AMINOACIDOS Y PROTEINAS

Lcda. Ayarit Suarez

Los AminoácidosLos aminoácidos son nutrientes que forman la base o materia prima de las proteínas y su clasificación dependerá de si son esenciales o no lo son.

Un aminoácido es una molécula orgánica con un grupo amino (-NH2) y un grupo carboxílico (-COOH; ácido). Los aminoácidos más frecuentes y de mayor interés son aquellos que forman parte de las proteínas. Dos aminoácidos se combinan en una reacción de condensación que libera agua formando un enlace peptídico. Estos dos "residuos" aminoacídicos forman un dipéptido. Si se une un tercer aminoácido se forma un tripéptido y así, sucesivamente, para formar un polipéptido. Esta reacción ocurre de manera natural en los ribosomas, tanto los que están libres en el citosol como los asociados al retículo endoplasmático.

Todos los aminoácidos componentes de las proteínas son alfa-aminoácidos. Por lo tanto, están formados por un carbono alfa unido a un grupo carboxilo, a un grupo amino, a un hidrógeno y a una cadena (habitualmente denominada Radical) de estructura variable, que determina la identidad y las propiedades de los diferentes aminoácidos; existen cientos de cadenas R por lo que se conocen cientos de aminoácidos diferentes, pero sólo 20 forman parte de las proteínas y tienen codones específicos en el código genético.

La unión de varios aminoácidos da lugar a cadenas llamadas polipéptidos o simplemente péptidos, que se denominan proteínas cuando la cadena polipeptídica supera los 50 aminoácidos o la masa molecular total supera las 5.000 uma.

La estructura general de un aminoácido se establece por la presencia de un carbono central alfa unido a: un grupo carboxilo (rojo en la figura), un grupo amino (verde), un hidrógeno (en negro) y la cadena lateral (azul):

"R" representa la cadena lateral, específica para cada aminoácido. Técnicamente hablando, se los denomina alfa-aminoácidos, debido a que el grupo amino (–NH2) se encuentra a un átomo de distancia del grupo carboxilo (–COOH). Como dichos grupos funcionales poseen H en sus estructuras químicas, son grupos susceptibles a los cambios de pH; por eso, al pH de la célula prácticamente ningún aminoácido se encuentra de esa forma, sino que se encuentra ionizado.

Los aminoácidos a pH bajo (ácido) se encuentran mayoritariamente en su forma catiónica (con carga positiva), y a pH alto (básico) se encuentran en su forma aniónica (con carga negativa). Sin embargo, existe un pH específico para cada aminoácido, donde la carga positiva y la carga negativa son de la misma magnitud y el conjunto de la molécula es eléctricamente neutro. En este estado se dice que el aminoácido se encuentra en su forma de ion dipolar o zwitterión.

Aminoácidos condicionalmente esenciales: serían esenciales sólo en ciertos estados clínicos. Así la Taurina, Cisteína y la Tirosina suelen ser esenciales en prematuros. La Arginina puede ser también esencial en casos de desnutrición o en la recuperación de lesiones o cirugía. La Prolina, la Serina y la Glicina también serían, puntualmente, esenciales.Por último tenemos a la Carnitina que muchos autores también incluyen como aminoácido aunque es una sustancia sintetizada en nuestro cuerpo a partir de otros aminoácidos.

Clasificación de los aminoácidos

Hay 22 aminoácidos conocidos que se clasifican del siguiente modo. Aminoácidos esenciales: son 9 y se llaman así porque no pueden ser fabricados por nuestro cuerpo (el resto si) y deben obtenerse a través de la alimentación. Los aminoácidos esenciales son la Leucina, Isoleucina, Valina, Triptófano, Fenilalanina, Metionina, Treonina, Lisina e Histidina.

Aminoácidos no esenciales: son así mismos importantes pero si no se encuentran en las cantidades adecuadas, pueden sintetizarse a partir de los aminoácidos esenciales o directamente por el propio organismo. Estos aminoácidos son ácido Glutámico, Alanina, Aspartato y Glutamina.

Cuales son las funciones básicas de los aminoácidos?Todos los aminoácidos participan en la síntesis de las proteínas pero a la vez cada uno de ellos tiene una serie de funciones muy concretas.ácido Glutámico: sirve principalmente como "combustible" del cerebro y ayuda a absorber el exceso de amoníaco (afecta a las funciones cerebrales)Alanina: es uno de los aminoácidos no esenciales que interviene en el metabolismo de la glucosa.Arginina: interviene en los procesos de detoxificación del organismo, en el ciclo de la urea y en la síntesis de creatinina. Estimula la producción y liberación de la hormona de crecimiento.Asparagina: este tipo de aminoácidos se forma a partir del ácido aspártico. Ayuda también a eliminar el amoníaco del organismo actúa (protegiendo así el sistema nervioso) y mejora la resistencia a la fatiga.Carnitina: este aminoácido colabora en disminuir niveles altos de colesterol; puede prevenir o mejorar arritmias cardíacas y también es útil en algunos casos de sangrado de encías y piorreas.

Cisteína: ayuda al organismo a eliminar los metales pesados. Es uno de los aminoácidos que interviene en el crecimiento y la salud del cabello y también forma parte del factor de tolerancia a la glucosa.Citrulina: participa en el ciclo de la urea y síntesis de creatininaFenilalanina: pertenece al grupo de aminoácidos que ayudan a nuestro organismo a mantener niveles adecuados de endorfinas que son responsables de la sensación de bienestar. Este aminoácido reduce el apetito desmesurado y ayuda a calmar el dolor.Glicina: facilita al cuerpo la creación de masa muscular (útil para la distrofia muscular) Útil para tratar la hipoglucemia y para la hiperactividad gástrica.Glutamina: puede ayuda a mejorar el coeficiente intelectual y diversos problemas mentales (desánimo, principios de demencia senil, etc.) De entre los aminoácidos destaca por ser de ayuda para combatir la adicción al alcohol.

Histidina: es un aminoácido precursor de la histamina. Puede ayudar a mejorar en algunos casos la artritis reumatoidea, síntomas alérgicos y úlceras.Isoleucina: interviene en la síntesis de hemoglobina y mantiene el equilibrio de la glucosa en la sangre. Interviene en la producción de energía y reparación del tejido muscular.Leucina: junto a otros aminoácidos como la Isoleucina interviene en la formación y reparación del tejido muscular. Colabora en la curación de la piel y huesosLisina: participa junto con la metionina en la síntesis del aminoácido carnitina y ayuda a tratar o prevenir los herpes. Incrementa con la arginina, la producción de la hormona de crecimiento.Metionina: su déficit puede ocasionar algunos tipos de edemas, colesterol y pérdida de cabello.Ornitina: colabora, como otros aminoácidos, en el metabolismo de la glucosa. En este caso lo hace estimulando la liberación de insulina. También puede ayudar a fabricar masa muscular.

Prolina: como otros aminoácidos interviene en la síntesis de neurotransmisores cerebrales relacionados con el alivio de la depresión temporal y colabora también en la síntesis de colágeno.Serina: interviene en el metabolismo de grasas y ácidos grasos así como también hace de precursor de los fosfolípidos (nutren el sistema nervioso)Taurina: es uno de los aminoácidos condicionalmente esenciales y destaca su función de neurotransmisor cerebral. Colabora en la degeneración grasa del hígado.Tirosina: destaca entre los aminoácidos por su función de neurotransmisor y puede ayudar en caso de ansiedad o depresión.Treonina: ayuda en los procesos de desintoxicación junto a los aminoácidos Metionina y Ácido Aspártico. También participa en la síntesis del colágeno y de la elastina.Triptófano: precursor del neurotransmisor serotonina. Este aminoácido también actúa como antidepresivo natural, favorece el sueño y también puede mejorar los casos de ansiedad. Útil en terapias contra el alcoholismo.Valina: favorece el crecimiento y reparación de los tejidos musculares. Puede ser, dentro de los aminoácidos, muy útil para reducir el apetito y la bulimia.

Se define el valor o calidad biológica de una determinada proteína por su capacidad de aportar todos los aminoácidos necesarios para los seres humanos. La calidad biológica de una proteína será mayor cuanto más similar sea su composición a la de las proteínas de nuestro cuerpo. De hecho, la leche materna es el patrón con el que se compara el valor biológico de las demás proteínas de la dieta.

Importancia Biológica de las proteínas

Enlace Peptidico LOS PÉPTIDOS Y EL ENLACE PEPTÍDICO.Los péptidos están formados por la unión de aminoácidos mediante un enlace peptídico. Es un enlace covalente que se establece entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino del siguiente, dando lugar al desprendimiento de una molécula de agua. Así pues, para formar péptidos los aminoácidos se van enlazando entre sí formando cadenas de longitud y secuencia variable. Para denominar a estas cadenas se utilizan prefijos convencionales como: Oligopéptidos.- si el n º de aminoácidos es menor de 10. Dipéptidos.- si el n º de aminoácidos es 2. Tripéptidos.- si el n º de aminoácidos es 3. Tetrapéptidos.- si el n º de aminoácidos es 4.

Proteínas: Las proteínas son los componentes orgánicos más abundantes en la célula por su participación imprescindible y trascendental en casi la totalidad de los procesos biológicos. La importancia de las proteínas estriba tanto en la enorme cantidad de funciones que desempeñan (de ahí su gran diversidad), como en la calidad de estas funciones. Entre estas funciones cabe citar:

Funciones enzimáticas o catalíticas. Las enzimas son proteínas que regulan el metabolismo celular, aumentan la velocidad de las reacciones y permanecen inalteradas en el transcurso de éstas.          ▪ Funciones reguladoras u hormonales. Algunas hormonas son también proteínas. Las hormonas son fabricadas por las células glandulares y son transportadas por la sangre para que puedan actuar sobre otras células del organismo. Por ejemplo la insulina, la tiroxina, la hormona del crecimiento, etc.

 Funciones defensivas e inmunológicas. Muchas proteínas desempeñan funciones protectoras en el organismo. Las más importantes son las inmunoglobulinas de la sangre. Estas proteínas son anticuerpos, se forman como respuesta del organismo a la presencia de sustancias extrañas o antígenos, a los que aglutinan o precipitan.          ▪ Funciones de transporte. Entre ellas destaca  la hemoglobina, que transporta el oxígeno por la sangre de los vertebrados.          ▪ Funciones estructurales. Algunas glucoproteínas forman parte de las membranas celulares. El colágeno y la elastina son proteínas que en el tejido conjuntivo forman las fibras colágenas y elásticas, respectivamente la queratina es un constituyente de las uñas, los pelos, las escamas de los reptiles, las plumas de las aves, etc.

Funciones homeostáticas. Las proteínas son capaces de mantener el equilibrio del medio interno. Además, dado su carácter anfótero (capaz de disociarse como ácido y como base) pueden actuar como tampón y ayudar a mantener constante el pH.

          ▪ Funciones contráctiles. Los músculos deben su capacidad de

contraerse a la existencia de dos proteínas contráctiles, la actina y la miosina.

          ▪ Funciones de reserva. Como la ovoalbúmina en el huevo, o la

caseína de la leche.  

CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS

Proteínas simples u holoproínas. Formadas exclusivamente por aminoácidos, en forma de cadenas polipeptídicas (según su forma, pueden ser)

Proteínas fibrosas o escleroproteínas. Forma alargada o fibrosa. Estructura "-hélice. Insolubles en agua. Función estructural.

Colágeno. Forman parte de los tejidos óseos, cartilaginoso y conjuntivo.

Elastinas. Forman una matriz elástica. Se encuentran en los pulmones, arterias, etc.

Queratinas. Aparecen en formaciones epidérmicas como uñas, cuernos, plumas y pelos.

Proteínas globulares o esferoproteínas. De forma esférica y solubles en agua o disoluciones polares.

Albúminas. Constituyen la fracción principal de las proteínas plasmáticas. Regula la presión osmótica de la sangre y constituye la reserva principal de proteínas del organismo.Transportan hormonas, ácidos grasos, etc.

Globulinas. Incluyen a y b- globulinas (asociadas en la hemoglobina), las (-globulinas (anticuerpos),...

Protaminas e histonas. Asociadas al ADN en los cromosomas.

Proteínas conjugadas o heteroproteínassFormadas por cadenas peptídicas y sustancias naturales no proteicas, llamada grupo prostético(según la naturaleza química de su grupo prostético pueden ser)

Glucoproteínas. Su grupo prostético es un azúcar como la glucosa unido a la proteína mediante un enlace covalente.

Mucoproteínas, secretan mucus

Algunas hormonas (FSH, LH,...)

Membranas celulares, transporte de sustancoias

Fibrinógenos: grupos sanguíneos

Cromoproteínas. Su grupo prostético es una sustancia coloreada o pigmento.

Porfirínicas. Poseen un anillo tetrapirrólico con un catión en su interior. Ej. Hemoglobina (rojo-sangre)

No porfirínicas. Como la hemocianina.(azul)

Lipoproteínas. Su grupo prostético es un lípido polar o neutro unido a la proteína mediante un enlace no covalente.

LDL: (lipoproteína de densidad baja) transporta colesterol desde el hígados a las células y tejidos

HDL: (lipoproteína de densidad alta) transporta colesterol hasta el hígado para ser destruido.

Nucleoproteínas. Su grupo prostético es un ácido nucleico.Fosfoproteínas. Su grupo prostético es el ácido fosfórico.

 

Estructura de los Aminoácidos• La estructura primaria :de las

proteínas se refiere a la secuencia deaminoácidos., es decir, la combinación lineal de los aminoácidos mediante un tipo de enlace covalente, el enlace peptídico. Los aminoácidos están unidos por enlaces peptídicos siendo una de sus características mas importante la coplanaridad de los radicales constituyentes del enlace.

• La estructura secundaria :de las proteínas es el plegamiento que la cadena polipeptídica adopta gracias a la formación de puentes de hidrógeno entre los átomos que forman el enlace peptídico, es decir, un tipo de enlace no covalente

• Estructura terciaria: Es el modo en que la cadena polipeptídica se pliega en el espacio, es decir, cómo se enrolla una determinada proteína, ya sea globular o fibrosa. Es la disposición de los dominios en el espacio.

• La estructura cuaternaria: deriva de la conjunción de varias cadenas peptídicas que, asociadas, conforman un ente, un multímero, que posee propiedades distintas a la de sus monómeros componentes. Dichas subunidades se asocian entre sí mediante interacciones no covalentes, como pueden ser puentes de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas o puentes salinos. Para el caso de una proteína constituida por dos monómeros, un dímero, éste puede ser un homodímero, si los monómeros constituyentes son iguales, o un heterodímero, si no lo son.

PROPIEDADES DE PROTEÍNAS

Desnaturalización.

Consiste en la pérdida de la estructura terciaria, por romperse los puentes que forman dicha estructura. Todas las proteínas desnaturalizadas tienen la misma conformación, muy abierta y con una interacción máxima con el disolvente, por lo que una proteína soluble en agua cuando se desnaturaliza se hace insoluble en agua y precipita.

La desnaturalización se puede producir por cambios de temperatura, ( huevo cocido o frito ), variaciones del pH. En algunos casos, si las condiciones se restablecen, una proteína desnaturalizada puede volver a su anterior plegamiento o conformación, proceso que se denomina renaturalización.

Tipos Ejemplos Localización o función

Enzimas Ácido-graso-sintetosa Cataliza la síntesis de ácidos grasos.

Reserva Ovoalbúmina Clara de huevo.

Transportadoras Hemoglobina Transporta el oxígeno en la sangre.

Protectoras en la sangre Anticuerpos Bloquean a sustancias extrañas.

Hormonas Insulina Regula el metabolismo de la glucosa.

Estructurales Colágeno Tendones, cartílagos, pelos.

Contráctiles Miosina Constituyente de las fibras musculares

FUNCIONESLas proteínas desempeñan distintas funciones en los seres vivos, como se observa en la tabla siguiente:

Proteínas Plasmáticas

Proteínas plasmáticas. Funciones generales de las proteínas del plasma. Regulación de la presión oncótica.2. El metabolismo de las proteínas plasmáticas. Síntesis, distribución y catabolismo.3. Métodos de análisis cualitativo de proteínas plasmáticas: Electroforesis4. Proteinograma normal. Proteínas más representativas.5. Alteraciones típicas del proteinograma6. Análisis cuantitativo de proteínas plasmáticas. Medida de la proteína total y proteínas específicas

Funciones Generales de las Proteínas• El plasma, fracción de proteínas solubles de la sangre• El suero, fracción de proteínas solubles que aparecen tras la retracción del coágulo sanguíneo. Carece de fibrinógeno• Funciones:Transporte de compuestos endógenos/exógenos poco solubles en agua.Regulación de la presión oncótica y el balance intra/extravasal de agua.Respuesta inflamatoria y control de la infección

Albumina Sérica: Banda mayoritaria (53-66%) del total del proteinogramaValores normales:•Recién nacidos: 2.9-5.5 g/100ml•Niños: 3.8-5.5•Adultos (V): 3.3-6.1; (H): 2.7-5.6

Pre-Albumina •Mayor movilidad electroforética.•Rápido recambio (18-45 mg/100ml)•Indicador de estado nutricional

Fracción de Albuminas

Fracción Alfa globulina • Aumenta durante los procesos

inflamatorios agudos, neoplasias, infartos y necrosis (1.9-4.1% del total del proteinograma.

• Alfa1 glicoproteína acida • Alfa1 antitripsina • Alfa1 antiquimiotripsina • Alfa1 fetoproteina(<2 mg/100 ml)

Fracción alfa2 globulinas • Aumenta en el síndrome

nefrótico, ictericia obstructiva, tuberculosis, inflamación crónica (7.7-12.3%).

• Alfa2 macroglobulina : (150-420 mg/100ml; Síndrome nefrótico.

• Ceruloplasmina:

Cuadros Patológicos

Hipoalbuminemia • Edema:• Extravasación de líquido, edema

Transporte:• Muchos compuestos endógenos van

unidos a albúmina (Ca2+, ácidos grasos)

• Muchos fármacos se unen a albúmina. Puede aumentar la fracción libre de fármaco, y con ello un exceso de efecto farmacológico.

• Desplazamiento de un fármaco por otro, y aumento de la concentración libre plasmática

Fracción y globulinas • La fracción de las ganmaglobulinas supone

entre 10.3 y 20.8% del total de proteínas del suero, se pueden detectar IgG (2-4mgr/dl), IgM (150mgr/dl), IgA (0,15- 0,6mgr/dl), e IgE (30 mcrg/dl).

• IgM: aparece aumentada tras procesos agudos virales.

• IgA: aumenta en enfermedades intestinales autoinmunes (Crohn).

• IgG: aumenta en enfermedades autoinmunes ( Lupus, hepatitis crónica activa, infecciones bacterianas crónicas.).

• IgE: aumentada en enfermedades con un componente alérgico. ( Eczema, asma , infección parasitaria).

Proteínas plasmáticas: globulinas

a 1-globulinas a 2-globulinas ß-globulinas

a 1-antitripsinaa 1-lipoproteínaa 1-glicoproteína

a 2-macroglobulinaa 2-lipoproteínahaptoglobinaceruloplasminaeritropoyetina

ß-lipoproteínatransferrinaplasminógenocomplemento

Principales proteínas plasmáticas

Prealbúmina y Proteína transportadora de retinol. Son proteínas que duran sólo unas horas en circulación antes de degradarse. Participan en el transporte de hormonas y en los problemas nutricionales y hepáticos su nivel desciende rápidamente.Albúmina. Es el 50-60 % del total de la proteína plasmática. Se sintetiza en hígado y permanece en circulación unos diecinueve días, hasta que se metaboliza en los tejidos para los que es fuente de aminoácidos. Sus funciones más importantes guardan relación con su tamaño, que le mantiene dentro del torrente circulatorio, contribuyendo a retener líquido en este espacio, y con su carga eléctrica negativa, que le capacita como un gran transportador de inespecífico de hormonas, iones, fármacos, etc.

Alfa 1-Glicoproteína ácida y Alfa 1-Antitripsina son los principales componentes de las alfa globulinas. La primera modula la respuesta celular y la segunda inhibe proteasas en la reacción de fase aguda.Alfa 2- Macroglobulina. Es una antiproteasa que destaca por su gran tamaño.Ceruloplasmina. Proteína que contiene cobre y cumple con una función doble: oxidante de hierro y antioxidante general.Transferrina. Es la proteína transportadora de hierro. En la anemia ferropénica su concentración se eleva.Beta 2-Microglobulina. Pequeña proteína que forma parte de los antígenos de histocompatibilidad. Se eleva en sangre cuando aumenta la celularidad y, en orina, en los fallos tubulares renales que impiden su retención y se pierde.

Proteína C Reactiva. Es la proteína más sensible a los procesos inflamatorios que causan elevación temprana e intensa de su concentración sanguínea.

Inmunoglobulinas. Conjunto de proteínas de acción defensiva, reactivas con antígenos.

Métodos para la caracterización de las proteínas.

TÉCNICAS IN VITRO PARA DETECTAR ACTIVIDAD FARMACOLÓGICA células cultivos celulares fracciones subcelulares

TÉCNICAS IN VITRO PARA DETECTAR ACTIVIDAD TOXICOLÓGICA células cultivos celulares

TÉCNICAS IN VITRO PARA DETECTAR METABOLISMO SOBRE COMPUESTOS XENOBIÓTICOS.

Recolección y conservación de la muestra de sangre.

SELECCIÓN, RECOLECCIÓN, CONSERVACIÓN Y TRANSPORTE

Orden Que Se Sigue De La Toma De Muestras Sanguíneas:Orden del médico.Indicaciones al paciente.Preparación del material.Anticoagulantes.Identificación del paciente.Preparación del paciente.Elección del lugar a puncionar.Obtención de la muestra.Transporte y almacenamiento.Análisis de la muestra.Estudio del resultado.Entrega oportuna del resultado.Interpretación del médico.Tratamiento.