 500 mg del aminoácido esencial L-metionina por cápsula, un aminoácido con efecto antioxidante y con efecto lipotrópico.

L-Metionina se ha diseñado con la nueva tecnología V-One caps que utiliza unas cápsulas 100% vegetales aptas para veganos y libres de gluten, trigo y lácteos.

Principales beneficios de L-Metionina de NutriOne:

- Aminoácido esencial en la alimentación humana.

- Tiene un efecto antioxidante.

- Importante efecto lipotrópico.

- Contribuye a la mejora del estado anímico.

- Disminuye la acumulación de metales pesados.

- Ayuda a evitar la acumulación del colesterol.

- Útil en el tratamiento de la depresión.

La metionina es un aminoácido azufrado y esencial en la alimentación humana. Tiene su propia vía metabólica, por la cual es capaz de formar otros compuestos de gran importancia biológica: S-adenosil-metionina (SAM), otros aminoácidos (cisteína, homocisteina, cistationina y taurina) y antioxidantes (glutatión).

La SAM se forma en el primer paso de la degradación de la metionina, por la acción de la enzima metionina adenosil-transferasa (MAT). La SAM es un importante dador de grupos metilo, necesarios para la formación de compuestos esenciales para el organismo, entre los que destacan los fosfolípidos, fosfatidilcolina y esfingomielina. Además, la SAM es indispensable para regular el metabolismo de los aminoácidos azufrados y con ello, el metabolismo de las vitaminas B12 y folato.

La metionina ayuda en la degradación de las grasas y por lo tanto previene la acumulación de grasa en las arterias, además es un agente lipotrópico, o sea una sustancia química que ayuda al hígado a procesar las grasas (lípidos). Otros agentes lipotrópicos incluyen a la colina, inositol, y betaína (trimetilglicina), todos los cuales ayudan a prevenir la acumulación de grasa en el hígado y por lo tanto asegurar el funcionamiento normal del hígado, que es esencial para la eliminación de las toxinas del organismo.

La metionina es esencial en el tratamiento de la depresión, ayuda a disminuir la acumulación de metales pesados, de colesterol. Es importante para conseguir un buen rendimiento muscular (disminuye la debilidad muscular y transporta la grasa del cuerpo hasta las células transformándola en energía).

Ionización de los aminoácidos

Las propiedades físicas de los aminoácidos reciben influencias de los estados iónicos de los grupos a-carboxilo y a-amino y de todos los grupos ionizables que haya en las cadenas laterales. Cada grupo ionizable guarda relación con un valor específico de pKa, que corresponde al pH al que son iguales las concentraciones de las formas protonada y no protonada.

Unión de aminoácidos por enlaces peptídicos en las proteínas

 La secuencia lineal de aminoácidos en una cadena polipeptídica se llama estructura primaria de una proteína. A los niveles más altos de estructura se les llaman estructura secundaria, terciaria y cuaternaria. La estructura de las proteínas se describirá con más detalle en el siguiente capítulo, pero es importante comprender los enlaces peptídicos. El enlace que se forma entre los aminoácidos es un enlace de amida y se llama enlace peptídico, o enlace de péptido. Esta unión se puede concebir como el resultado de una condensación simple del grupo carboxilo a de un aminoácido con el grupo amino a del otro.

Para describir la secuencia de residuos de aminoácidos en péptidos y polipéptidos se usan tanto las abreviaturas normales de tres letras de los aminoácidos (por ejemplo, Gly-Arg-Phe-Ala-Lys) como las abreviaturas de una letra (como GRFAK). Es importante conocer ambos sistemas de abreviatura. Los términos dipéptido, tripéptido, oligopéptido y polipéptido indican cadenas de dos, tres, varios (hasta unos 20) y muchos (por lo general más de 20) residuos de aminoácido, respectivamente. Un dipéptido contiene un enlace peptídico, un tripéptido contiene dos enlaces peptídicos, etc. Por regla general, cada cadena de péptido, sea cual fuere su longitud, posee un grupo a-amino libre y un grupo a-carboxilo libre.

La mayor parte de las cargas iónicas asociadas a una molécula de proteína se deben a las cadenas laterales de los aminoácidos componentes. Ello significa que la solubilidad y las propiedades iónicas de una proteína están determinadas en gran parte por su composición de aminoácidos. Además, las cadenas laterales de los residuos interaccionan y esas interacciones contribuyen a determinar la forma tridimensional y la estabilidad de una molécula de proteína.

                      Determinación de la secuencia de los residuos de aminoácido

El análisis de aminoácidos produce información sobre la composición de una proteína, pero no acerca de su estructura primaria (o secuencia de residuos). Pehr Edman desarrolló, en 1950, una técnica que permite extraer e identificar uno por uno los residuos del N-terminal de una proteína. El procedimiento de degradación de Edman consiste en tratar una proteína a pH 9.0 con PITC, que también se conoce como reactivo de Edman.

Cuando una proteína contiene uno o más residuos de cistina se deben romper los puentes disulfuro para permitir la liberación de los residuos de cisteína como PTH-aminoácidos, durante los ciclos adecuados de la degradación de Edman.

Procedimiento de degradación de Edman.El residuo N-terminal de una cadena polipeptídica reacciona con fenilisotiocianato y forma un feniltiocarbamoíl-péptido. Al tratar este derivado con ácido trifluoroacético (F3CCOOH) se libera un derivado de anilinotiazolinona del residuo de aminoácido N-terminal. La anilinotiazolinona se extrae y trata con ácido acuoso, con lo que el derivado se reordena y forma un derivado estable de feniltiohidantoína, que entonces se puede identificar por cromatografía. El resto de la cadena polipeptídica, cuyo nuevo residuo N-terminal se encontraba en el paso previo en la segunda posición, se sujeta al siguiente ciclo de degradación de Edman.

Estrategias de secuenciación de proteínas

La mayor parte de las proteínas contiene demasiados residuos para poder secuenciarse por completo con el proceso de degradación de Edman sólo a partir del N-terminal. Por consiguiente, se usan enzimas denominadas proteasas que catalizan selectivamente la hidrólisis de los enlaces peptídicos en las proteínas, o ciertos reactivos químicos para romper en forma selectiva algunos de los enlaces peptídicos de una proteína. Los péptidos menores que se forman se aíslan y se someten a la secuenciación por el procedimiento de degradación de Edman.

Escisión y secuenciación de un oligopéptido. a) Con tripsina se cataliza el rompimiento de péptidos en el lado carbonílico de los residuos básicos arginina y lisina. b) Con quimotripsina se cataliza el rompimiento de péptidos en el lado carbonílico de residuos sin carga, con cadenas laterales aromáticas o hidrofóbicas voluminosas, como fenilalanina, tirosina y triptófano.

c) Mediante el procedimiento de degradación de Edman se determina la secuencia de cada fragmento (indicado en los cuadros) y entonces alineando las secuencias iguales de fragmentos que se traslapan se puede determinar el orden de los fragmentos y con ello deducir la secuencia de todo el oligopéptido.

Las secuencias de polipéptidos grandes se pueden determina por rompimiento selectivo de enlaces peptídicos usando proteasas o reactivos químicos, y después la degradación Edman de los fragmentos que resulten. Una comparación de secuencias procedentes de distintas especies revela relaciones evolutivas.