ESTRUCTURA DE MACROMOLÉCULAS
OBJETIVOS GENERALES
Conocer la estructura de los principales polímeros biológicos y relacionarla con las propiedades de los monómeros constituyentes y con los distintos tipos de interacciones que estos establecen entre sí y con las moléculas de disolvente. Comprender la arquitectura de los ensamblados macromoleculares a partir de la estructura de las macromoléculas constituyentes. Entender la relación entre la estructura de las macromoléculas y sus funciones biológicas.
CRITERIOS DE EVALUACION
Teoría.
Exámen al final del cuatrimestre.
Practicas. Evaluación continua.
Seminarios. Si se acuerda un programa de seminarios, se
evaluará la claridad y rigor de la exposición.
Es necesario aprobar Teoría y Prácticas de forma independiente. Una vez aprobadas ambas, la nota final de la asignatura será la de la Teoría salvo que una discrepancia apreciable con la de las Prácticas aconseje modificarla. La nota de Seminarios tambien puede influir en la nota final de la asignatura, pero nunca a la baja.
PROGRAMA TEORIA
0. La estructura de las macromoléculas determina su función.
Las técnicas de determinación de estructuras tridimensionales de macromoléculas.
1. Difracción
de Rayos X. Rayos X. La difracción de rayos X por un
cristal. Los cristales de proteínas. La toma de datos. El mapa
de densidad electrónica de la proteína. Ajuste de la secuencia
de aminoácidos al mapa. Refinamiento.
2. Resonancia magnética nuclear. El spín
nuclear y la resonancia magnética nuclear. El desplazamiento
químico. RMN monodimensional. Acoplamiento de espines. El efecto
Overhauser nuclear (NOE). RMN bidimensional; espectros COSY de
los aminoácidos. Asignación de los sistemas de spin. El
espectros NOESY; asignación de la secuencia. Los NOEs no
secuenciales; calculo de estructuras compatibles. Marcación con
13C y con 15N; RMN multidimensional. RMN versus Rayos X.
3. Microscopía electrónica. El microscopio
electrónico. Preparación de muestras. Reconstruc-ción de
imágen.
Las bases de datos estructurales.
4. La
base de datos tridimensionales de biomoléculas (PDB, 3DB).
¿Qué es el PDB?. Estructura de un fichero PDB. Búsqueda de
infor-mación en el PDB. Visualización de estructuras
tridimensionales de macromoléculas.
5. Otras bases de datos estructurales. El banco
de estructuras de ácidos nucleicos. El banco de carbohidratos.
Bases de datos relacionadas con el PDB.
Los disolventes.
6. El
agua. Papel del agua en los seres vivos. Estructura y
polaridad de la molécula de agua: puentes de hidrógeno.
Disolución de sustancias iónicas y polares. Insolubilidad de
sustancias apolares: efecto hidrofóbico. Influencia del agua en
la estructura de las macromoléculas. Adecuación del ambiente
acuoso a los seres vivos.
7. Las membranas biológicas. Composición de
las membranas. Estructura. Fluidez. Proteínas de membrana.
Difusión de las proteínas en la membrana.
Las proteínas.
8. Los
aminoácidos. Introducción a las proteínas. Fórmula
general y estereoquímica de los aminoácidos. Estructura y
clasificación de los 20 aminoácidos codificados genéticamente.
Escala de hidrofobicidad. Ionización de los aminoácidos: curvas
de titulación. Análisis de mezclas de aminoácidos.
Aminoácidos no codificados genéticamente.
9. Los Péptidos. Concepto y nomenclatura.
Péptidos naturales de origen proteico. Péptidos naturales de
origen no proteico. Síntesis química de péptidos.
Secuenciación de péptidos. Secuenciación de proteínas.
10. El enlace peptídico y la estructura secundaria.
El enlace peptídico. Restricciónes conformacionales de los
polipéptidos. Angulo w: planaridad de la unidad peptídica.
Angulos F y y: diagrama de
Ramachandran. Angulos c1 y c2: rotámeros más estables. Hélices.
Láminas. Giros y bucles.
11. Las proteínas fibrosas. a-queratina.
Colágeno. Fibroína.
12. Las Proteínas globulares I. Clases de
proteínas globulares según la estructura secundaria
predominante. Proteínas a. Proteínas b.
13. Las Proteínas globulares II. Proteínas a/b. Proteínas a + b. Concepto de
dominio; proteínas con varios dominios.
14. Las proteínas integrales de membrana.
Proteínas de las cadenas de transporte electrónico. Proteínas
que forman poros en las membranas. Aspectos generales de la
proteínas integrales de membrana.
15. La estabilidad conformacional de las proteínas.
El equilibrio de desnaturalización; medida de la estabilidad
conformacional. Interacciones que contribuyen a la estabilidad de
las proteínas e importancia relativa. Cooperatividad de las
interacciones que estabilizan las proteínas.
16. El plegamiento de las proteínas.
Experimento de Anfinsen. Paradoja de Levinthal. Las distintas
etapas del plegamiento. El problema de la agregación y los
chaperones.
Los ácidos nucleicos.
17. Nucleótidos.
Estructura general. Propiedades de las bases. Bases secundarias.
Polinucleótidos: estructura, síntesis y secuenciación.
18. Estructuras del DNA. La doble hélice:
B-DNA. Otras formas de doble hélice: A-DNA y Z-DNA. Estructuras
infrecuentes del DNA.
19. Estructuras del RNA. La doble hélice tipo A
del RNA. El RNA de transferencia. El ribozima 'cabeza de
martillo'.
20 Estabilidad y plegamiento de ácidos nucleicos.
Estabilidad de la doble hélice. Desnaturalización térmica de
la doble hélice. Estabilidad de moléculas de RNA plegadas.
Plegamiento de ácidos nucleicos.
Los polisacáridos.
21. Mono
y oligosacáridos. Monosacáridos más comunes.
Derivados de los monosacáridos: fosfatos, desoxiazúcares,
aminoazúcares, ácidos. Disacáridos más comunes.
22. Polisacáridos. Homopolisacáridos:
almidón, glucógeno, celulosa, quitina. Heteropolisacáridos: el
glicano del peptidoglicano, ácido hialurónico.
Glico-conjugados: Peptido glicano, proteoglicanos,
glico-proteínas, glicolípidos.
Interacciones entre macromoléculas.
23. Interacciones
proteína:proteína. Naturaleza de las superficies de
interacción. Fuerzas implicadas en la interacción. Ejemplos:
enzima-inhibidor proteico (barnasa-barstar); anticuerpo-proteína
(Fab-lisozima), proteínas oligoméricas.
24. Interacciones proteína:ácidos nucleicos.
Naturaleza de las superficies de interacción. Fuerzas implicadas
en la interacción. Motivos proteicos que rellenan el surco mayor
del B-DNA. Unión al surco menor con deformación del B-DNA.
Ejemplos: enzimas que sintetizan o modifican DNA, aminoacil-tRNA
sintetasas.
25. Interacciones proteína:lípidos.
Natura-leza de las superficies de interacción. Fuerzas
implicadas en la interacción. Ejemplos: recoverina, proteína de
unión de retinol, colesterol esterasa, lipoproteínas,
proteínas de membrana.
26. Interacciones proteína:glúcidos.
Natura-leza de las superficies de interacción. Fuerzas
implicadas en la interacción. Ejemplos: proteína
quimioreceptora de galactosa, lectinas.
Ensamblados macromoleculares.
27. Ensamblados
circulares. GroEL, proteosoma, complejos antena.
28. Poros a través de membranas. Poro nuclear,
Canales intercelulares), Toxinas bacterianas, Bombas de iones
29. Filamentos proteicos. Filamentos de actina,
miosina, tubulina , Flagelos
30. Centro de reacción fotosintético.
31. Nucleosomas, cromosoma.
32. Ribosoma.
33. Virus.
PROGRAMA DE PRACTICAS
1.
Obtención de coordenadas de macromolé-culas del PDB y
visualización de su estructura tridimensional.
2. Búsqueda de interacciones estabilizadoras en la base de datos
de proteínas. ÀSon las interacciones estabilizantes las más
frecuentes?
3. Ajuste de una secuencia de aminoácidos a un mapa de densidad
electrónica.
4. Asignación de un péptido corto y calculo de su estructura.
BIBLIOGRAFIA GENERAL
Introduction to Protein Structure: C. Branden & J. Tooze. Garland Publishing, Inc. New York (1991).
Proteins. Structures and Molecular Properties. 2nd Edition. T. E. Creighton. W.H. Freeman and Co. New York (1994).
Genes VI. B. Lewin. Oxford University Press (1997).