Ejercicio resuelto de Proteínas · Biología · Asturias · 2022

1. Dorothy Maud Wrinch fue la científica británica nacida en 1894 pionera en el uso de modelos matemáticos para deducir la estructura tridimensional de las proteínas. Se representan las fórmulas de tres aminoácidos.
a. Representa el péptido resultante de la unión de los 3 aminoácidos que se representan, de manera que Arg ocupe el extremo amino y Cys el carboxilo. (Calificación máxima 0,5 puntos)
b. Representa la ionización de los tres aminoácidos cuando el pH del medio es muy bajo (ácido). (Calificación máxima 0,5 puntos)
c. Describe las características fundamentales de las regiones peptídicas con estructura de hélice-alfa y las que presentan plegamiento en lámina-beta. (Calificación máxima 0,5 puntos)
d. Para que una proteína estructural sea lo más resistente posible, ¿Cuál debe ser su conformación mayoritaria, hélice-alfa o lámina-beta? Razona tu respuesta. (Calificación máxima 0,5 puntos)

$\mathbf{\text{a.}}\mathbf{\text{Representa}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{p}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{ptido}}\mathbf{\text{resultante}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{uni}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{3}}\mathbf{\text{amino}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cidos}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{representan,}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{manera}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{Arg}}\mathbf{\text{ocupe}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{extremo}}\mathbf{\text{amino}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{Cys}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{carboxilo.}}\mathbf{\text{(Calificaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{xima}}\mathbf{\text{0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Los tres aminoácidos del enunciado son la arginina, la leucina y la cisteína, y se distinguen únicamente por su radical: el de la arginina termina en un grupo guanidinio, el de la leucina es una cadena ramificada apolar y el de la cisteína lleva un grupo tiol. Con la arginina en el extremo amino y la cisteína en el carboxilo, el orden es Arg-Leu-Cys:



Cada unión es un $\mathbf{\text{enlace}}\mathbf{\text{pept}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{dico}}$, formado por condensación entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino del siguiente, con pérdida de una molécula de agua; al unir tres aminoácidos se desprenden dos. Los radicales quedan fuera del esqueleto, colgando de cada carbono $\alpha$, y son ellos los que darán a la cadena sus propiedades.

$\mathbf{\text{b.}}\mathbf{\text{Representa}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{ionizaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{tres}}\mathbf{\text{amino}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cidos}}\mathbf{\text{cuando}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{pH}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{medio}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{muy}}\mathbf{\text{bajo}}\mathbf{\text{(}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cido).}}\mathbf{\text{(Calificaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{xima}}\mathbf{\text{0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

A pH muy bajo hay un exceso de protones en el medio, de modo que todos los grupos capaces de captarlos lo hacen y ninguno cede el suyo. En consecuencia, el grupo carboxilo permanece $\mathbf{\text{sin}}\mathbf{\text{ionizar}}$, como $-\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}$, y el grupo amino se $\mathbf{\text{protona}}$, pasando a $-\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3^{+}$: el aminoácido queda con carga neta $\mathbf{\text{positiva}}$, es decir, se comporta como un catión.

$\text{Amino}\acute{\text{a}}\text{cido}$	$\text{Forma a pH }\acute{\text{a}}\text{cido}$	$\text{Carga neta}$
Arginina	${}^{+}{\mathrm{H}}_3\mathrm{N}-\mathrm{C}\mathrm{H}(\mathrm{R})-\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}$, con el radical guanidinio también protonado	$+2$
Leucina	${}^{+}{\mathrm{H}}_3\mathrm{N}-\mathrm{C}\mathrm{H}(\mathrm{R})-\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}$, radical apolar sin ionizar	$+1$
Cisteína	${}^{+}{\mathrm{H}}_3\mathrm{N}-\mathrm{C}\mathrm{H}(\mathrm{R})-\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}$, con el tiol sin ionizar	$+1$

La arginina es el caso particular: su radical es básico y a pH ácido está también cargado positivamente, de ahí que su carga neta sea $+2$ y que su punto isoeléctrico esté en torno a 10,8, muy por encima del de los otros dos.

$\mathbf{\text{c.}}\mathbf{\text{Describe}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{caracter}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{sticas}}\mathbf{\text{fundamentales}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{regiones}}\mathbf{\text{pept}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{dicas}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{estructura}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{h}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{lice-alfa}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{presentan}}\mathbf{\text{plegamiento}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{l}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{mina-beta.}}\mathbf{\text{(Calificaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{xima}}\mathbf{\text{0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Las dos son formas de estructura secundaria, es decir, del plegamiento regular que adopta la cadena por giro en torno a los enlaces del carbono $\alpha$, y las dos se estabilizan por puentes de hidrógeno entre el $\mathrm{C}=\mathrm{O}$ de un enlace peptídico y el $\mathrm{N}-\mathrm{H}$ de otro.

La $\mathit{\alpha }$-$\mathbf{\text{h}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{lice}}$ es un enrollamiento en espiral dextrógiro, con 3,6 aminoácidos por vuelta y un paso de rosca de 0,54 nm. Sus puentes de hidrógeno se establecen $\mathbf{\text{dentro}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{misma}}\mathbf{\text{cadena}}$, entre un aminoácido y el situado cuatro posiciones más adelante, y quedan paralelos al eje. Los radicales apuntan hacia fuera. Es una estructura compacta y flexible, como un muelle.

La $\mathbf{\text{l}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{mina}}$ $\mathit{\beta }$ o conformación $\beta$ plegada es una disposición en zigzag, casi extendida, en la que varios tramos se colocan uno al lado de otro, en paralelo o en antiparalelo. Aquí los puentes de hidrógeno son $\mathbf{\text{entre}}\mathbf{\text{tramos}}\mathbf{\text{distintos}}$ y perpendiculares a ellos. Los radicales sobresalen alternativamente por encima y por debajo del plano. El resultado es una superficie plegada en abanico, muy poco elástica.

$\mathbf{\text{d.}}\mathbf{\text{Para}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{prote}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{na}}\mathbf{\text{estructural}}\mathbf{\text{sea}}\mathbf{\text{lo}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{resistente}}\mathbf{\text{posible,}}\mathbf{\text{¿cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{debe}}\mathbf{\text{ser}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{conformaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{mayoritaria,}}\mathbf{\text{h}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{lice-alfa}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{l}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{mina-beta?}}\mathbf{\text{Razona}}\mathbf{\text{tu}}\mathbf{\text{respuesta.}}\mathbf{\text{(Calificaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{xima}}\mathbf{\text{0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Debe predominar la $\mathbf{\text{l}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{mina}}$ $\mathit{\beta }$.

La razón está en el grado de extensión de la cadena. En la $\alpha$-hélice la cadena está enrollada como un muelle, de modo que puede estirarse y volver a su forma: es una estructura $\mathbf{\text{el}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{stica}}$, adecuada para la $\alpha$-queratina del pelo o para la elastina, pero no especialmente resistente a la tracción. En la lámina $\beta$, en cambio, la cadena está ya prácticamente extendida y no queda nada que estirar; además los tramos vecinos se unen entre sí por numerosos puentes de hidrógeno perpendiculares, formando una red que reparte la tensión.

El ejemplo que lo demuestra es la $\mathbf{\text{fibro}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{na}}$ de la seda, casi enteramente lámina $\beta$: no se estira apenas y tiene una resistencia a la tracción comparable a la del acero para su peso. La tela de araña se explica igual.