M.OrozcoJ.L.GelpiM.RuedaJ.R.Blas

Curso Universitat de Barcelona CESCAXarxa Catalana BioinformticaXarxa catalana de BioinformticaNo a laGuerra

Clase 1: Elementos de estructura

Estructura de protenas

Estructura de cidos nucleicos

Estructura de protenas

Estructura de cidos nucleicos

Secuencia DNAGensRNA(m)Protenas

NIVELES DE ESTRUCTURAEstructura primaria (secuencia)Estructura secundaria (hlices)Estructura terciaria (superhlices,...)Estructura cuaternaria (complejos,...)

CONSTITUYENTES ESTRUCTURALES DE LOS CIDOS NUCLEICOS

PirimidinasPurinasBASES NITROGENADAS

LAS BASES POSEEN UNA HUELLA DACTILAR UNICABASADA EN SU PAUTA DE PUENTES DE HIDROGENO

EL AZUCAR: RIBO: RNA; DEOXY: DNA

Como regla general,...Las bases son responsables de delimitar las propiedades de reconocimiento especfico del DNA.El esqueleto de fosforibosa (conformacin del azucar, enlaces fosfodiester,...) marcan la flexibilidad conformacional.

El paso entre confrmeros del azucar se da siempre a travs de otros especies no planas

CONFORMACION DE LA RIBOSA(PSEUDOROTACION)La transicin entrepuckerings del azucar se da siguiendoel denominado Crculo Pseudorotacional360>P>0para tm constante

La transicin C2endoC3 endo es siempre por O4endonunca por O4exoSN por Enunca por W

PUCKERING Las formas ms abundantes en nuclesidos son la N (C3endo) y la S (C2endo)La forma E (O4endo) se encuentra a veces, pero nunca la W (O4exo)Las formas B del DNA presentan puckerings S y en algn caso E.Las formas A del DNA y el RNA presentan siempre puckerings N

NUCLEOSIDO (base + azucar)

NUCLEOTIDO (base + azucar + fosfato)

synantiENLACE GLICOSIDICO

ENLACE GLICOSIDICONormalmente los nuclesidos y nucletidos estn en la conformacin antiLa Guanosina es el nico nuclesido (de los A.N.) con posibilidad de estar en conformacin syn Grupos voluminosos en la posicin 8 de la purina pueden forzar la conformacin syn.

gauche-gauchetrans-gauchegauche-transENLACE C4-C5

ENLACE C4-C5Las tres conformaciones se detectanLa gg parece un poco ms estable, pero la diferencia es muy pequeaEl puckering del azucar influye mucho en la conformacin del enlace C4-C5

EL DNA ES EL FRUTO DE LAS INTERACCIONES DE LOS NUCLEOTIDOSInteracciones de puente de hidrgeno.Interacciones de stacking (apilamiento).Screening (apantallamiento de la repulsin fosfato-fosfato)Efecto solvatacin del agua y contraiones

Apareamientos cannicos (Watson-Crick)

Los apareamientos W.C no son los nicos posibles!

Los apareamientos WC no saturan todas las posibilidades de reconocimientos especficos

Apareamiento d(A:T)

INTERACCIONES DE STACKINGSon interacciones (bsicamente de van der Waals) entre anillos aromticos de las bases nitrogenadasIntensas, pero menos especficas que los ptes de hidrgenoMenos dependientes del solvente que los ptes de hidrgenoLas purina-purina son las ms intensas

d(A:T)2El stacking y elpuente de hidrgenomantienen la estructurade la doble hlice

El stacking y elpuente de hidrgenomantienen la estructurade la doble hliced(A:T)2

EL DNA PRESENTA ES UNA HELICE NO PLANASINO CON PERFILES (SURCOS)LOS SURCOS SON TOTALMENTE DIFERENTES EN ELA- Y EN EL B- DNA

EN CADAPAR DE BASESSE DEFINENDOS SURCOS

EL MAJOR YEL MINORGROOVESEL DNA PRESENTA ES UNA HELICE NO PLANASINO CON PERFILES (SURCOS)GRAN PARTE DE LA REACTIVIDADESTA LOCALIZADA EN LOS SURCOS

Diversos frmacos interaccionan especficamente con las bases por el MINOR groove. Muchas protenas lo hacen por el MAJOR groove.Otros oligonucletidos pueden hacerlo por el MAJOR groove

LA ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL DNA ES POLIMORFICADepende de la secuenciaVara con la humedad del medioCambia con la fuerza inica Depende de la presencia de drogasPuede ser alterada por la accin de protenasCiertas sales pueden hacerla cambiar

La estructura secundaria nativa del DNA es siempre helicoidalDobles hlices (A, B, Z)

Triples hlices (d(Pu:Py:Pu); d(Pu:Py:Py))

Cuadruples hlices (motivo G-DNA)

COMO REGLA GENERALEl DNA fisiolgico adopta la forma dextrgira B

El RNA fisiolgico adopta la forma dextrgira A

Los hbridos B:A adoptan la forma dextrgira A

TRIPLES HELICESSe forman por una tercera cadena de oligonucletidos reconoce a un duplex.

Los motivos pirimidina (3a cadena poly-Y) son los ms conocidos

Se pueden formar con DNA, RNA, PNA,...

Son estructuras que existen in vivo y pueden tener gran impacto biotecnolgico y teraputico

Triplexes motivos pirimidina

LOS TRIPLEX SEFORMAN AL RECONOCER ELSURCO ANCHOUNA CADENASIMPLE A UNDNA DUPLEX

ES POSIBLE INFLUIR EN LA FUNCIONALIDAD DEL DNA MEDIANTE LA FORMACION DE ESTRUCTURAS HIBRIDASDNA(T): ANTI-GENE & DNA-RNA: ANTISENSE

TETRAPLEXES: G-DNASe forman fundamentalmente en secuencias ricas en poly(G)Claves para la estabilizacin de los telmerosUna de las dianas ms prometedoras en tratamiento antineoplsico.

El G-DNA SE FORMA POR LA INTERACCION EN EL PLANODE 4 GUANINAS. LA REPETICIN DE ESTE MOTIVO DALUGAR A UNA HELICE TETRACATENARIA DEXTROGIRAEL G-DNA NECESITA PARA SU ESTABILIDAD ELEVADAS CONCENTRACIONES DE NA+ O K+

ESTRUCTURAS ORDEN SUPERIOREl DNA DEBE COMPACTARSE MUCHO EN LA CELULAESTO DA LUGAR A ESTRUCTURAS DE ORDEN SUPERIORLA PRIMERA ES EL NUCLEOSOMA, LA ULTIMA EL CROMOSOMA

NUCLEOSOMA

Los nucleosomas se ordenan en superfibrasLos nucleosomas forman un rosario que se enrrolla sobre si mismo para dar una superfibra e 30 nmEl modelo propuesto es el del solenoide

MODELO SOLENOIDE

Las fibras de nucleosomas definen el CROMOSOMANiveles de estructura-cin en lazos permiten la formacin del cromosomaEl cromosoma es el nivel mximo de empaquetamiento del DNA.

PARA REALIZAR SU FUNCIN BIOLGICA EL DNA DEBE SER CAPAZ DE DISTORSIONARSE: DOBLARSE, DESENROLLARSE, ALARGARSE,...

EL DNA ES DCTIL

Complejo DNA-UvrB

EL DNA ES MOVIL

DNA bendingEjemplo demovimiento clavepara la funcindel DNA

Estructura de protenas

Estructura de cidos nucleicos

Secuencia DNASecuencia ProtenaEstructura 3DReconocimiento Molecular

Catlisis enzimticaComunicacin entre tejidosGeneracin y transmisin del impulso nerviosoPermebilidad de membranasControl crecimiento y diferenciacinDefensaMovimientoTransporte y almacenaje

Sntesis fine chemicalsAditivos de alimentacinTransformacin alimentosTratamiento tejidosAditivos limpiezaReactivos laboratorioTerapiaDiagnstico clnico

NIVELES DE ESTRUCTURAEstructura primaria (secuencia)Estructura secundaria (hlices a, cadena b, giros b, lazos,...)Estructura supersecundariaDominio estructuralEstructura terciariaEstructura cuaternaria

Aminocidos hidrofbicosAla (A)Val (V)Leu (L)Ile (I)Met (M)Trp (W)Phe (F)Pro (P)

Aminocidos polares neutrosGly (G)Asn (N)Gln (Q)Ser (S)Thr (T)Tyr (Y)Cys (C)

Aminocidos cargadosArg (R)Lys (K)His (H)Glu (E)Asp (D)

+El enlace amida define la formacin del polmero

......... aa1 - aa2 - aa3 - aa4 ...La estructura secundaria es debida a la ordenacin local de residuos contiguos Esto se da por rotacin de los enlacessencillos Y (C-Ca) y F (N-Ca)

son posibles todas las conformaciones?

son posibles todas las conformaciones?El grfico de Ramachandran define las estructuras secundarias: repetitivas (hlices o cadenas), y no repetitivas (giros, lazos)

Hlice a

Estructuras b (paralelas)

Estructuras b (antiparalelas)

Estructuras no peridicasgiros, lazos

Estructura supersecundariaAgrupaciones sencillas de elementos de estructura secundaria

Es un nivel de estructuracin local

A menudo coincide con el concepto de dominio estructural

Dominio estructuralPrimer nivel de estructura tridimensional con entidad propia

Es la unidad bsica de plegamiento

Puede contener una o varias estructuras supersecundarias

alfa-loop-alfaUnin de metales

Unin a DNA

alfa-loop-alfa

alfa-loop-alfa

beta - hairpin

beta - hairpin

Greek key

Greek keyEste motivo tiene un plegamiento especialmente favorable

alfa - betaLa hlice se sita siempre en el mismo lado de la hoja

Agrupaciones todo a

Ortogonal b - sandwich

b jelly roll

b - barrelPorina

a/b barrel

a/b doubly woundRossman fold

Estructura terciariaNivel de estructuracin tridimensional global de las protenas monomricas

Puede contener uno o varios dominiosEn unin ligeraEn unin ntimaEn disposicin abrazada

Estructura cuaternariaNivel de estructuracin tridimensional global de las protenas oligomricas

Es el resultado de agrupar diversas estructuras terciarias

Pueden ser temporales o permanentes

Fuerzas que estabilizan la estructura de las protenasTrminos de enlace deben ser favorables (Mnimos en el mapa de Ramachandran)Puentes de hidrgeno (claves a nivel de estructura secundaria)Puentes disulfuroPuentes salinosInteracciones de van der WaalsEfecto hidrofbico

El nmero de estructuras terciarias es enormePero es posible agruparlas estructuralmente

Proportion of "new folds" (light blue) and "old folds" (orange) for a given year as a number of protein chain.

Jerarqua CATHC: Clase (contenido en estructura secundaria)A: Arquitectura (disposicin de los elementos de estructura secundaria)T: Topologa (disposicin de las conexiones entre elementos)H: Homologa (homologa estructural)S: Secuencia (homologa de secuencia)

SCOP. Estadsticas