3.2 CONFORMACION

La información sobre la conformación está disponible Mediante el análisis cristalográfico por rayos X de Cristales de proteínas y midiendo la distancia (\ Leq 30 nm) entre los protones seleccionados del péptido (NHi - NHi + 1, NHi + 1 - CαHi, NHi + 1 - CβHi, CαHi-CαHi + 1, CαHi-CβH) mediante RMN de H Espectroscopia en solución. Esto supone que, en Muchos casos, la conformación de la proteína en Forma cristalina es similar a la de la proteína en solución. Como ejemplo, el electrón calculado Densidad de 2,5-dioxopiperazina Basados ​​en diversos grados de resolución son Presentado en la Fig. 1.14. Los átomos individuales son Bien revelado a 0,11 nm. Tal resolución No se ha logrado con proteínas. De confianza Localización del átomo de Cα de la cadena peptídica Requiere una resolución de menos de 0,3 nm.

1.4.2.1 Cadenas peptídicas extendidas

Análisis estructural de rayos X y otras medidas físicas De una cadena de péptidos completamente extendida Las longitudes y ángulos de los enlaces (ver la "bola Y palo "en la Fig. 1.15). El péptido Bond tiene carácter de enlace doble parcial (40%) Con π electrones compartidos entre el C? O ¿y C? N. La energía de resonancia es 83,6 kJ / mol:

Normalmente, el enlace tiene una configuración trans, i. mi.

El oxígeno del grupo carbonilo y el hidrógeno Del grupo NH están en la posición trans; Una configuración cis que tiene 8 kJ mol-1 más Energía sólo se produce en casos excepcionales (por ejemplo, en Pequeños péptidos cíclicos o en proteínas antes de prolina Residuos).

Así, en la ribonucleasa A, dos enlaces X-Pro Tienen trans-conformación (Pro-42 y Pro- 117), y dos tienen conformación cis (Pro-93 Y Pro - 114). El equilibrio entre el Dos isómeros son catalizados por enzimas específicas (Peptidil-prolil-cis / trans-isomerasas).

Esto acelera el plegado de un péptido (Véase 1.4.2.3.2), que en términos de La biosíntesis se produce inicialmente en toda transconformación. Seis átomos de los enlaces peptídicos, Cαi , C \ I, Oi, Ni + 1, Cα i + 1 y Hi + 1, se encuentran en un plano (véase la figura 1.16).

Para un enlace trans-péptido, ωi es 180◦. La posición De dos planos vecinos está determinada por la Valor numérico de los ángulos ψi (enlace de rotación Entre un carbono carbonilo y un carbono α) y Φi (enlace de rotación entre una amida-N y una Α-carbono). Para una cadena peptídica extendida, ψi = 180◦ y φi = 180◦. La posición de cadenas laterales También puede describirse por una serie de ángulos χ1-n yo .

1.4.2.2 Estructura secundaria

(Elementos estructurales regulares) La estructura primaria da la secuencia de Aminoácidos en una cadena proteica mientras que la secundaria Estructura revela la disposición de los Cadena en el espacio. Las cadenas peptídicas no están Una forma extendida o desplegada (ψi, φi = 180◦).

Se puede demostrar con modelos que ψi y φi, A una distancia mínima permisible entre Átomos que no se unen (Tabla 1.20), puede asumir Sólo ángulos particulares. La figura 1.17 presenta la Tolerables para los aminoácidos distintos de los Glicina (R = H). El rango es más amplio para la glicina (R = H). La Figura 1.18 demuestra que la mayoría De 13 proteínas diferentes con un total de aproximadamente Se han mostrado 2500 residuos de aminoácidos Empíricamente para tener valores de pares ψ, φ dentro deEl rango permitido. Cuando una multitud de Igual ψ, φ-pares se produce consecutivamente en un péptido Cadena, la cadena adquiere una estructura estructural elementos. Los tipos de elementos estructurales Se recopilan en la Tabla 1.21.

1.4.2.2.1 \ beta – Hoja

 Tres elementos estructurales regulares (hoja plisada Estructuras) tienen valores en el rango de Φ = -120 ◦C y ψ = +120 ◦C. El péptido Cadena siempre se pliega ligeramente sobre el átomo de Cα (Véase la figura 1.19), por lo que las cadenas laterales R se extienden Perpendicularmente al eje de extensión de la cadena, yo. mi. Las cadenas laterales cambian alternativamente sus proyecciones De + z a -z. Tal estructura plisada es Estabilizado cuando más cadenas están presentes. Posteriormente, las cadenas adyacentes interactúan Eje x por enlace de hidrógeno, proporcionando así el Reticulación necesaria para la estabilidad. Cuando está adyacente Las cadenas funcionan en la misma dirección, el péptido Las cadenas son paralelas. Esto proporciona un estabilizado, Planar, estructura de hoja paralela. Cuando las cadenas En direcciones opuestas, un plano, antiparalelo La estructura de la hoja está estabilizada (Fig. 1.20). los Energía libre más baja, estructuras de chapa Que los ejes principales de las cadenas vecinas Están dispuestos en un ángulo de 25 ° C (Fig. 1.21), son Más comunes que las estructuras planas de hojas.

Las estructuras β también pueden considerarse como Hélice con una continuación de 2 residuos por vuelta. Con la prolina, la formación de una estructura β no es posible.

1.4.2.2.2 Estructuras Helicoidales

Hay tres elementos estructurales regulares en la Rango de φ = -60◦ y ψ = -60◦ (véase la figura 1.17) En el que las cadenas peptídicas están enrolladas como Un tornillo roscado. Estas estructuras se estabilizan Por puentes de hidrógeno intracadena que se extienden Casi paralelo al eje de la hélice, la reticulación Los grupos CO y NH, i. E., El grupo CO Del residuo aminoácido i con el grupo NH de Residuo i + 3 (310 hélices), 1 + 4 (hélice α) o i + 5 (\ Pi - hélice).

La estructura más común es la α-hélice y para Polipéptidos de L-aminoácidos, exclusivamente el La hélice α derecha (Fig. 1.22). El zurdo Α-hélice es enérgicamente desfavorable para L-amino Ácidos, ya que las cadenas laterales aquí están en estrecha Contacto con la columna vertebral. No es posible la α-hélice Con prolina. La hélice 310 se observó sólo en Los extremos de las α-hélices pero no como una Estructura regular. La hélice π es hipotética.

Se conocen dos conformaciones helicoidales de Poliprolina (I y II). Polyproline I contiene Sólo enlaces cispeptidos y es diestro, mientras que La poliprolina II contiene enlaces trans-péptido Y es zurdo. La estabilidad de los dos Depende del disolvente y de otros Factores. En el agua predomina la poliprolina II.

La poliglicina también puede ocurrir en dos conformaciones.

La poliglicina I es una estructura β, mientras que la poliglicina II Corresponde en gran parte a la hélice de poliprolina II.

Una hélice se caracteriza por los ángulos φ y ψ, O por los parámetros derivados de estos ángulos: N, el número de residuos de aminoácidos por vuelta; D, el aumento a lo largo del eje principal por aminoácido residuo; Y r, el radio de la hélice. Así, La ecuación para el tono, p, es p = n · d. los Los parámetros nyd se presentan dentro de un φ, ψ Gráfico en la Fig. 1.23.

1.4.2.2.3 Vueltas inversas

Una característica conformacional importante de globular Las proteínas son las vueltas inversas β-vueltas y β-curvas.

Se producen en las esquinas de "horquilla", donde el La cadena peptídica cambia de dirección abruptamente. Tal Las esquinas envuelven cuatro residuos de aminoácidos a menudo Incluyendo prolina y glicina. Varios tipos de Se conocen las vueltas; De mayor importancia son el tipo I (42% de los 421 turnos examinados), tipo II (15%) y Tipo III (18%); Véase la fig. 1.24.

En el tipo I, se permiten todos los residuos de aminoácidos, Con la excepción de la prolina en Posición 3. En el tipo II, se requiere glicina En la posición 3. En el tipo III, que corresponde A una hélice 310, todos los aminoácidos son permitido. Las secuencias de las β-curvas De lisozima se enumeran en la Tabla 1.22 como ejemplo.

1.4.2.2.4 Estructuras Super-Secundarias

El análisis de estructuras proteicas conocidas ha Demostrado que los elementos regulares pueden existir en Formas combinadas. Los ejemplos son la bobina en espiral Α-hélice (figura 1.25, a), segmentos de cadena con Estructuras β antiparalelas (estructura β-meandro; Higo. 1,25, b) y combinaciones de α-hélice y Estructura β (por ejemplo, βαβαβ, figura 1.25 c).

1.4.2.3 Estructuras terciarias y cuaternarias

Las proteínas se pueden dividir en dos grupos grandes La base de conformación: (a) fibrilar (fibroso) O escleroproteínas, y (b) proteínas dobladas o globulares.

1.4.2.3.1 Proteínas fibrosas

La cadena peptídica completa está empaquetada o dispuesta Dentro de una misma estructura regular para una Proteínas fibrosas. Son ejemplos la queratina de lana (α- Hélice), fibroína de seda (estructura de hoja β) y colágeno (Una triple hélice). Estabilización de estas estructuras Se logra mediante unión intermolecular (electrostática Interacción y enlaces disulfuro, pero Principalmente enlaces de hidrógeno e interacciones hidrofóbicas).

1.4.2.3.2 Proteínas globulares

Los elementos estructurales regulares se mezclan aleatoriamente Segmentos de cadena extendidos (aleatoriamente Estructuras) en las proteínas globulares. La proporción de Elementos estructurales regulares es muy variable: 20- 30% en caseína, 45% en lisozima y 75% en mioglobina (Tabla 1.23). Cinco subgrupos estructurales son Conocido en este grupo de proteínas: (1) α-hélices Ocurren solamente; (2) sólo se producen estructuras β; (3) \ alpha - Partes helicoidales y β-estructurales se producen en Segmentos en la cadena peptídica; (4) \ alpha - hélice y Las estructuras β se alternan a lo largo de la cadena peptídica; y (5) α-hélice y β-estructuras no existen.

El proceso de plegado de cadena peptídica aún no entendido completamente. Comienza espontáneamente, probablemente Procedentes de un centro o de varios centros De alta estabilidad en proteínas más grandes. La tendencia Para formar elementos estructurales regulares muestra Un desarrollo muy diferente en los diversos aminoácidos Residuos de ácido. La Tabla 1.24 enumera los datos Derivados del análisis de proteínas globulares de Conocida. Los datos indican, por ejemplo, Que Met, Glu, Leu y Ala están fuertemente Formación de hélices. Gly y Pro por otro lado Muestran una fuerte tendencia a romper la hélice. Val, Ile Y Leu promueven la formación de láminas plisadasEstructuras, mientras que Asp, Glu y Pro les impiden.

Pro y Gly son bloques de construcción importantes Vueltas La arginina no prefiere ninguno de los tres Estructuras. Mediante dichos datos es posible Pronosticar las conformaciones esperadas para un Secuencia de aminoácidos.

El plegado de la cadena peptídica lo acumula densamente Por la formación de un gran número de moléculas intermoleculares Enlaces no covalentes. Los datos sobre la Los bonos involucrados se proporcionan en la Tabla 1.25.

Los enlaces H formados entre las cadenas principales, Y las cadenas laterales y las cadenas laterales son particularmente Importancia para el plegado. La porción de polar Grupos involucrados en la acumulación de enlaces-H en proteínas De Mr> 8.9 kdal parece ser bastante constante en alrededor de 50%.

La interacción hidrófoba de las regiones no polares De las cadenas de péptidos también juega un papel importante Papel en el plegamiento de proteínas. Estas interacciones son Responsables de que los grupos no polares Plegado en gran medida hacia el interior de la Glóbulo de proteína. Las superficies accesibles para Las moléculas de agua se han calculado tanto para las Y formas plegadas nativas para una serie de Monoméricas con conformaciones conocidas.

La proporción de la superficie accesible en la Estado estirado, que tiende a ser enterrado en el interior Del glóbulo como resultado del plegado, es un simple Función lineal del peso molecular (M).

La ganancia en energía libre para la superficie plegada es 10 kJnm - 2. Por lo tanto, la contribución hidrofóbica total Para liberar energía debido al plegado es:

Esta relación es válida para un rango de 6108 ≤ M ≤ 34,409, pero también parece válido para Moléculas ya que a menudo consisten en varios Asociaciones holgadas de globulares globulares Porciones llamadas dominios estructurales (Fig. 1.26).

Las proteínas con enlaces disulfuro se pliegan significativamente Menor velocidad que aquellos sin disulfuro cautiverio. El plegado no está limitado por la reacción Tasa de formación de disulfuro. Por lo tanto, el plegado Proceso de proteínas que contienen disulfuro parece Proceder de una manera diferente. El proceso inverso, Despliegue de proteínas, es muy lento Por la presencia de puentes disulfuro que Generalmente proporcionan una gran estabilidad a Proteínas. Esta estabilidad es particularmente efectiva Contra la desnaturalización. Un ejemplo es el Inhibidor Bowman-Birk de la soja (Fig. 1.27) Que inhibe la actividad de tripsina y quimotripsina.

Su estructura terciaria está estabilizada Por siete puentes disulfuro. Los sitios reactivos De inhibición son Lys16 - Ser17 y Leu43 - Ser44, yo. mi. Ambos sitios están ubicados en áreas relativamente pequeñas Anillos, cada uno de los cuales consiste en nueve amino Residuos de ácido mantenidos en forma de anillo por un disulfuro puente. La estabilidad térmica de este inhibidor es alto.

Como ejemplos del plegamiento de proteínas globulares, Higo. 1.28 muestra esquemáticamente el curso de la Cadenas peptídicas en la cadena β de la hemoglobina, en Triosafosfato isomerasa y carboxipeptidasa.

Otras conformaciones de proteínas se muestran en los siguientes cifras:

- Higo. 8.7 (véase 8.8.4): Taumatina y monelina (bidimensional)

- Higo. 8,8 (ver 8.8.5): Taumatina y monelina (tridimensional)

- Higo. 11.3 (véase 11.2.3.1.4): Lisozima

1.4.2.3.3 EEB

El origen de las encefalopatías espongiformes transmisibles (TESs) se explica por un cambio En la conformación proteica. (El nombre se refiere a Las deformaciones esponjosas que ocurren en el cerebro En esta enfermedad. Los defectos resultantes interrumpen La transmisión de señales). Uno de los TESs Es la encefalopatía espongiforme bovina (EEB).

De acuerdo con la hipótesis actual, las TES son Causada por proteínas priónicas patógenas (PrPp), Que pueden estar presentes en la harina animal utilizada Como pienso. PrPp se forman a partir de prión normal Proteínas (PrPn) se encuentran en todas las células de mamíferos Sin embargo, una PrPp obliga a la conformación patogénica En un PrPn. La estabilidad hacia la serina Proteinasa K del hongo Tritirachium Álbum se utiliza para diferenciar entre PrPp Y PrPn. Serina proteinasa K, que ataca El lado carboxilo de aminoácidos hidrófobos, Hidroliza en gran medida PrPn mientras que una característica Péptido (Mr 27 - 30 kDa) se libera de PrPp. Este marcador se puede identificar usando el sándwich ELISA (véase 2.6.3).

1.4.2.3.4 Estructuras cuaternarias

Además de la ganancia de energía libre por plegado De una sola cadena peptídica, asociación de más Que una cadena peptídica (subunidad) puede proporcionar Ganancias adicionales en energía libre. Por ejemplo, Hemoglobina (4 cadenas peptídicas asociadas) \ Alpha _ {G} = -46 kJ molar - 1 y la tripsina – tripsina Inhibidor (asociación de 2 péptidos Cadenas G _ {0} = -75,2 kJ mol-1. En principio Tales asociaciones corresponden al plegado de Una cadena peptídica más grande con varias estructurasSin unirse covalentemente a las subunidades. La Tabla 1.26 enumera algunas proteínas que parcialmente Exhiben estructuras cuaternarias.

1.4.2.4 Desnaturalización

El término desnaturalización denota un efecto reversible o irreversible Cambio de conformación nativa (terciario Estructura) sin escisión de enlaces covalentes (excepto Para puentes disulfuro). La desnaturalización es posible Con cualquier tratamiento que escinda hidrógeno Puentes, enlaces iónicos o hidrófobos. Esto puede ser Logrado por: cambiar la temperatura, ajustar El pH, aumentando el área de la interfaz, o Añadiendo disolventes orgánicos, sales, urea, clorhidrato de guanidina O detergentes tales como sodio dodecilo sulfato. La desnaturalización es generalmente reversible cuando La cadena peptídica se estabiliza en su estado desplegado Por el agente desnaturalizante y la conformación nativa Puede restablecerse después de retirar el agente. La desnaturalización irreversible ocurre cuando la La cadena peptídica desplegada se estabiliza mediante la interacción Con otras cadenas (como ocurre por ejemplo con el huevo Proteínas durante la ebullición). Durante el despliegue reactivo Grupos, como los grupos tiol, que fueron enterrados O bloqueados, pueden estar expuestos. Su participación En la formación de enlaces disulfuro también puede Una desnaturalización irreversible.

Una agregación de las cadenas peptídicas causada por El plegamiento de proteínas globulares está conectado con Reducida solubilidad o hinchabilidad. Así, la parte De gluten de trigo que es soluble en ácido acético disminuye A medida que aumenta el estrés térmico (Fig. 1.29). Como Un resultado de la reducción de la capacidad de aumento de gluten Causado por el pretratamiento, el volumen de pan Hecha de harinas recombinadas es más pequeña (Fig. 1.30).

En el caso de las proteínas fibrosas, la desnaturalización, Mediante la destrucción de la estructura altamente ordenada, Generalmente conduce a una mayor solubilidad o Aumento de la capacidad. Un ejemplo es el La conversión de colágeno a gelatina, que Ocurre cuando la carne se cocina (véase 12.3.2.3.1).

La desnaturalización térmica de las proteínas del suero Β-lactoglobulina y α-lactalbúmina ha sido bien estudiada.

Los datos de la Tabla 1.27 basados ​​en la reacción Cinética y el diagrama de Arrhenius (Fig. 1.31) Indican que la energía de activación del conjunto Reacción en el rango de 80-90 ◦C cambios. Los Mayores valores de Ea a temperaturas más bajas deben Atribuido al plegado, que es la reacción parcial Que determina la velocidad de reacción a las temperaturas <90 ◦C. A temperaturas más altas (> 95 ◦C), La agregación a la que la menor energía de activación Corresponde predomina.

Los valores en la Tabla 1.27 determinados para la activación Entropía también apoyan el atribución. En el rango de temperatura de 70-90 ◦C, ? S # es siempre positivo, lo que indica un estado De mayor desorden de lo esperado Con el predominio de la reacción de plegado.

Por otro lado, los valores negativos? S # en 95-105 ◦C indica un estado de mayor orden que Debería esperarse teniendo en cuenta que la agregación Predomina en este rango de temperatura. Detallado Estudios del tipo descrito anteriormente permiten una Control de procesos térmicos. En el caso de El procesamiento de la leche, los datos han hecho posible, Por ejemplo, para evitar la separación del suero Proteínas en los equipos de calefacción y optimizar Las propiedades de los geles de yogur (véase 10.1.3.3 Y 10.2.1.2).

La figura 1.32 muestra la desnaturalización de β-LG En un diagrama que combina el período de calentamiento Con la temperatura (véase 2.5.4.3) en la Forma de líneas rectas de igual desnaturalización Grados Esto nos permite leer directamente el Combinaciones tiempo / temperatura necesarias para Un cierto efecto deseado. A 85 ◦ C / 136 s para Por ejemplo, sólo el 60% de los β-LG-B se pliegan, De modo que sólo el 60% puede agregarse, aunque el 90% Potencialmente capaz de agregar: en este La temperatura, el plegado determina la Reacción, como se muestra anteriormente. Por el contrario, el 90% de La proteína se pliega potencialmente a 95 ° C / 21 s Mientras que sólo el 60% puede ser agregado. en este Temperatura, la agregación determina la reacción.

La desnaturalización de proteínas biológicamente activas Generalmente asociados con la pérdida de actividad. El hecho Que las proteínas desnaturalizadas se digieren más fácilmente Por enzimas proteolíticas es también de interés.