Este documento presenta las respuestas de Igor García Atutxa a 10 preguntas iniciales sobre conceptos básicos de biología estructural como la estructura primaria de las proteínas y los enlaces peptídicos. Luego, describe una actividad realizada sobre la proteína ADN polimerasa III alfa-epsilon quimera, analizando su estructura y función a partir de la entrada 4GX8 en la base de datos PDB.

1. Máster Universitario en
Bioinformática y Bioestadı́stica
Biologı́a Estructural
Prueba de Evaluación Continua 1
Igor Garcı́a Atutxa

2. Índice
1. Preguntas iniciales 2
2. Actividad 4
Referencias 20
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3. Biologı́a Estructural Igor Garcı́a Atutxa
1. Preguntas iniciales
1. ¿Cuál es el orden de los aminoácidos en la estructura primaria de
una proteı́na?
El orden de los aminoácidos en una secuencia primaria de una proteı́na está
determinado por el orden de los codones codificados en el RNA mensajero
comenzando a partir del codón de inicio hasta el codón de paro. Lo cual da
como resultado una proteı́na que inicia en el extremo amino terminal (N-
terminal) y terminando en el extrema carboxilo terminal (C-terminal).
2. ¿Qué caracterı́sticas tiene el enlace peptı́dico?
Es el enlace covalente existente entre los diferentes aminoácidos de una pro-
teı́na, donde se enlaza el grupo carboxilo (COOH) de un aminoácido con el
grupo amino (NH2) del siguiente aminoácido a través de un átomo central
de carbono, llamado carbono alfa.
3. ¿Qué caracterı́sticas tienen los aminoácidos que se encuentran en
el interior de las proteı́nas? ¿Y los del exterior? Razonad la res-
puesta y poned algún ejemplo.
En la parte interior de las proteı́nas se encuentran los aminoácidos apolares
(hidrofóbicos), de esta forma, están lejos del contacto con el agua (Alaina,
Cı́steina, Glicina...). En la parte exterior se ubican los aminoácidos polares
(hidrofı́licos), que estarán en contacto con el agua (Asparagina, Glutamina,
Serina...).
4. Describid las regiones del diagrama de Ramachandran. ¿Cuál es la
utilidad que puede tener este diagrama?
El diagrama de Ramachandran permite visualizar las regiones estericamente
permitidas y no permitidas para un aminoácido1
en función de los ángulos ψ
(formado por el átomo C con el C alfa) y φ (formado por N y C alfa), apor-
tando de esta forma información sobre la estructura secundaria del mismo.
El diagrama consta de dos regiones: una región sin impedimentos estéricos,
donde se encuentran las estructuras secundarias hélice alfa y hoja beta, la
otra, una región estericamente no permitida.
5. ¿Qué tipo de enlaces se encuentran en las alfa hélices?
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La Glicina no tiene cadena lateral y por lo tanto puede adoptar ángulos ψ y φ en los cuatro
cuadrantes del gráfico de Ramachandran.
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Un enlace de puente de hidrógeno entre los átomos de oxı́geno del grupo car-
bonilo (C=O) de un aminoácido y el átomo de hidrógeno del grupo amino
(N-H) de otro aminoácido situado a cuatro aminoácidos de distancia en la
cadena. De esta forma, cada aminoácido de la hélice forma dos puentes de
hidrógeno con su enlace peptı́dico y los enlaces peptı́dicos de los aminoácidos
situados cuatro aminoácidos por delante y por detrás.
6. ¿Por qué la glicina es un aminoácido especial? ¿Qué propiedades
tiene?
La glicina tiene un único hidrógeno en su cadena lateral, pudiendo adoptar
un número mayor de conformaciones. Además, es un aminoácido hidrofóbico.
7. ¿Qué propiedades tiene la prolina que la hacen útil en la estructura
secundaria?
La prolina es un aminoácido que cuando aparece en una hélice causa una
curva que suele romper la hélice, lo que puede ayudar a intuir la estructura
secundaria.
8. ¿Qué dos funciones tienen los giros?
Conectan regiones alfa y beta, además de formar sitios de unión y sitios ac-
tivos de enzimas.
9. ¿Qué son secuencias palindrómicas? Poned un ejemplo de su im-
portancia.
Son aquellas secuencias idénticas leı́das de dos hebras complementarias. Es-
tas secuencias tienen una repercusión importante en la estructura 3D del
ADN.
10. Nombrad tres ejemplos de fenómenos que producen una desnatu-
ralización proteica.
La aplicación de algún estrés externo, una sal externa, calor o un solvente
orgánico.
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5. Biologı́a Estructural Igor Garcı́a Atutxa
2. Actividad
Vamos a trabajar con la proteı́na ADN polimerasa III alpha-epsilon chi-
mera.
a) Leed sobre ella desde el punto de vista funcional (replicación de
ADN) y estructural (subunidades, componentes moleculares). Ha-
ced un breve resumen (máximo 150 palabras)
Un complejo compacto y flexible de las tres subunidades centrales (αθ) y
la abrazadera deslizante β2 es responsable de la sı́ntesis de ADN por Pol
III, la replicasa del ADN cromosómico de Escherichia coli. La subunidad ‘α’
tiene función de polimerasa, y el segmento C-terminal de las subunidades
‘’ poseen actividad de exonucleasa. La subunidad ‘’ está unida a ‘α’ en un
sitio alejado del sitio activo de la polimerasa mediante 22 residuos con una
alta movilidad. El dominio globular ‘’ se une a la subunidad θ. La unión
flexible y larga por la que el dominio globular de la exonucleasa se une a la
subunidad sugiere que se llevan a cabo importantes cambios conformaciona-
les en la transición de la polimerización al modo de corrección [1].
b) Describid brevemente qué es PDB.
Es una base de datos de dominio público, que contiene la estructura tridi-
mensional de múltiples proteı́nas y ácidos nucleicos.
c) Analizad las estadı́sticas sobre PDB tanto a nivel de contenido
como la evolución temporal de la base de datos. ¿Dónde habéis
encontrado esta información?
Desde su creación en todos los años se ha registrado un aumento en el número
de registros nuevos respecto al año anterior, salvo en los años 2008, 2014 y
2018. En la actualidad, contiene más de 193.000 registros.
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Figura 1: Acumulado anual de los registros en PDB a lo largo de los años. Gráfica
obtenida a partir de los datos de la Figura 2
Figura 2: Evolución de nuevos registros en PDB a lo largo de los años. Tabla
obtenida de https://www.wwpdb.org/stats/deposition.
d) Buscad la entrada 4GX8 en PDB. Es la estructura cuaternaria de
ADN polimerasa III alpha-epsilon chimera.
Explicad muy brevemente qué encontramos en las diferentes
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pestañas de la entrada de la proteı́na 4GX8 en PDB.
Al ingresar a la página https://www.rcsb.org/ y buscar la estructura
4GX8, se encuentran las pestañas:
a) Structure summary (resumen de la estructura): se presentan carac-
terı́sticas generales como el DOI, clasificación, organismo, sistema de
expresión, mutaciones...
b) 3D view (vista tridimensional): se despliega la secuencia primaria
de la proteı́na, y la estructura interactiva de la estructura en tres di-
mensiones. Se pueden resaltar a discreción aminoácidos especı́ficos en
la secuencia, dominios estructurales, añadir o quitar moléculas de agua,
hacer y exportar animaciones, desplegar distintas vistas de la proteı́na
(listón, globular, etc).
c) Annotations (anotaciones): donde se muestra la información de la ca-
dena, dominio, clase, arquitectura, topologı́a y homologı́a de la proteı́na.
d) Experiments (experimentos): describe los procedimientos experimen-
tales mediante los cuales se resolvieron las estructuras.
e) Sequence (secuencia): resume las caracterı́sticas estructurales y
biológicas, ası́ como las relaciones con las entradas UniProtKB.
f) Genome (genome): provee un resumen gráfico que correlaciona la se-
cuencia de entada de la estructura en PDB y su respectivo genoma.
g) Versions (versiones): despliega las distintas versiones de la estructura
que han sido reportadas con sus respectivas caracterı́sticas.
¿Qué método experimental se utilizó para resolver la estruc-
tura? Con qué resolución?
Resolución de la estructura por difracción de rayos X. Y la cristalización
se llevó a cabo por difusión por vapor por gota colgante. Resolución:
alta 1.7 y baja 23.24.
¿Cuáles son los autores de la estructura experimental?
Kiyoshi Ozawa, Nicholas P. Horan, Andrew Robinson, Hiromasa Yagi,
Flynn R. Hill, Slobodan Jergic, Zhi-Qiang Xu, Karin V. Loscha, Nan
Li, Moeava Tehei, Aaron J. Oakley, Gottfried Otting, Thomas Huber,
Nicholas E. Dixon.
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8. Biologı́a Estructural Igor Garcı́a Atutxa
¿Dónde encontramos la estructura primaria de esta proteı́na,
es decir, la secuencia de aminoácidos?
En la pestaña ‘sequence’ se encuentran los aminoácidos contenidos en
cada subunidad.
¿Encontramos la misma secuencia en las distintas subunida-
des?
No.
¿Cuántos aminoácidos contiene cada subunidad?
Alfa: posición 46-315 (270 aminoácidos). Épsilon: posición 1-36 (36
aminoácidos)
¿A qué ligandos está unida la proteı́na? ¿En qué cadenas se en-
cuentran? Indica en qué apartado encontráis esta información.
La proteı́na está unida al Cloruro (Cl−
). Se encuentra en las cadenas
A, B, C y D. Esta información se puede ver en la pestaña de ‘sequence’
en la apartado de ‘BINDING SITE CL’.
¿En qué funciones moleculares está involucrada? Indica en qué
apartado encontráis esta información.
Esta información se encuentra en la pestaña ‘Annotations’, en la co-
lumna ‘Molecular Function’ dentro del apartado ‘Gene Product Anno-
tation’.
Funciones moleculares en las que está involucrada: actividad catalı́tica,
actividad nucleasa, actividad exonucleasa, 3’-5’ actividad exonucleasa,
actividad hidrolasa, actividad hidrolasa que actúa sobre enlaces éster,
unión de ácido nucleico, unión al ADN vinculante, unión de compues-
tos cı́clicos orgánicos, unión de compuestos heterocı́clicos, actividad de
la ADN polimerasa dirigida por ADN, actividad transferasa, actividad
transferasa transfiriendo grupos que contienen fósforo, actividad nucleo-
tidiltransferasa, actividad de la ADN polimerasa, actividad catalı́tica
actuando sobre el ADN, actividad catalı́tica actuando sobre un ácido
nucleico, unión de iones, unión catiónica y unión de iones metálicos.
e) Buscad la forma de llegar a la representación de la estructura se-
cundaria de cada una de las subunidades y ponedla en el documen-
to.
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9. Biologı́a Estructural Igor Garcı́a Atutxa
Figura 3: Estructura subunidad alfa.
Figura 4: Estructura subunidad epsilon.
A partir de la información que podéis ver en esta nueva entrada:
Figura 5: Pestaña ‘sequence’.
¿Como se deduce la estructura secundaria de esta proteı́na?
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10. Biologı́a Estructural Igor Garcı́a Atutxa
En la pantalla ‘sequence’ el punto ‘SECONDARY STRUCTURE’ nos
indica la estructura secundaria de la proteı́na.
¿Las subunidades tienen un contenido estructural igual?
¿Cómo se sabe?
No tienen un contenido estructural igual. Para ver la composición de
aminoácidos de cada subunidad podemos ampliar diferentes zonas de la
estructura.
Figura 6: Estructura de aminoácidos de cada una de las subunidades.
¿En qué posición de la secuencia hay el sitio de unión al ligan-
do? ¿A qué aminoácido corresponde?
En la posición 38, que corresponde a la Arginina (R).
f) Averiguad de qué gen/es proviene la proteı́na? ¿Dónde lo habéis
encontrado en PDB?
El gen del que proviene es el dnaQ, conocido también como mutD, b0215,
JW0205, dnaE, polC, b0184 o JW0179 (EC: 2.7.7.7). Esta información se
encuentra en la pestaña ‘Structure Summary’ en la sección ‘Macromolecules’.
g) Indicad la manera de encontrar la representación 3D de la proteı́na
dentro de PDB:
En la pestaña 3D view (https://www.rcsb.org/3d-view/4GX8).
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11. Biologı́a Estructural Igor Garcı́a Atutxa
Figura 7: Estructura 3D donde se muestran las moléculas de agua (puntos rojos).
Haced una captura de pantalla donde se observen las moléculas
de agua (puntos rojos)
Figura 8: Estructura 3D don se muestran las moléculas de agua (puntos rojos).
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12. Biologı́a Estructural Igor Garcı́a Atutxa
¿Qué se representa en esta imagen? ¿A qué corresponde cada
color?
Cada uno de los 4 monómeros de la proteı́na.
h) Explicad como localizar la forma de ver el fichero PDB donde se
encuentran las coordenadas de los átomos que forman la estructura
cuaternaria de nuestra proteı́na.
En la pestaña ‘Structure Summary’, pulsamos el botón ‘Display Files’ y
después seleccionados ‘PDB format’.
Explicad brevemente el significado de cada columna del fiche-
ro PDB en la descripción de cada átomo.
ˆ Primera columna. Indica que se trata de un átomo.
ˆ Segunda columna. Identificador de cada átomo.
ˆ Tercera columna. Elemento al que se refiere dentro del aminoácido.
ˆ Cuarta columna. Aminoácido al que corresponde ese átomo.
ˆ Quinta columna. Nombre de la cadena.
ˆ Sexta columna. El número de la secuencia al que corresponde el
aminoácido.
ˆ Séptima, octava y novena columna. Coordenadas X, Y y Z del
átomo.
ˆ Décima columna. Elemento quı́mico al que corresponde ese átomo.
Figura 9: Significado de cada columna en el formato PDB.
Localizad en este mismo fichero la secuencia de aminoácidos
de cada subunidad. ¿Cuántas subunidades hay? ¿Cuántos
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13. Biologı́a Estructural Igor Garcı́a Atutxa
aminoácidos tiene cada una? ¿Son iguales? Haced una captura
de dónde encontráis la secuencia.
Hay dos subunidades:
ˆ Subunidad Epsilon (36 aminoácidos). MET, ALA, SER, LYS, LEU,
ARG, VAL, VAL, PHE, ALA, THR, ASP, GLU, GLU, ILE, ALA,
ALA, HIS, GLU, ALA, ARG, LEU, ASP, LEU, VAL, GLN, LYS,
LYS, GLY, GLY, SER, CYS, LEU, TRP, ARG, ALA.
ˆ Subunidad Alfa (270 aminoácidos). MET, SER, GLU, PRO, ARG,
PHE, VAL, HIS, LEU, ARG, VAL, HIS, SER, ASP, TYR, SER,
MET, ILE, ASP, GLY, PRO, ALA, LYS, THR, ALA, PRO, LEU,
VAL, LYS, LYS, ALA, ALA, ALA, LEU, GLY, MET, PRO, ALA,
LEU, ALA, ILE, THR, ASP, PHE, THR, ASN, LEU, CYS, GLY,
LEU, VAL, LYS, PHE, TYR, GLY, ALA, GLY, HIS, GLY, ALA,
GLY, ILE, LYS, PRO, ILE, VAL, GLY, ALA, ASP, PHE, ASN,
VAL, GLN, CYS, ASP, LEU, LEU, GLY, ASP, GLU, LEU, THR,
HIS, LEU, THR, VAL, LEU, ALA, ALA, ASN, ASN, THR, GLY,
TYR, GLN, ASN, LEU, THR, LEU, LEU, ILE, SER, LYS, ALA,
TYR, GLN, ARG, GLY, TYR, GLY, ALA, ALA, GLY, PRO, ILE,
ILE, ASP, ARG, ASP, TRP, LEU, ILE, GLU, LEU, ASN, GLU,
GLY, LEU, ILE, LEU, LEU, SER, GLY, GLY, ARG, MET, GLY,
ASP, VAL, GLY, ARG, SER, LEU, LEU, ARG, GLY, ASN, SER,
ALA, LEU, VAL, ASP, GLU, CYS, VAL, ALA, PHE, TYR, GLU,
GLU, HIS, PHE, PRO, ASP, ARG, TYR, PHE, LEU, GLU, LEU,
ILE, ARG, THR, GLY, ARG, PRO, ASP, GLU, GLU, SER, TYR,
LEU, HIS, ALA, ALA, VAL, GLU, LEU, ALA, GLU, ALA, ARG,
GLY, LEU, PRO, VAL, VAL, ALA, THR, ASN, ASP, VAL, ARG,
PHE, ILE, ASP, SER, SER, ASP, PHE, ASP, ALA, HIS, GLU,
ILE, ARG, VAL, ALA, ILE, HIS, ASP, GLY, PHE, THR, LEU,
ASP, ASP, PRO, LYS, ARG, PRO, ARG, ASN, TYR, SER, PRO,
GLN, GLN, TYR, MET, ARG, SER, GLU, GLU, GLU, MET,
CYS, GLU, LEU, PHE, ALA, ASP, ILE, PRO, GLU, ALA, LEU,
ALA, ASN, THR, VAL, GLU, ILE, ALA, LYS, ARG, CYS, ASN,
VAL, THR
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14. Biologı́a Estructural Igor Garcı́a Atutxa
Figura 10: Primeros quince aminoácidos de la subunidad Epsilon.
¿Qué coordenadas (x,y,z) tiene el ligando en cada una de las
cadenas?
Figura 11: Coordenadas del ligando en cada una de las cadenas (rectángulo rojo).
i) Buscad la entrada “1IYH ” en PDB:
¿A qué proteı́na corresponde? ¿A qué organismo? ¿A qué li-
gando orgánico está unida?
Corresponde a la proteı́na Hematopoietic prostaglandin D synthase del
organismo Homo sapiens. Está unida al ligando orgánico Glutatión.
Utilizando la herramienta Search averiguad:
¿Cuántas estructuras hay anotadas en PDB para esta proteı́na
en este organismo, resueltas con rayos X a una resolución en-
tre 2,0 y 2,5 Angstroms? Enumeradlas
Hay 10:
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15. Biologı́a Estructural Igor Garcı́a Atutxa
ID Nombre
2VCX Complex structure of prostaglandin D2 synthase at 2.1A.
2VD0 Complex structure of prostaglandin D2 synthase at 2.2A.
2VD1 Complex structure of prostaglandin D2 synthase at 2.25A.
3KXO An orally active inhibitor bound at the active site of HPGDS
3VI5 Human hematopoietic prostaglandin D synthase inhibitor
complex structures
3VI7 Human hematopoietic prostaglandin D synthase inhibitor
complex structures
4EDZ Crystal structure of hH-PGDS with water displacing inhibitor
5AIV Complex of human hematopoietic prostagandin D2 synthase
(hH-PGDS) in complex with an active site inhibitor.
5AIX Complex of human hematopoietic prostagandin D2 synthase
(hH-PGDS) in complex with an active site inhibitor.
6W58 hPGDS complexed with an aza-quinoline
¿Cuántos ligandos hay anotados para estas estructuras? Haced
una lista de los nombres de estos ligandos.
Hay dos ligandos diferentes: glutatión y Magnesio (Mg+2
).
j) Buscad “2J0F” en PDBSUM:
¿Cuántas subunidades tiene este PDB? ¿Son iguales? ¿Qué
nombre reciben?
Hay 3 dominios: Dominios 1, 2 y 3.
¿A qué ligando orgánico está unida la proteı́na?
Timina
¿Cuántos hay por cada cadena?
3
¿Con qué residuos más importantes de la proteı́na interaccio-
na el ligando?
En el siguiente gráfico se muestran las interacciones.
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16. Biologı́a Estructural Igor Garcı́a Atutxa
Figura 12: Todos los aminoácidos que interaccionan con el ligando.
Hay un apartado donde podéis observar las regiones del dia-
grama de Ramachandran. ¿Cuántos residuos hay de esta es-
tructura experimental en zonas no permitidas?
Hay dos residuos en zonas no permitidas: LYS275 (B) y ALA238 (B).
¿Podéis nombrar que residuos se observan en el diagrama?
LYS275(B), ASP274(B), LYS275(D), ALA474(D), ALA238(B), ALA297(B).
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17. Biologı́a Estructural Igor Garcı́a Atutxa
Figura 13: Diagrama de Ramachandran.
Explorando la entrada en PDBSUM podéis encontrar los
elementos de estructura secundaria de la proteı́na. Haced una
lista de las hélices alfa y las hebras (strand) beta que tengan
más de 5 residuos. ¿En qué residuo empiezan y en cuál acaban?
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18. Biologı́a Estructural Igor Garcı́a Atutxa
Figura 14: Las hélices alfa aparecen marcadas en el diagrama como ‘Hn’ y las
hebras como β. En ambos casos, los residuos que las abarcan se encuentran en el
código de una letra abajo.
k) Ahora buscad “4HLI” en PDB.
¿A qué tipo de estructura corresponde? ¿Es una proteı́na?
Justificad la respuesta.
No es una proteı́na, se trata de un fragmento de DNA ‘DNA dodecamer
containing 5-hydroxymethyl-cytosine’ de Homo sapiens.
La estructura tiene ligandos, ¿cuáles son?
Sı́. K+
y Mg+2
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19. Biologı́a Estructural Igor Garcı́a Atutxa
Utilizando el fichero de coordenadas, decid cuáles son las
coordenadas de los ligandos.
Figura 15: Coordenadas de los ligandos (rectángulo rojo).
Buscad la secuencia FASTA (la estructura primaria) de la es-
tructura.
CG 5HC GAATTCGCG
¿Qué simbolizan las letras que aparecen? ¿Son aminoácidos?
Explicad porque no aparece la letra U.
Son nucleótidos. No aparece la U de uranilo, porque se trata de una
secuencia de DNA y no de RNA.
Utilizando la visión 3D (3D View) de PDB, encontrad la
manera de visualizar la estructura secundaria de 4HLI y
plasmad el dibujo.
Figura 16: Estructura secundaria de 4HLI.
¿Cuál es la forma geométrica de la estructura terciaria de
4HLI?
Doble hélice.
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20. Biologı́a Estructural Igor Garcı́a Atutxa
Referencias
[1] Ozawa K, Horan NP, Robinson A, et al. Proofreading exonuclease
on a tether: the complex between the E. coli DNA polymerase III
subunits α, epsilon, θ and β reveals a highly flexible arrangement of
the proofreading domain. Nucleic Acids Res. 2013. 41(10):5354-5367.
doi:10.1093/nar/gkt162
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