Las proteinas vistas desde la Fisica:. Las proteinas son estructuras moleculares ‘diseñadas’...

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Las proteinas vistas desde la Fisica:

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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 •...

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Estructura primaria:

Cadena de 102 a 103 eslabones combinando 20 de tipos de aminoacidos,

unidos por un fuerte enlace covalente

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Estructura primaria:

Cadena de 102 a 103 eslabones combinando 20 de tipos de aminoacidos,

unidos por un fuerte enlace covalente

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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?

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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

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Insulina

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Proteina delveneno de una serpiente

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Estructura secundaria: motivos basicos basadosen los pleagmientos naturales de los enlaces peptidicos

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Helices-

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Laminas-

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Estructura terciaria: Combinaciones de helices, laminas, con giros,inversiones,...

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Proteina FtsZ

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¿ 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:

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¿ 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:

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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:

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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:

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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:

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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:

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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:

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¿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!

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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

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¿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 ...

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Las proteinas son ‘piezas’ auto-ensamblables

Filamentos, valvulas, motores,...

• ¿Cómo se ensamblan?

• ¿Cómo actuan esas estructuras?

Estructura cuaternaria:

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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.

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Los microtubulos:

•Son una parte esencial del citoesqueleto

•Actuan como railes para las kinesinas

•Forman cilios y flagelos

•Forman los asteres en la mitosis

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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?

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La tubulina tiene actividad GTPasa:

Hidroliza el GTP para formar GDP

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la formacion

el crecimiento

la disolucion

de los microtubulos es un proceso mas versatil (complejo) que una cristalizacion

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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

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Monomeros+GTP

Crecimiento por incorporacion de monomeros+GTP al extremo

Tubulo con GDP

HidrólisisGTP a GDP

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Fluctuaciones en el frente de crecimiento respecto del frente de hidrólisis

Tubulo con GDP

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Fluctuaciones en el frente de crecimiento respecto del frente de hidrólisis

Tubulo con GDP

Page 38: Las proteinas vistas desde la Fisica:. Las proteinas son estructuras moleculares ‘diseñadas’ para realizar innumerables funciones dentro de las celulas:

Monomeros+GTP

Fluctuaciones en el frente de crecimiento respecto del frente de hidrólisis

Tubulo con GDP

Page 39: Las proteinas vistas desde la Fisica:. Las proteinas son estructuras moleculares ‘diseñadas’ para realizar innumerables funciones dentro de las celulas:

Monomeros+GTP

Fluctuaciones en el frente de crecimiento respecto del frente de hidrólisis

Tubulo con GDP

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Fluctuaciones en el frente de crecimiento respecto del frente de hidrólisis

Tubulo con GDP

Page 41: Las proteinas vistas desde la Fisica:. Las proteinas son estructuras moleculares ‘diseñadas’ para realizar innumerables funciones dentro de las celulas:

El frente de hidrólisis llega al extremo

Tubulo con GDP

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catastrofe dedisolucion

Tubulo con GDP

Monomeros+GDP

Page 43: Las proteinas vistas desde la Fisica:. Las proteinas son estructuras moleculares ‘diseñadas’ para realizar innumerables funciones dentro de las celulas:

catastrofe dedisolucion

Tubulo con GDP

Monomeros+GDP

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catastrofe dedisolucion

Tubulo con GDP

Monomeros+GDP

Page 45: Las proteinas vistas desde la Fisica:. Las proteinas son estructuras moleculares ‘diseñadas’ para realizar innumerables funciones dentro de las celulas:

Monomeros+GTP

catastrofe dedisolucion

Monomeros+GDP

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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:

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Crecimiento Difusion

x

hv cv

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Fragmentacion

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x

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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)

r

xvvD

vvv

hc

hc

)(2


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