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CAPÍTULO 4. AMINOÁCIDOS, PÉPTIDOS Y PROTEÍNAS Facultad de Agronomía Curso de Bioquímica
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CAPÍTULO 4.
AMINOÁCIDOS,
PÉPTIDOS Y
PROTEÍNAS Facultad de Agronomía
Curso de Bioquímica
INTRODUCCIÓN
El término proteína fue utilizado por primera
vez por el químico Gerardus Mulder en 1838.
Vocablo griego proteicos = primordial o de
nivel primario.
Las proteínas son un grupo de biopolímeros
construidos por aminoácidos y que poseen
numerosas estructuras y funciones.
INTRODUCCIÓN La composición y secuencia de aminoácidos
en cada proteína es lo que le permite
plegarse en un arreglo tridimensional.
Desempeñan variedad de funciones: soporte
estructural, otras transportan y almacenan
moléculas pequeñas, otras son moléculas
que sirven como protección (anticuerpos),
otras son catalizadores biológicos (enzimas)
y algunas son hormonas.
4.1 PROPIEDADES DE LOS
AMINOÁCIDOS
LOS AMINOÁCIDOS
Un aminoácido es
una molécula
orgánica que posee
por lo menos un
grupo carboxilo (un
ácido orgánico) y un
grupo amino (una
base orgánica).
Alfa-aminoácidos
Alfa aminoácidos
Por esta distribución de los grupos
funcionales alrededor del carbono central
alfa, a estos aminoácidos se les llama con
frecuencia alfa-aminoácidos.
Isomería óptica de los
aminoácidos
El carbono alfa tetraédrico de cada aminoácido
lleva unido cuatro átomos o grupos químicos
distintos, a excepción de la glicina (R=H), por
consiguiente es un centro de quiralidad.
Como resultado de este tipo de arreglo, existen
dos estereoisómeros o imágenes especulares
que no se pueden superponer enantiómeros
(L y D)
ISOMERÍA ÓPTICA DE LOS
AMINOÁCIDOS Existen moléculas que
coinciden en todas sus
propiedades excepto en
su capacidad de desviar
el plano de luz
polarizada.
Uno de ellos desvía la luz
hacia la derecha: (+), o
dextrógiro
Otro la desvía en igual
magnitud pero hacia la
izquierda: (-) o levógiro.
ISOMERÍA ÓPTICA DE LOS
AMINOÁCIDOS Su comportamiento frente
a la luz polarizada se debe a que la molécula carece de plano de simetría
Exsiten dos isómeros que son cada uno la imagen especular del otro, como la mano derecha lo es de la izquierda (Ambas manos no son iguales-el guante de una no encaja en la otra-)
ISOMERÍA ÓPTICA DE LOS
AMINOÁCIDOS
Los isómeros ópticos también sellaman enantiómeros, enantiomorfos o isómeros quirales.
El caso más frecuente de ausencia de plano de simetría se debe a que algún carbono tetraédrico está unido a cuatro radicales distintos .
Este carbono recibe el nombre de carbono asimétrico.
NOMENCLATURA L-D
Racemización
Es el paso de una unión químicamente activa
a un racemato (mezcla equimolecular de los
estereoisómeros D- y L-, por lo que no es
desviado el plano de luz polarizada.
Los alfa-aminoácidos aislados de las proteínas
se transforman, por calentamiento o por
valores de pH extremo, en racematos, es
decir, en una mezcla equimolecular de L- y D-
alfa-aminoácidos.
pH y Cargas de los aminoácidos
pH y cargas de aminoácidos
100% dipolo 50% ión
positivo
50% dipolo
50% ión
negativo
50% dipolo
100% ión
negativo
100% ión
positivo
Ecuación de Henderson-
Hasselbalch
Curva de titulación ácido-base
del aminoácido glicina
Las especies iónicas predominantes están en
función de los distintos valores de pH.
Solo existe una especie al principio de la
titulación (especie positiva), al final (especie
negativa) y cuando el pH = pHI (dipolo neutro
o especie isoeléctrica).
Entre estos puntos, existen dos especies en
igual concentración, cuando los valores de
pH = pKa
PUNTO ISOELÉCTRICO
El punto isoeléctrico es el pH al que
una sustancia anfótera tiene carga neta
cero.
RESUMEN
Un aminoácido es una molécula orgánica que posee por lo menos un grupo carboxilo (un ácido orgánico) y un grupo amino (una base orgánica).
El carbono alfa es tetraédrico
El carbono alfa tetraédrico de cada aminoácido (con excepción de la glicina) es un centro de quiralidad.
Para cada aminoácido (excepto la glicina) existen dos estereoisómeros o imágenes especulares que no se pueden superponer.
RESUMEN
Características de los 20 alfa amioácidos: sólidos blancos, cristalinos y con alto punto de fusión; solubles en agua e insolubles en solventes orgánicos como acetona, cloroformo y éter. Las soluciones acuosas de aminoácidos son conductoras de la electricidad.
En el pH fisiológico (pH = 7.4) los aminoácidos existen como especies iónicas dipolares (zwitteriones).
El grupo carboxilo con un pKa de 2.3 disocia un protón, al igual que el grupo NH3+ con un pKa de 9.7.
CLASIFICACIÓN DE LOS
AMINOÁCIDOS
REACTIVIDAD DE LOS
AMINOÁCIDOS
Los grupos carboxílicos se pueden trasforman en ésteres o amidas.
Los grupos amino se pueden transforman en amidas.
Los grupos hidroxilo de cadena lateral reaccionan con ácidos para formar ésteres.
El grupo carboxilo de un aminoácido pueden enlazarse con el grupo amino de otro aminoácido y formar un enlace peptídico o amido.
La composición de aminoácidos de una proteína se puede determinar por: a) degradación de la proteína en sus aminoácidos individuales; b) separación de los aminoácidos y c) identificación y cuantificación de los aminoácidos.
4.2 Polipéptidos y proteínas
Enlace peptídico o amido
Se pueden unir dos alfa-aminoácidos
mediante la formación de un enlace amido o
peptídico.
Esta reacción se define como una reacción
de condensación, con pérdida de una
molécula de agua.
A cada aminoácido incorporado en el
polipéptido se le denomina residuo.
Enlace peptídico
Polipéptidos
Sin importar cuántos aminoácidos estén unidos
por enlaces peptídicos se distinguen dos
extremos: un amino terminal y un carboxilo
terminal.
Los péptidos se escriben y se enumeran desde
el extremo amino (a la izquierda) hacia el
carboxilo terminal (a la derecha).
Reacciones químicas de los péptidos
Las reacciones químicas de los péptidos son
características de sus grupos.
Las cadenas R muestran reactividad química
semejante a los aminoácidos libres.
Los grupos hidroxilo de los residuos de tirosina
y serina se transforman en ésteres al reaccionar
con ácido fosfórico.
La ruptura de los enlaces peptídicos se pueden
llevar a cabo mediante hidrólisis ácida, básica o
catalizada por enzimas (peptidasas).
4.3 Función de las proteínas
Clasificación de las proteínas de
acuerdo a sus funciones biológicas
Cada tipo de proteína, con su secuencia
particular de residuos de aminoácidos, tiene
forma, tamaño y función biológica
característica.
Estructurales
Enzimas
Transporte y almacenamiento
Contracción muscular y movimiento
Del sistema inmunológico
Reguladoras y receptoras
4.4 Tamaño, composición y
propiedades de la proteína
Peso molecular, tamaño y
composición Cada tipo de proteína está codificado por un
gen.
El peso molecular es una propiedad que
puede encontrarse al sumar los pesos
moleculares de los residuos aminoácidos.
Se puede hacer una estimación del peso
molecular de una proteína al multiplicar el
número de residuos de aminoácidos por el
PM promedio de un residuo, que es 110.
Composición
Las proteínas que constan de una sola
cadena se denominan monoméricas.
Las proteínas que constan de dos o más
cadenas de polipéptidos son oligoméricas.
Muchas de éstas se mantienen unidas por
interacciones no covalentes.
También se dice que una proteìna tiene
múltiples subunidades cuando cada péptido
se toma como una subunidad. Las
subunidades pueden ser idénticas o distintas.
Clasificación de las proteínas
según su composición Proteínas simples: Las que se forman sólo
de residuos de aminoácido y no tienen otras
biomoléculas.
Proteínas conjugadas: Son las que además
de residuos contienen otro grupo químico
(grupo prostético) que puede ser una
moléculas orgánica o un átomo metálico.
El par grupo prostético-proteína tiene más
efectividad biológica que la proteína simple.
Propiedades fisiológicas de una
proteína en base a sus cargas Las propiedades fisiológicas de una proteína
también depende de la naturaleza de las
cadenas laterales R de los residuos (pH=7).
La carga eléctrica de una proteína en el pH
fisiológico está determinada por la suma de
todas las cargas de la cadenas laterales R.
La carga positiva en el N-terminal y la carga
negativa del C-terminal se cancelan
mutuamente
Clasificación de las proteínas
en base a la solubilidad en agua
Proteínas globulares: son solubles en agua
y desempeñan un papel dinámico en el
transporte, protección inmunológica, la
catálisis; éstas proteínas se disuelven en los
fluidos biológicos por lo que se espera que
tengan un contenidos alto de residuos de
aminoácidos con grupos polares y grupos R
con carga.
Clasificación de las proteínas
en base a la solubilidad en agua Proteínas fibrosas: son insolubles en agua y
están representadas por proteínas
estructurales. Se puede decir que las proteínas
fibrosas tienen un contenidos relativamente alto
de residuos aminoácidos con grupos
hidrofóbicos o grupos R neutros. Las proteínas
fibrosas adoptan en los organismos una
conformación ordenada y algo rígida, además
tiene una elevada fuerza de tensión
4.5 Los cuatro niveles de la
estructura proteica
Conformación nativa
La actividad funcional de una proteína en las
condiciones celulares depende de su
plegamiento en una estructura tridimensional
particular denominada conformación nativa.
Esta conformación y organización de proteínas
se puede establecer en cuatro niveles:
Estructura primaria
Estructura secundaria
Estructura terciaria
Estructura cuaternaria
Estructura primaria Se define como la secuencia de residuos de
aminoácidos de una proteína. Los residuos se
unen mediante enlaces peptídicos.
La secuencia de aminoácidos de una proteína
tiene importancia genética porque procede de
la secuencia de bases de nucleótidos del
ARNm, el cual se transcribe a su vez de una
secuencia de nucleótidos (gen) que reside en el
ADN.
La estructura primaria prepara a la proteína
para los otros tres niveles de organización.
Estructura secundaria
Determinadas regiones de la secuencia
primaria se pliegan en una estructura regular
repetida o estructura secundaria. Estas
estructuras pueden ser de dos tipos
principales:
Una hélice alfa
Una lámina o conformación beta
Estructura secundaria
Cuando una proteína se pliega de forma
que oculta en su interior los residuos
hidrófobos de los aminoácidos, también
envuelve parte del esqueleto polipéptido
polar hacia un ambiente no polar.
Las unidades N—C y C=O polares del
interior de la cadena proteína se neutralizan
mediante puentes de hidrógeno.
La hélice alfa
Estructura en forma de barra formada por un
esqueleto polipéptido enrollado.
Las cadenas laterales R se extienden hacia
afuera de la cadena principal.
Las principales interacciones que mantienen a
la unidad polipéptida en esta posición, son los
puentes de hidrógeno que se forman entre el
N—H de un residuo de aminoácido y el grupo
C=O del cuarto residuo más adelante en la
cadena.
La hélice alfa
Los puentes de hidrógeno están paralelos al
eje principal por lo que permiten el
estiramiento.
La hélice tiene 3.6 residuos por vuelta.
Los enlaces de hidrógeno no se forman entre
las cadenas laterales R.
Una hélice alfa puede enrollarse girando hacia
la derecha o hacia la izquierda. Los L-
aminoácidos favorecen la conformación de
hélice alfa hacia la derecha.
¿Por qué la estable hélice alfa no
predomina en todas la proteínas?
La estructura primaria determina la
estructura tridimensional de las proteínas.
La presencia de algunos aminoácidos
favorece la formación de hélice alfa.
El principal factor que impone la estructura
de hélice alfa es la magnitud de las
interacciones entre las cadenas R
adyacentes.
¿Por qué la estable hélice alfa no
predomina en todas la proteínas?
Las cadenas laterales grandes como las de
la aparagina, tirosina, serina, treonina,
isoleucina y cisteína desestabilizan la hélice
alfa.
Un contenido alto de residuos de glicina
tampoco es muy favorable para la hélice alfa.
Las cadenas laterales R adyacentes con
cargas semejantes se repelen y
desestabilizan la hélice alfa.
Láminas beta
En la configuración beta, la cadena de
polipéptido está casi totalmente extendida,
los puentes de hidrógeno pueden
formarse entre varias cadenas o dentro de
una misma cadena y la lámina beta se
construye por la combinación de dos o
más regiones del mismo polipéptido.
Cuestionamiento
Se ha aislado una proteína de insecto
desconocida. Su composición de aminoácidos
es la siguiente: 45% de glicina, 30% de
alanina, 12% de serina, 5% de tirosina, 2% de
valina y 6% de otros aminoácidos. Responder
las siguientes preguntas acerca de la proteína
desconocida.
¿Cuál es la estructura secundaria esperada?
¿La proteína es fibrosa o globular?
¿Se esperaría que la proteína fuese soluble en
agua?
Cuestionamiento
¿Cuál es la estructura secundaria esperada?
Lámina β
¿La proteína es fibrosa o globular? Fibrosa.
¿Se esperaría que la proteína fuese soluble
en agua? Insoluble en agua.
Estructura Terciaria
Los elementos de la estructura secundaria
pueden interactuar y replegarse como una
unidad globular compacta denominada
estructura terciaria.
Estructura cuaternaria
El cuarto nivel o estructura cuaternaria
define la asociación de dos o más
cadenas polipéptidas para formar una
proteína de varias subunidades.
5.1 Principios generales del
diseño de proteínas
Influencia de la estructura
primaria
Primer principio: la estructura primaria
tiene una gran influencia en la estructura
tridimensional de una proteína.
El primer paso en el análisis de una
proteína es la determinación de la
secuencia de nucleótidos que la
conforman.
Influencia de la estructura
primaria
Cierto tipo de aminoácidos y secuencias
favorecen determinadas estructuras
secundarias, terciarias y cuaternarias.
CAPÍTULO 4.
AMINOÁCIDOS,
PÉPTIDOS Y
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