1 2 Estructura enzimatica - José Alejandro Del Campo Vázquez

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ESTRUCTURA 
ENZIMÁTICA
MÓDULO 1
ENZIMOLOGÍA Y BIOCATÁLISIS
DR. KARLA MAYOLO-DELOISA
CONCEPTOS 
BÁSICOS
¡ Las enzimas y su poder catalítico 
incrementan la velocidad de reacción 
notablemente, al menos un millón de 
veces.
¡ La catálisis ocurre en un sitio de la 
estructura tridimensional llamado sitio 
activo.
¡ El sitio activo puede unir el sustrato sólo 
en la correcta orientación especial.
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MASA MOLECULAR (Mr)
¡ Las enzimas son macromoléculas
¡ Mr entre 10,000 – millones Da
¡ Cómo determinar Mr:
¡ Ultracentrifugación (65,000 rpm)
¡ Filtración en gel (SEC)
¡ SDS – PAGE
¡ Espectrometría de masas
¡ Información fundamental para convertir la concentración de una solución de unidades de 
masa sobre volumen (mg·mL-1) a unidades de molaridad.
Price N.C. and Stevens L. (2009). Fundamentals of Enzymology. 3er. Ed. Oxford University Press.
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NIVELES 
ESTRUCTURALES 
DE LAS 
PROTEÍNAS
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ESTRUCTURA PRIMARIA
Se refiere a la secuencia lineal de aminoácidos, unidos por enlaces peptídicos.
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AMINOÁCIDOS
Non-polar, aliphatics
Polar but uncharged
Aromatics
Positively charged
Negatively charged
Walsh G. (2014). Proteins: Biochemistry and Biotechnology. 2ª. Ed. John Wiley & Sons.
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COMPOSICIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS
Con excepción de la glicina, todos los aa tienen un 
centro quiral.
Pueden existir en más de una forma enantiomérica.
En las enzimas, todos los aa se encuentran en la 
forma del enantiómero L.
Prolina
Glicina
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ENLACE 
PEPTÍDICO
Resulta de la 
condensación de dos 
aminoácidos.
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La secuencia se escribe en dirección N-terminal a C-terminal (izq. a der.)
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ENLACE PEPTÍDICO
¡ El enlace peptídico tiene una estructura 
planar rígida con una longitud de 1.33 Å.
¡ El enlace peptídico puede tener una 
conformación cis o trans dependiendo de 
la posición del carbono-α.
¡ La forma trans es la más favorable para 
evitar impedimento estérico.
¡ Sólo si el segundo aminoácido en la 
secuencia es prolina, la configuración cis
es favorable.
Copeland R.A. (2009). Enzymes: A practical introduction to structure, mechanism and data analysis. 2ed. Wiley.
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ÁNGULOS DE 
TORSIÓN
¡ Los dos ángulos sobre los 
cuales puede rotar un 
polipéptido están en los 
enlaces:
N – C⍺ : Ángulo phi, φ
C⍺ - Ccarbonilo : Ángulo psi, ψ
¡ Estos ángulos se definen
como 180º cuando la 
cadena del polipéptido se 
encuentra en su forma 
trans.
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Walsh G. (2014). Proteins: Biochemistry and Biotechnology. 
2ª. Ed. John Wiley & Sons.
REGLAS DE PAULING PARA LAS CADENAS 
DE POLIPÉPTIDOS
1. Las longitudes y ángulos de enlace deben estar lo menos 
distorsionados posible con respecto a lo que se observa en los 
estudios de difracción de rayos-X.
2. Dos átomos no se pueden aproximar más de lo que su radio de 
van der Waals permite.
3. El grupo amida debe permanecer planar y en configuración 
trans. Consecuentemente, sólo hay dos posibles puntos de 
rotación: los dos enlaces adyacentes al C⍺.
4. Algún tipo de unión no covalente es necesaria para estabilizar
el plegamiento. El más probable es el puente de hidrógeno entre 
los protones de la amida y el oxígeno del carbonilo. Las 
conformaciones preferidas deben ser aquellas que permitan el 
máximo número de puentes de hidrógeno posibles.
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ESTRUCTURA 
PRIMARIA
¡ Definida por la identidad de los 
aminoácidos que conforman la cadena 
del polipéptido, y por el orden en el que 
se encuentran dichos aminoácidos.
¡ En una proteína, cada aa se identifica 
numéricamente y en orden 
secuencial, empezando por el N-
terminal.
¡ El aminoácido N-terminal se marca 
como el número 1, y la numeración 
continua de forma ascendente, 
terminando con al aminoácido C-
terminal. 13
ESTRUCTURA PRIMARIA
¡ La hormona pancreática insulina se 
forma por dos cadenas de polipéptidos, 
A y B. 
¡ La cadena A tiene 21 aminoácidos y la 
cadena B 30 aminoácidos, y cada 
secuencia es única para la proteína.
¿Dónde encontrar tal información para una proteína?
http://www.rcsb.org/pdb/home/home.do
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http://www.rcsb.org/pdb/home/home.do
¿CÓMO DETERMINAR LA ESTRUCTURA
PRIMARIA?
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ESTRUCTURA SECUNDARIA
¡ Está relacionada con la orientación espacial de 
los residuos aminoácidos contiguos en la 
secuencia lineal.
¡ Algunas de estas relaciones entre aminoácidos 
son de naturaleza regular, dando lugar a 
estructuras periódicas. 
¡ La hélice-α y la cadena-β son los elementos 
principales de la estructura secundaria. 
¡ Se forman porque estas estructuras maximizan
el número de puentes de hidrógeno 
intramoleculares estabilizantes, y minimizan 
la repulsión estérica (compatible con la 
naturaleza planar rígida del enlace peptídico).
Walsh G. (2014). Proteins: Biochemistry and Biotechnology. 2ª. Ed. John Wiley & Sons.
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HÉLICE-α
¡ Esta estructura cilíndrica está estabilizada por puentes 
de hidrógeno entre el N-H y el C=O situado cuatro 
residuos adelante. 
¡ La hélice-α puede girar a la derecha (sentido de las 
manecillas del reloj, lo cual es más favorable) o a la 
izquierda en algunos casos.
¡ Los aa de mayor recurrencia en la formación incluyen la 
alanina, leucina, metionina y el glutamato.
¡ Todos los residuos se proyectan hacia afuera de la 
estructura.
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HÉLICE-α
¡ La prolina (P) rara vez puede formar 
parte de una hélice-α, ya que su 
estructura rígida de 5 miembros 
ocasiona impedimento estérico con 
el esqueleto de la espiral.
¡ Además, el nitrógeno del grupo amino 
no está disponible para formar un 
puente de hidrógeno.
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BACTERIORRODOPSINA. 
PROTEÍNA
TRANSMEMBRANAL
¡ Bomba de protones
transmembranal
¡ 7 hélices-α
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HOJA β-PLEGADA
¡ La cadena de polipéptido está extendida a lo largo. Los 
puentes de hidrógeno más frecuentes en esta 
estructura se forman entre el C=O y el N-H de las 
cadenas laterales. 
¡ La configuración puede ser paralela o antiparalela, 
dependiendo de la dirección del polipéptido.
¡ Las cadenas-β tienen una longitud de 5-10 residuos
aminoácidos usualmente.
¡ Dos o más cadenas forman una hoja-β.
¡ Las cadenas-β antiparalelas están conectadas por 
giros-β.
¡ Glicina y prolina son recurrentes en los giros-β. 21
Misma dirección (del N-terminal al C-terminal) Direcciones alternadas (N-terminal al C-terminal 
seguido por C-terminal al N-terminal)
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GIROS-β
¡ ¿Posiblemente una tercera estructura 
secundaria…?
¡ Pequeños segmentos de la cadena 
de polipéptido que le permiten 
cambiar de dirección.
¡ Formada por cuatro residuos 
aminoácidos.
¡ Permiten a la proteína adoptar una 
estructura tridimensional compacta.
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Bucles, motivos, barril-β
¿CÓMO DETERMINAR LA ESTRUCTURA 
SECUNDARIA?
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ESTRUCTURA TERCIARIA
Es la conformación espacial de los aminoácidos 
más allá de la secuencia lineal, e involucra otro tipo 
de interacciones (hidrofóbicas, iónicas, puentes de 
hidrógeno y puentes disulfuro).
Estructura tetramérica. 4 grupos 
hemo por tetrámero
Catalasa
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ESTRUCTURA 
TERCIARIA
¡ El sitio catalítico de una enzima es 
consecuencia de la estructura terciaria. 
¡ Algunos residuos lejanos entre sí pueden 
aproximarse en el proceso de 
plegamiento.
¡ Las proteínas contienen regiones locales con 
funciones específicas: dominios.
¡ Papel funcional o estructural.
¡ Aminoácidos polares se encuentran en la 
superficie, y los no polares hacia dentro.
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TIPOS DE ENLACES
Enlaces 
covalentes
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PROTEÍNAS FIBROSAS Y GLOBULARES
Fibrosas Globulares
Forma Alargadas y estrechas Redondas / esféricas
Propósito Estructurales Funcionales
Secuencia aa Repetitiva Irregular
Durabilidad Menos sensible a cambios de pH, 
temperatura, etc.
Más sensible a cambios de pH, 
temperatura, etc.
Ejemplos Colágeno, miosina, fibrina, actina, 
queratina, elastina
Enzimas, hemoglobina, insulina, 
inmunoglobulina
Solubilidad (En general) insoluble en agua (En general) soluble en agua
Estáticas, predominan 
estructuras secundarias
Lacasa
6F5K, PDB
Queratina
6E2J, PDB
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¿CÓMO
DETERMINAR LA 
ESTRUCTURA
TERCIARIA?
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ESTRUCTURA 
CUATERNARIA
¡ Las proteínascon más de una 
cadena polipeptídica pueden 
formar un cuarto nivel de 
organización.
¡ Las proteínas con una sola 
cadena de polipéptido no 
tendrán una estructura 
cuaternaria.
¡ Cada cadena de polipéptido es 
una subunidad.
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ESTRUCTURA CUATERNARIA
¡ La estructura cuaternaria hace referencia al orden 
espacial de las subunidades y la naturaleza de sus 
interacciones.
¡ Las interacciones débiles entre las subunidades 
ayudan a estabilizar la estructura completa de la 
proteína. Usualmente, las enzimas unen varias 
subunidades para formar la proteína final funcional.
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Las interacciones débiles son las más abundantes
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CUATRO NIVELES 
ESTRUCTURALES
RESUMEN
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