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ESTRUCTURA DE PROTEÍNAS (2D y 3D)
RODRIGO GONZALO TORRES SÁEZ
Escuela de Química Facultad de
Ciencias Universidad Industrial de
Santander E-mail rtorres_at_uis.edu.co
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SISTEMAS BIOLÓGICOS
Microarreglos de expresión
Genómica
Proteómica
Metabonómica
Función
DNA
RNA
Proteína
FENOTIPO FUNCIÓN
GENOTIPO SECUENCIA
Bioquímica sintética
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SISTEMAS BIOLÓGICOS
lt 1 seg
Conformación
Secuencia
Estructura

• GLSAAQRQA -
• GLTAAQRQV
• -GLSAA-RQV -

Evolución
Función
gt 1 millón años
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CICLO DE LA INGENIERÍA DE PROTEÍNAS
Mutagénesis al azar
Mutagénesis sitio-dirigida
Modelaje Molecular
Gen Clonado Gen Mutado
Rayos X Cristalografía
Relación Estructura-Función
Proteína purificada
Selección
Estructura
Función
Química de Proteínas Bioquímica
Funcional Aplicación
NUEVA Proteína
K.M. Koeller and C.H Wong, NATURE, (2001), 409,
232.
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INGENIERÍA DE PROTEÍNAS
S
20 Aminoácidos
M
Estructura primaria
A
T
K
?
?
Función Propiedades
Estructura 3D
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FUENTES DE NUEVAS PROTEÍNAS
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EVOLUCIÓN MOLECULAR
S
20 Aminoácidos
M
Estructura primaria
A
T
K
?
?
Función Propiedades
Estructura 3D
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Ejemplo
EVOLUCIÓN MOLECULAR
Conservación de la estructura molecular
Una proteína puede convertirse en otra
Proteína ancestral (alfa/beta) barril
Nueva Función
TPi I
N-AI
TrpS
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Ejemplo
EVOLUCIÓN MOLECULAR
Las enzimas han evolucionado a partir de
ambientes diferentes
Gliceraldehído 3-fosfato deshidrogenasa (GAPDH)
Homarus americans. Tm50 C
Bacillus stearothermophilus. Tm75 C
Thermotoga maritima. Tm98 C
D. Reardon, FASEB J., 1995
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ESTRUCTURA DE AMINOÁCIDOS
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PROPIEDADES DE CADENAS LATERALES
Hidrofobicos Neutros Alanina Valina Leucina Isole
ucina Prolina Triptofano Fenilalanina Metioninaa
Polares Neutros Glicina Serina Treonina Tirosina
Cisteina Asparagina Glutamina
Acidos Ácido aspártico Ácido glutámico
Básicos Lisina Arginina Histidina
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ESTRUCTURA SECUNDARIA DE PROTEÍNAS
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ESTRUCTURA SECUNDARIA DE PROTEÍNAS
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ESTRUCTURA SECUNDARIA DE PROTEÍNAS
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ESTRUCTURA SECUNDARIA DE PROTEÍNAS
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ESTRUCTURA SECUNDARIA DE PROTEÍNAS
antiparalela
paralela
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ESTRUCTURA 2D
ESTRUCTURA SECUNDARIA
ALFA-HÉLICE CONFORMACIÓN BETA
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ESTRUCTURA SECUNDARIA DE PROTEÍNAS
twists
bucles
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ESTRUCTURA SECUNDARIA DE PROTEÍNAS
Estructuras conectoras
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ESTRUCTURA 2D
ESTRUCTURA SECUNDARIA
VUELTAS EN REVERSA
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ESTRUCTURA 2D
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ESTRUCTURA 2D
ESTRUCTURA SECUNDARIA
VUELTAS EN BETA HAIR-PAIN
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ESTRUCTURA 2D
ESTRUCTURA SUPERSECUNDARIA
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CONFORMACIÓN y ESTRUCTURA 3D
Porqué las proteínas adquieren una conformación?
Energía
Conformación proteica
Balance de Energía en la estructura de la proteína
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CAMBIOS DE ENERGÍA ESTRUCTURA 3D
Positivos Efecto hidrofóbico Puentes
salinos Enlaces de hidrógeno Interacciones
electrostáticas Interacciones covalentes
Negativos Pérdida de solvatación Disminución en
la entropía Solapamiento de capas de Valencia de
electrones
Diferencias de Energía determinan la estabilidad
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CONFORMACION ESTRUCTURA 3D
1. Efecto hidrofóbico Fuerza más importante en
mantener la conformación de una proteína
2. Puentes salinos Interacciones poco comunes de
la superficie
3. Interacciones de hidrógeno Se forman entre
cadenas laterales polares de la superficie y el
solvente
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ESTRUCTURA 3D. VISUALIZACIÓN
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BASES DE DATOS PROTEÍNAS. ESTRUCTURA 3D
http//astral.stanford.edu/
Astral  
Sequences of domains of known structure, selected
subsets, and sequence-structure correspondences
BioImage  
http//www-embl.bioimage.org
Searchable database of multidimensional
biological images
http//www.biochem.ucl.ac.uk/bsm/cath
CATH
Hierarchical classification of protein domain
structures
http//www.rcsb.org/pdb
PDB
Structure data determined by X-ray
crystallography and NMR
http//scop.mrc-lmb.cam.ac.uk/scop
SCOP
Familial and structural protein relationships
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ESTRUCTURA 3D. VISUALIZACIÓN
Visualizadores de estructuras Rasmol 2.7
LINUX (8bit, 16bit, 32bit), WIN, MAC Manual
(pdf) http//www.umass.edu/microbio/rasmol/
  Swiss-PdbViewer 3.7 LINUX, WIN, MAC Manual
(pdf) User guide (LOCAL) http//us.expasy.org/sp
dbv/text/download.htm
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ESTRUCTURA 3D. VISUALIZACIÓN
EJEMPLOS 121p.pdb H-RAS P21 PROTEIN.
1a52.pdb ESTROGEN RECEPTOR ALPHA LIGAND-BINDING
DOMAIN 1bl8.pdb POTASSIUM CHANNEL 1eos.pdb
RIBONUCLEASE A 1fmo.pdb CATALYTIC SUBUNIT OF
CAMP-DEPENDENT PROTEIN KINASE 1tub.pdb TUBULIN
ALPHA-BETA DIMER 1hcq.pdb ESTROGEN RECEPTOR
1kpj.pdb THE LARGE RIBOSOMAL SUBUNIT 1gru.pdb
GROES-GROEL CHAPERONIN (CRYO-EM MODEL)