Post on 23-Jan-2016
Las proteinas vistas desde la Fisica:
Las proteinas son estructuras moleculares ‘diseñadas’ para realizar innumerables funciones dentro de las celulas:
•Catalizadores •Elementos de estabilidad y fuerzas mecanicas•Reconocimiento y anclaje de otras moleculas•Auto-ensamblaje de estructuras moleculares•Nano-maquinas •...
Estructura primaria:
Cadena de 102 a 103 eslabones combinando 20 de tipos de aminoacidos,
unidos por un fuerte enlace covalente
Estructura primaria:
Cadena de 102 a 103 eslabones combinando 20 de tipos de aminoacidos,
unidos por un fuerte enlace covalente
Tan solo una minuscula fraccion (<105) de las posibles sequencias ( >10400 ) de aminoacidos es una proteina “nativa”, codificada por un gen y fabricada en una celula.
¿Qué tienen de peculiar esas secuencias?
Tan solo una minuscula fraccion (~105) de las posibles sequencias ( >10400 ) de aminoacidos es una proteina “nativa”, codificada por un gen y fabricada en una celula.
¿Qué tienen de peculiar esas secuencias?
Se pliegan, como resultado de las interacciones laterales entre eslabones (acumulacion de enlaces debiles) formando estructuras bastante rigidas
Insulina
Proteina delveneno de una serpiente
Estructura secundaria: motivos basicos basadosen los pleagmientos naturales de los enlaces peptidicos
Helices-
Laminas-
Estructura terciaria: Combinaciones de helices, laminas, con giros,inversiones,...
Proteina FtsZ
¿ Por que es importante como se pliega una proteina?
El plegamiento de las cadenas y determinan las interacciones de las proteinas entre si y con otras macromoleculas, a traves de establecer su FORMA:
¿ Por que es importante como se pliega una proteina?
El plegamiento de las cadenas y determinan las interacciones de las proteinas entre si y con otras macromoleculas, a traves de establecer su FORMA:
Debiles interaciones van der Waals o polares(hidrofobicas-hidrofilicas )entre las superfies se amplifican hasta dar energias del orden de kTsi las formas son complementarias:
Debiles interaciones van der Waals o polares(hidrofobicas-hidrofilicas )entre las superfies se amplifican hasta dar energias del orden de kTsi las formas son complementarias:
Debiles interaciones van der Waals o polares(hidrofobicas-hidrofilicas )entre las superfies se amplifican hasta dar energias del orden de kTsi las formas son complementarias:
Debiles interaciones van der Waals o polares(hidrofobicas-hidrofilicas )entre las superfies se amplifican hasta dar energias del orden de kTsi las formas son complementarias:
Debiles interaciones van der Waals o polares(hidrofobicas-hidrofilicas )entre las superfies se amplifican hasta dar energias del orden de kTsi las formas son complementarias:
¿Se puede predecir la forma a partir de la secuencia?
Eso permitiria traducir el genoma de una especie en un catalogo real de sus proteinas como estructuras macromoleculares
Aprender a ‘leer funcionalmente’ los genomas
The billion dolars question!
La estructura primaria de las proteinas, codificada en el ADN ha sido seleccionada para producir las estructuras secundaria y terciaria robustas y utiles al metabolismo
Cadenas aleatorias de aminoacidos, sistetizadas artificialmente, no tienen en la mayor parte de los casos un plegamiento bien definido
¿Cuáles se pliegan?
Diferencia entre una proteina (natural) y un polimero aleatorio de aminoacidos
Paisaje y dinamica de plegamiento
Plegamiento espontaneo vs. inducido
Conformaciones rigidas vs. flexibles ...
Las proteinas son ‘piezas’ auto-ensamblables
Filamentos, valvulas, motores,...
• ¿Cómo se ensamblan?
• ¿Cómo actuan esas estructuras?
Estructura cuaternaria:
Filamentos de proteinas
Aparecen en todas las celulas eucariotas haciendo diversas funciones
El ejemplo mas estudiado es la tubulina ( que forman los microtubulos:
Cilindros con estructura periodica helicoidal, con una vuelta completa cada 13 monomeros.
Los microtubulos:
•Son una parte esencial del citoesqueleto
•Actuan como railes para las kinesinas
•Forman cilios y flagelos
•Forman los asteres en la mitosis
Estas tareas son tan vitales que la tubulina es una de las proteinas mas conservadas (con menos mutaciones) en las celulas eucariotas.
¿Cómo consigue una misma ‘pieza’ llevar a cabo tareas tan variadas?
La tubulina tiene actividad GTPasa:
Hidroliza el GTP para formar GDP
la formacion
el crecimiento
la disolucion
de los microtubulos es un proceso mas versatil (complejo) que una cristalizacion
La forma ‘activada’ de la tubulina esta asociada al GTP Esa forma activada ‘cristaliza’ rapidamente, con las moleculas de GTP en el sitio de enlace entre las proteinas Ese enlace cataliza la hidrólisis del GTP a GDP
El enlace se debilita con la molecula hidrolizada
Con ese enlace debil, los extremos del tubo son inestables, pero el interior se mantiene
Monomeros+GTP
Crecimiento por incorporacion de monomeros+GTP al extremo
Tubulo con GDP
HidrólisisGTP a GDP
Fluctuaciones en el frente de crecimiento respecto del frente de hidrólisis
Tubulo con GDP
Fluctuaciones en el frente de crecimiento respecto del frente de hidrólisis
Tubulo con GDP
Monomeros+GTP
Fluctuaciones en el frente de crecimiento respecto del frente de hidrólisis
Tubulo con GDP
Monomeros+GTP
Fluctuaciones en el frente de crecimiento respecto del frente de hidrólisis
Tubulo con GDP
Fluctuaciones en el frente de crecimiento respecto del frente de hidrólisis
Tubulo con GDP
El frente de hidrólisis llega al extremo
Tubulo con GDP
catastrofe dedisolucion
Tubulo con GDP
Monomeros+GDP
catastrofe dedisolucion
Tubulo con GDP
Monomeros+GDP
catastrofe dedisolucion
Tubulo con GDP
Monomeros+GDP
Monomeros+GTP
catastrofe dedisolucion
Monomeros+GDP
Las secuencias de:
Crecimiento gradual+Disolucion catastrofica (subita)
controladas por las concentraciones de GTP/GDP y por estabilizadores de los extremos, permite que la tubulina actue de formas diversas mediante las señales bioquimicas adecuadas.
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Ecuacion maestra para la distribucion de tamaños de las caperuzas no hidrolizadas:
Crecimiento Difusion
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hv cv
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Fragmentacion
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Predicciones cuantitativas en funcion de unos pocos parametros (dependientes de las condiciones bioquimicas)
Velocidad media de crecimiento de las zonas no hidrolizadas
Dispersion tipica de ese crecimiento
Probabilidad de hidrólisis interna (fragmentacion de la capucha)
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xvvD
vvv
hc
hc
)(2