Las proteínas funcionan uniéndose selectivamente a moléculas llamadas ligandos. La especificidad de unión depende de enlaces no covalentes que forman entre los aminoácidos de la proteína y el ligando. Las enzimas aceleran las reacciones químicas al estabilizar los estados de transición mediante su sitio activo. La actividad de las proteínas se regula a través de mecanismos como la retroalimentación negativa, la regulación alostérica, la fosforilación y la hidrólisis de ATP. Las té

1. ¿COMO TRABAJAN
LAS PROTEINAS?
Biología Celular Medicina
Prof. Catherine Guzmán.
2011

2. LA FUNCION DE UNA PROTEINA DEPEDE DE SU
CAPACIDAD SELECTIVA DE UNION A DETERMINADAS
MOLECULAS (LIGANDOS)
AMP cíclico
-La región de la proteína que se asocia a su ligando recibe el nombre de sitio de unión.
- El sitio de unión está formado por aminoácidos específicos provenientes de regiones alejadas de la
cadena polipeptídica
- La unión de una proteína a su ligando es altamente específica
-La especificidad de unión depende de enlaces no covalentes: puentes hidrógeno, enlaces iónicos,
fuerzas de van der Waals e interacciones hidrofóbicas.
-Las proteínas tienen alta afinidad por su ligando.

3. EFECTO CATALIZADOR
DE LAS ENZIMAS
ACTIVIDAD ENZIMATICA

4. ENZIMAS
Catalasa: 2 H2O2 2H2O + O2
Condición Ea(kcal/mol) Velocidad (l/mol/seg)
No catalizado 18 1 x10 -7
Catalizado por Fe 10 56
Catalasa 2 4 x106
Energía libre, G
Energía de
activación
enzimática
∆G
Progreso de la reacción →
Catalizadores: las enzimas disminuyen las barreras energéticas que bloquean el desarrollo de una
reacción química.
Las enzimas estabilizan el estado de transición de la reacción al formar un complejo de unión
específico con el sustrato
Las enzimas son altamente específicas: catalizan solo una reacción

5. PRINCIPALES CLASES DE ENZIMAS
1) Hidrolasas: catalizan rupturas hidrolíticas (adición de H20). (Proteasas,
nucleasas, fosfatasas, ATPasas).
Ej: Carboxipeptidasa A (aa-aa)n + H20 (aa-aa)n-1 + aa
2) Tansferasas: catalizan la transferencia de un grupo funcional. Quinasas
Ej: Hexoquinasa D-Glucosa + ATP Glucosa-6P + ADP
3) Oxidorreductasa (deshidrogenasas): catalizan reacciones de oxido-
reduccción. Generalmente utilizan coenzimas como NAD+/FAD
Ej: Alcohol deshidrogenasa Etanol + NAD+ Acetaldehído + NADH

6. PRINCIPALES CLASES DE ENZIMAS
4) Liasas: adicionan o remueven grupos a un C=C.
Ej: Piruvato descarboxilasa Piruvato Acetaldehído + CO2
5) Isomerasas: catalizan el reordenamiento de enlaces (isomerización) dentro
de una molécula
Ej: Glucosa isomerasa Glucosa Galactosa
6) Ligasas: catalizan la formación de enlaces (condensación) con aporte de
ATP. (Polimerasas, sintasas)
Ej: Piruvato carboxilasa Piruvato + CO2 + ATP OAA + ADP + P

7. Mecanismos de las enzimas para acelerar
las reacciones
Sitio activo:
Región donde se reconoce a el o los sustratos y región donde se cataliza la reacción.
Orientación de los sustratos Alteración de la carga Tensión sobre el sustrato
La enzima une dos moléculas de electrostática del sustrato La enzima ejerce tensión física
sustrato y los orienta precisamente La enzima reordena los sobre los enlaces del sustrato
para desencadenar una reacción que electrones en el sustrato creando para favorecer la reacción
ocurre entre ellos cargas parciales negativas y
positivas que favorecen la
reacción

8. ACTIVIDAD ENZIMATICA DE LA LISOZIMA
NOTA: Animación disponible en archivo lisozima.mov

9. PROTEINA KINASA A

10. GRUPOS PROSTETICOS
Grupo hemo Retinal
La actividad de algunas proteínas requiere de una pequeña molécula no peptídica o un
metal que se une firmemente a la proteína, la mantiene en una conformación fija y participa
en la unión con ligandos.

11. Cofactores y Coenzimas
La actividad de algunas enzimas también dependen de grupos prostéticos llamados
cofactores que generalmente forman un intermediario covalente con el sustrato contribuyendo
a disminuir la energía libre de activación.
Dentro de los cofactores se encuentran diferentes iones metálicos:Fe3+, Cu+ Zn+, Co2+, Ni+,
Mg2+ Mn2+
Tambìén existen los cofactores orgánicos llamados coenzimas. Algunas se caracterizan por
permitir la transferencia de grupos de una enzima a otra en reacciones acopladas Ej: NADH,
FADH, Acetil-CoA

12. VITAMINAS QUE PROPORCIONAN COENZIMAS
EN CELULAS HUMANAS

13. Los complejos multienzimáticos ayudan a
incrementar la velocidad del metabolismo celular
Para una célula es vital mantener la actividad metabólica, por ejemplo, una célula típica de
mamíferos recambia toda su dotación de ATP cada 1-2 minutos (=107 moléculas de ATP/seg)
Las reacciones enzimáticas pueden estar limitadas por difusión, lo que implica la baja probabilidad
de colisión entre la enzima y el sustrato.

14. Complejo multimérico: piruvato deshidrogenasa
E1: piruvato descarboxilasa
E2: lipoamida transacetilasa
E3: dihidrolipoil deshidrogenasa

15. REGULACION DE LA ACTIVIDAD DE
ENZIMAS

16. REGULACION POR RETROALIMENTACION NEGATIVA

17. INHIBICIÓN POR RETROALIMENTACIÓN:
REGULACIÓN DE VIAS METABÓLICAS CONECTADAS
Las vías metabólicas son complejas
y requieren sistemas de control
elaborados que regulen cuando y
cómo las reacciones enzimáticas
han de ocurrir.
• En el ejemplo: ruta de síntesis de
aminoácidos (Lys, Met, Ile, -Thr) en bacterias.
• Los aa. sintetizados, una vez producidos
inhiben la cadena metabólica en diferentes
puntos, permitiendo derivar los sustratos hacia
otras vías metabólicas.

18. REGULACION ALOSTERICA
La interacción del efector (inhibidor o activador) con la proteína en el sitio alostérico,
produce un cambio conformacional que altera la disposición espacial del sitio activo.

19. REGULACION ALOSTERICA NEGATIVA

20. REGULACION ALOSTERICA NEGATIVA
Aspartato transcarbamilasa primera enzima en la vía de síntesis de pirimidinas
(C,U,T) en bacterias

21. REGULACION ALOSTERICA POSITIVA

22. REGULACION ALOSTERICA POSITIVA
Liberación alostérica de subunidades

23. El Ca2+ es muy utilizado para regular la
actividad proteica
• La concentración de Ca2+ en el
citosol es muy baja (aprox. 10-7 M).
• Cuando aumenta el Ca2+ citosólico
proteinas como calmodulina se unen a
Ca2+ activándose.
• Calmodulina/Ca2+ activa a otras
proteínas intracelulares actuando
como un interruptor molecular.

24. LA UNION DE GTP GENERA CAMBIOS CONFORMACIONALES
QUE ACTIVAN ALGUNAS PROTEINAS
- Las proteínas que unen GTP funcionan como interruptores
moleculares.
- Ejemplo: proteínas G que comunican una señal extracelular al
interior de la célula

25. LA FOSFORILACION GENERA CAMBIOS
CONFORMACIONALES QUE CONTROLAN LA ACTIVIDAD DE
LAS PROTEINAS
• Fosforilación: transferencia catalizada (por
una quinasa) del grupo fosfato terminal del
ATP al grupo hidroxilo de un residuo de
serina, treonina o tirosina.
• La desfosforilación es catalizada por una
enzima fosfatasa.
• La adición de un grupo fosfato involucra la
adición de cargas que contribuyen a
estimular un cambio conformacional en la
proteína.

26. ACTIVACIÓN DE LA ENZIMA GLICÓGENO FOSFORILASA
POR FOSFORILACION EN RESPUESTA A ADRENALINA

27. En muchos casos la conformación de las
proteínas fosforiladas es reconocida por otras
proteínas activando su función.
Respuesta celular a insulina

28. ACTIVACION PROTEOLITICA
Las enzimas digestivas como
tripsina y quimotripsina se
producen como enzimas
inactivas o zimógenos, que se
activan por proteólisis en la luz
del intestino delgado.

29. LA HIDRÓLISIS DE ATP PRODUCE CAMBIOS CONFORMACIONES EN
LAS PROTEÍNAS MOTORAS QUE PERMITEN EL MOVIMIENTO AL
INTERIOR DE LAS CÉLULAS
NOTA: Animación disponible en archivo kinesina.mov

30. ANALISIS DE PROTEINAS
- Cromatografía
- Electroforesis
- Inmunopurificación

31. SEPARACION DE PROTEINAS POR
CROMATOGRAFIA

32. SEPARACION DE PROTEINAS
POR CROMATOGRAFIA

33. INMUNOPURIFICACION

34. ELECTROFORESIS EN GEL
Cuando se aplica un campo eléctrico a una solución que contiene moléculas proteícas, éstas migran en
una dirección y con una velocidad que refleja su tamaño y su carga neta.
Se utiliza como soporte para la migración de las proteínas una malla porosa formada por la polimerización
de moléculas como la acrilamida o la agarosa.

35. Electroforesis en gel
de poliacrilamida - SDS
SDS: detergente que permite solubilizar las
proteínas, se asocia a las proteínas formado un
complejo con ellas que posee cargas negativas
en su superficie.
Mercaptoetanol: agente reductor que permite
romper los enlaces S-S dentro de una cadena
polipeptídica o entre cadenas diferentes.
Electroforesis: al aplicar un campo eléctrico las
proteínas cargadas negativamente por el SDS
migrarán hacia el polo positivo, la velocidad de
migración será directamente proporcional al
tamaño de la proteína (peso molecular).

36. EJEMPLO: PASOS EN LA
PURIFICACION DE UNA
PROTEINA
1: Extracto celular total
2: Fracción obtenida de la columna de intercambio iónico
3: Fracción obtenida de la cromatografía de filtración en gel
4 y 5: Fracciones de la columna de afinidad donde el sustrato fue inmovilizado en la columna.
En todos los carriles se ha sembrado la misma cantidad de proteína 10 ug

37. ISOELECTROENFOQUE
•Todas las proteínas presentan un pH característico llamado punto isoeléctrico en el cual su carga neta es cero.
•En el enfoque isoeléctrico las proteínas son sometidas a una electroforesis en la cual se establece un gradiente
de pH mediante una mezcla de buffers.
•Cada proteína se mueve hasta un punto en que su carga neta es cero, es decir, hasta alcanzar la zona de pH de
su punto isoléctrico.