Z. CAREY. 27. Aminoácidos, Péptidos y Proteínas

Aminoácidos, péptidosy proteínas

1122

Esbozo del capítulo

27.1 CLASIFICACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1124

27.2 ESTEREOQUÍMICA DE LOS AMINOÁCIDOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1130

27.3 COMPORTAMIENTO ÁCIDO-BASE DE LOS AMINOÁCIDOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1132

27.4 SÍNTESIS DE AMINOÁCIDOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1134

■ Electroforesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1135

27.5 REACCIONES DE LOS AMINOÁCIDOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1137

27.6 ALGUNAS REACCIONES BIOQUÍMICAS DE LOS AMINOÁCIDOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1138

27.7 PÉPTIDOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1144

27.8 INTRODUCCIÓN A LA DETERMINACIÓN DE LA ESTRUCTURA DE LOS PÉPTIDOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1148

27.9 ANÁLISIS DE AMINOÁCIDOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1148

27.10 HIDRÓLISIS PARCIAL DE LOS PÉPTIDOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1149

27.11 ANÁLISIS DE GRUPOS TERMINALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1149

27.12 INSULINA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1151

27.13 LA DEGRADACIÓN DE EDMAN Y LA SECUENCIACIÓN AUTOMATIZADA DE LOS PÉPTIDOS . . . . . . . . . . . . . . . . . 1152

27.14 LA ESTRATEGIA DE LA SÍNTESIS DE PÉPTIDOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1154

27.15 PROTECCIÓN DEL GRUPO AMINO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1155

27.16 PROTECCIÓN DEL GRUPO CARBOXILO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1158

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C A P Í T U L O

27.17 FORMACIÓN DEL ENLACE PEPTÍDICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1158

27.18 SÍNTESIS DE PÉPTIDOS EN FASE SÓLIDA: EL MÉTODO DE MERRIFIELD . . . . . 1160

27.19 ESTRUCTURAS SECUNDARIAS DE PÉPTIDOS Y PROTEÍNAS . . . . . . . . . . . . . . . 1163

27.20 ESTRUCTURA TERCIARIA DE POLIPÉPTIDOS Y PROTEÍNAS . . . . . . . . . . . . . . . 1165

27.21 COENZIMAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1168

27.22 ESTRUCTURA CUATERNARIA DE LAS PROTEÍNAS: HEMOGLOBINA . . . . . . . . . 1170

■ ¡Oh, no! ¡Es inorgánico! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1171

27.23 RESUMEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1172

PROBLEMAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1174

Mecanismos

27.1 Descarboxilación de un �-aminoácido mediada por 5�-fosfato de piridoxal . . . . . . 1139

27.2 Transaminación. Biosíntesis de L-alanina a partir de ácido L-glutámicoy ácido pirúvico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1143

27.3 La degradación de Edman . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1153

27.4 Formación del enlace amida entre un ácido carboxílico y una amina,usando N,N�-diciclohexilcarbodiimida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1159

27.5 Hidrólisis catalizada por carboxipeptidasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1169

1123

La relación entre la estructura y la función alcanza su última expresión en la química delos aminoácidos, los péptidos y las proteínas.

Los aminoácidos son ácidos carboxílicos que contienen una función amina. Unenlace amida entre la función ácido carboxílico de un aminoácido y el nitrógeno del amino deotro se llama enlace peptídico.

Un dipéptido es una molécula formada por dos aminoácidos unidos por un enlace peptídi-co. Un tripéptido tiene tres aminoácidos unidos por dos enlaces peptídicos, un tetrapéptidotiene cuatro aminoácidos, y así sucesivamente. Los péptidos que tienen más de 30 a 50 ami-noácidos son polipéptidos. Las proteínas son polipéptidos con alguna función biológica.

H3NCHCO��

R

O

H3NCHCO��

R�

O

Dos �-aminoácidos

enlace peptídico

NHCHCO�H3NCHC�

R R�

O O

Dipéptido

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Lo más notable de las proteínas es la diversidad de sus funciones en los sistemas vivos:la seda es una proteína; la piel y el pelo son proteínas, principalmente; muchas hormonas sonproteínas; una proteína transporta el oxígeno de los pulmones a los tejidos, donde lo almacenaotra proteína, y todas las enzimas son proteínas.

En la mayor parte de la química y la bioquímica, la estructura es la clave de la función.Se explorará la estructura de las proteínas, empezando primero con sus unidades constructivasfundamentales, los �-aminoácidos. Entonces, después de establecer los principios de la estructu-ra peptídica, se podrá reconocer que los conocimientos adquiridos de esas moléculas pequeñasayudan a comprender la estructura de las proteínas.

27.1 CLASIFICACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS

Los aminoácidos se clasifican como �, �, �, etc., según sea la ubicación del grupo amino en lacadena de carbonos que contiene la función ácido carboxílico.

Aunque se conocen más de 700 aminoácidos distintos en la naturaleza, el grupo de 20,llamados los aminoácidos estándar (o comunes), que aparece en la tabla 27.1, merece aten-ción especial. Los 20 son los aminoácidos codificados en la síntesis de proteínas dirigida porel ADN. Todos son �-aminoácidos, y todos, excepto uno, contienen una función amino primaria.

La única excepción es la prolina, una amina secundaria, donde el nitrógeno del amino está in-corporado a un anillo de cinco miembros.

En la tabla 27.1 se incluyen abreviaturas con una y tres letras de los aminoácidos. Ambas seusan mucho.

Nuestro organismo produce algunos de los aminoácidos que aparecen en la tabla. Losotros, que se llaman aminoácidos esenciales, se obtienen de lo que comemos.

Cuando una proteína contiene un aminoácido distinto a los de la tabla, se forma, en gene-ral, modificando uno de los 20, y no por estar codificado por el ADN. En fecha reciente se handescubierto dos excepciones, la selenocisteína (1986) y la pirrolisina (2002). Se les ha llamado“el vigésimo primero y el vigésimo segundo aminoácidos”, respectivamente.

N�

� CO2�

H H

Prolina

RCHCO2�

�

�NH3

Ácido 1-aminociclopropanocarboxílico:un �-aminoácido que es el precursor biológico del etileno en las plantas.CO2

�

NH3�

�

H3NCH2CH2CO2�

�

� �

Ácido 3-aminopropanoico: llamado �-alanina,es un �-aminoácido que forma una de las unidades estructurales de la coenzima A.

H3NCH2CH2CH2CO2�

�

� � �

Ácido 4-aminobutanoico: llamado ácido �-aminobutírico o GABA, es un �-aminoácido que interviene en la transmisión de los impulsos nerviosos.

1124 CAPÍTULO VEINTISIETE Aminoácidos, péptidos y proteínas

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27.1 Clasificación de los aminoácidos 1125

TABLA 27.1 Los �-aminoácidos esenciales

Nombre Abreviatura Fórmula estructural*

*Todos los aminoácidos se muestran en la forma en que están presentes con mayores concentraciones a pH 7.†Aminoácido esencial en la dieta de los animales para asegurar su crecimiento normal.

Glicina

Alanina

Valina†

Leucina†

Isoleucina†

Metionina†

Prolina

Fenilalanina†

Triptófano†

Aminoácidos con cadenas laterales no polares

Asparagina

Aminoácidos con cadenas laterales polares, pero no ionizadas

Gli (G)

Ala (A)

Val (V)

Leu (L)

Ile (I)

Met (M)

Pro (P)

Fen (F)

Trp (W)

Asn (N)

H

NH3

�

CHCO2�

H3C

NH3

�

CHCO2�

(CH3)2CH

NH3

�

CHCO2�

CH3CH2CH

NH3

�

CHCO2�

CH3

(CH3)2CHCH2

NH3

�

CHCO2�

H2C

H2C

H2CNH2

�

CHCO2�

CH3SCH2CH2

NH3

�

CHCO2�

CH2

NH3

�

CHCO2�

NH

CH2

NH3

�

CHCO2�

O

H2NCCH2

NH3

�

CHCO2�

(continúa)

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TABLA 27.1 Los �-aminoácidos esenciales (continuación)

Nombre Abreviatura Fórmula estructural*

Serina

Treonina†

Ácido aspártico

Ácido glutámico

Tirosina

Cisteína

Aminoácidos con cadenas laterales ácidas


Lisina†

Arginina†

Histidina†

Aminoácidos con cadenas laterales básicas

Ser (S)

Tre (T)

Asp (D)

Glu (E)

Tir (Y)

Cis (C)

Lis (K)

Arg (R)

His (H)

CH3CH

NH3

�

CHCO2�

OH

HSCH2

NH3

�

CHCO2�

H3NCH2CH2CH2CH2

NH3

�

�

CHCO2�

O

�OCCH2

NH3

�

CHCO2�

H2NCNHCH2CH2CH2

NH3

�

NH2

�

CHCO2�

O

�OCCH2CH2

NH3

�

CHCO2�

HOCH2

NH3

�

CHCO2�

CH2

NH3

�

CHCO2�HO

CH2

NH3

�

CHCO2�

N

NH

Glutamina Gln (Q)

O

H2NCCH2CH2

NH3

�

CHCO2�

*Todos los aminoácidos se muestran en la forma en que están presentes con mayores concentraciones a pH 7.†Aminoácido esencial en la dieta de los animales para asegurar su crecimiento normal.

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El aspecto más importante de la tabla 27.1 es que, mientras que los 20 aminoácidos com-parten la propiedad común de ser �-aminoácidos, sus cadenas ramificadas difieren respecto a su:

1. Tamaño y forma

2. Características electrónicas, propiedades ácido-base y capacidad de acoplarse en enla-ces iónicos, enlaces covalentes, puentes de hidrógeno y fuerzas de van der Waals.

Además de la tabla 27.1, se usarán los mapas de potencial electrostático de la figura 27.1para revisar estas diferencias. En la figura 27.1 se muestran los aminoácidos en la forma en queexisten en el pH de 7; los grupos amino como iones amonio con carga positiva, y los gruposácido carboxílico como carboxilatos con carga negativa. Como las regiones de máxima cargapositiva y negativa están asociadas con esos dos grupos funcionales, y virtualmente son igua-les en todos los aminoácidos, el intervalo de tonalidades para las cadenas laterales es parecidoen todo el grupo, y permite la comparación directa. El potencial electrostático está indicadosobre la superficie de van der Waals de la molécula, por lo que muestra la distribución de car-ga, el tamaño y la forma al mismo tiempo.

Cadenas laterales no polares: La glicina es el aminoácido más pequeño, porque no tienecadena lateral. El principal servicio que ofrece es a la cadena misma de polipéptido. Puede aña-dir longitud y flexibilidad a un polipéptido, sin sacrificar la resistencia ni tener por sí mismodemandas espaciales.

Después de la glicina, los siguientes cuatro aminoácidos de la figura tienen grupos alqui-lo (R) como cadena lateral: la alanina (R = metilo), valina (R = isopropilo), leucina (R = iso-butilo) y la isoleucina (R = sec-butilo). Todas son cadenas laterales hidrofóbicas, y aunque separecen electrónicamente, su tamaño es diferente. La alanina es un poco más grande que la gli-cina, la valina un poco más grande que la alanina, la leucina un poco más grande que la valina,y la isoleucina es algo más esférica que la leucina.

Glicina

H3NCH2CO2�

�

HSeCH2CHCO2�

�NH3

Selenocisteína Pirrolisina(X es indefinido; CH3, NH2 u OH)

�NH3N

CNHCH2CH2CH2CH2CHCO2�

OX

En comparación con ellas, la presencia de azufre en su cadena lateral hace que la metionina seaalgo más polarizable, y aumenta su capacidad de participar en fuerzas de dispersión.

La prolina es relativamente compacta y tiene flexibilidad conformacional limitada por-que su cadena lateral es cíclica. Además, las amidas de la prolina no tienen enlaces NOH, así

CH3SCH2CH2CHCO2�

�NH3

Metionina


CH3CHCO2�

�NH3

Alanina

(CH3)2CHCHCO2�

�NH3

Valina

(CH3)2CHCH2CHCO2�

�NH3

Leucina

CH2CH2CHCHCO2�

�NH3

CH3

Isoleucina

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Aminoácidos con cadenas laterales polares, pero no ionizadas

Aminoácidos con cadenas laterales ácidas

Aminoácidos con cadenas laterales básicas

LeucinaValina IsoleucinaAlaninaGlicina

Metionina Prolina Fenilalanina Triptófano

GlutaminaAsparagina Serina Treonina

Ácido glutámicoÁcido aspárticoTirosina Cisteína

Lisina Arginina Histidina

FIGURA 27.1 Mapas de potencial electrostático de los 20 aminoácidos esenciales de la tabla 27.1. Cada aminoácido está orientado de talmodo que su cadena lateral está en la parte superior izquierda. Las cadenas laterales afectan la forma y las propiedades de los aminoácidos.(Vea sección a color, p. C-16.)

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que no pueden formar puentes de hidrógeno. En consecuencia, la presencia de prolina afecta laforma de una cadena peptídica, más que la mayoría de los demás aminoácidos.

La fenilalanina y el triptófano poseen cadenas laterales que contienen anillos aromáticos,grandes e hidrofóbicos. Además de ser mayor que la fenilalanina, el triptófano tiene un anilloaromático más rico en electrones, y es más polarizable. Su función es más especializada, yabunda menos en las proteínas que la mayoría de los demás aminoácidos.

Aminoácidos con cadenas laterales polares, pero no ionizadas: Entre los aminoácidos concadenas laterales polares, la serina es el menor; no es mucho más grande que la alanina. Con unacadena lateral OCH2OH, participa bien en los puentes de hidrógeno, y con frecuencia se pre-senta en regiones de un péptido que están expuestas al agua. La treonina tiene un grupo meti-lo en lugar de uno de los hidrógenos del grupo OCH2OH de la serina, que obstaculizaestéricamente al grupo OH y lo hace menos efectivo en la formación de puentes de hidrógeno.

Como p-hidroxiderivado de la fenilalanina, la tirosina tiene propiedades parecidas a ella, yademás la capacidad de formar puentes de hidrógeno donde interviene un grupo fenólico OOH.

La cisteína se relaciona con la serina porque su cadena lateral es OCH2SH y no OCH2OH.La cantidad de cisteína en una proteína suele ser relativamente pequeña, pero su efecto sobresu forma tridimensional es apreciable. La oxidación de dos cisteínas convierte sus cadenas late-rales en un puente OCH2SOSCH2O entre ellas (sección 15.13). Esto une entre sí a dos ami-noácidos que con frecuencia están alejados, y ayuda a guiar el doblez de la proteína para teneruna forma específica.

La asparagina y la glutamina son amidas. Las cadenas laterales de ambas terminan en

, y difieren sólo por un grupo CH2. Las funciones amida son bastante polares, e interac-cionan fuertemente con moléculas de agua mediante puentes de hidrógeno. Al igual que la seri-±CNH2

OX

oxidación2HSCH2CHCO2�

�NH3

SCH2CHCO2�

�NH3

�O2CCHCH2S

�NH3

Cisteína Cistina

Tirosina

CH2CHCO2�HO

�NH3

HOCH2CHCO2�

�NH3

Serina

HOCHCHCO2�

�NH3

CH3

Treonina

CH2CHCO2�

�NH3

Fenilalanina Triptófano

CH2CHCO2�

�NH3

NH

N�

CO2�

H H

Prolina


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na, la asparagina y la glutamina se encuentran con frecuencia en las regiones de un péptido queestán en contacto con agua.

Aminoácidos con cadenas laterales ácidas: Los mapas de potencial electrostático del ácidoaspártico y del ácido glutámico son los más importantes de la figura 27.1. Las cadenas latera-les OCO2H de esos dos ácidos están desprotonadas casi por completo hasta OCO2

� en el pHbiológico, haciendo así que esas especies sean las unidades más ricas en electrones de todos losaminoácidos comunes. Su función más importante es formar enlaces iónicos con especies con

carga positiva. Estos enlaces iónicos pueden ser con iones metálicos y grupos , entre otros.

Aminoácidos con cadenas laterales básicas: Los aminoácidos básicos son lo contrario de losácidos. Su función más importante es formar enlaces iónicos con iones negativos, fosfato yotros parecidos. La lisina es un ejemplo sencillo. Su cadena lateral contiene cuatro grupos CH2,y termina en ONH3

�. La arginina tiene una cadena lateral todavía más básica, si bien algo máscomplicada y mayor. Por el contrario, la cadena lateral de la histidina no es tan básica como lade la lisina, y la concentración de las formas no protonadas y protonadas de la histidina son casiiguales al pH biológico. Los fuertes complejos ácido de Lewis/base de Lewis entre la forma noprotonada de la histidina y los iones metálicos, son muy comunes en las proteínas. Las cadenaslaterales de la histidina también participan en el traslado de los electrones de un átomo a otro.

�O2CCH2CHCO2�

�NH3

Ácido aspártico

�O2CCH2CH2CHCO2�

�NH3

Ácido glutámico

±N±W

W

�

H2NCCH2CHCNH2

�NH3

O O

Asparagina

H2NCCH2CH2CHCNH2

�NH3

O O

Glutamina

Lo que es notable no es nada más la variedad de propiedades que se adquieren sólo con20 aminoácidos, sino también el control fino con respecto a determinada propiedad.

27.2 ESTEREOQUÍMICA DE LOS AMINOÁCIDOS

La glicina es el aminoácido más simple, y el único de la tabla 27.1 que es aquiral. El átomo decarbono � es un centro de quiralidad en todos los demás. Las configuraciones en los aminoáci-dos se especifican, en general, con el sistema de notación D, L. Todos los aminoácidos quiralesse obtienen de proteínas que tienen la configuración L en su átomo de carbono �, lo que indi-ca que el grupo amino está a la izquierda cuando una proyección de Fischer se ordena de ma-nera tal que el grupo carboxilo queda en la parte superior.

H3N�

CO2�

H

H

Glicina(aquiral)

Proyección de Fischerde un L-aminoácido

H3N�

CO2�

H

R

� C

R

H NH3

�

CO2�


�NH3

Lisina

H3NCH2CH2CH2CH2CHCO2�

�

�NH3

�NH2

Arginina Histidina

H2NCNHCH2CH2CH2CHCO2�

�NH3N

HNCH2CHCO2

�

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Aunque todos los aminoácidos quirales que se obtienen de las proteínas tienen la confi-guración L en su carbono �, eso no significa que se desconozcan los D-aminoácidos. De hecho,muchos D-aminoácidos existen en la naturaleza. La D-alanina, por ejemplo, es un componentede las paredes celulares de las bacterias, y la D-serina se encuentra en el tejido cerebral. El pun-to es que el ADN no codifica para los D-aminoácidos.

Una técnica novedosa para fechar muestras arqueológicas se llama racemización de ami-noácidos (AAR, de amino acid racemization), y se basa en la estereoquímica de los aminoáci-dos. Al paso del tiempo, la configuración del átomo de carbono � de los aminoácidos de unaproteína se pierde en una reacción que sigue una cinética de primer orden. Cuando el carbono �es el único centro de quiralidad, este proceso corresponde a la racemización. Para un aminoáci-do con dos centros de quiralidad, al cambiar la configuración del carbono � de L a D, se forma undiasterómero. Por ejemplo, en el caso de la isoleucina, el diasterómero es un aminoácido quenormalmente no existe en las proteínas, llamado aloisoleucina.

L-Isoleucina

CO2�

CH2CH3

H3N�

H

H3C H

D-Aloisoleucina

CO2�

CH2CH3

H�

NH3

H3C H

27.2 Estereoquímica de los aminoácidos 1131

PROBLEMA 27.1¿Cuál es la configuración absoluta (R o S) del carbono � de cada uno de los L-aminoácidos si-guientes?

a) b) c)

SOLUCIÓN MUESTRA a) Primero se identifican los cuatro grupos unidos directa-mente con el centro de quiralidad, y se ordenan en forma decreciente de acuerdo con la regla deprioridades. Para la L-serina, esos grupos son

A continuación se traduce la proyección de Fischer de la L-serina en una representación tridimen-sional, y se orienta de tal modo que el sustituyente de menor prioridad en el centro de quiralidadesté alejándose del lector.

En orden de mayor a menor prioridad, los tres prioritarios describen una trayectoria en sentidocontrario al de las manecillas del reloj.

La configuración absoluta de la L-serina es S.

HOCH2 CO2�

NH3�

H3N�

CO2�

H

CH2OH

� C

HOCH2

H

CO2�

NH3

�

C�NH3

HOCH2

CO2�

H

�

H3N±�

Máxima prioridad

H

Mínima prioridad

±CO2� ±CH2OH� � �

H3N�

CO2�

H

CH2CH2SCH3

L-Metionina

H3N�

CO2�

H

CH2SH

L-Cisteína

H3N�

CO2�

H

CH2OH

L-Serina

PROBLEMA 27.2¿Cuál de los aminoácidos de la tabla 27.1 tiene más de un centro de quiralidad?

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Al medir la relación de L-isoleucina/D-aloisoleucina en la proteína aislada de los cascarones deun ave australiana ya extinta, un grupo de investigadores determinó en fecha reciente que esaave vivió hace, aproximadamente, 50 000 años. La datación con carbono radiactivo (14C) no esexacta para muestras de más de 35 000 años, esto hace de la AAR una herramienta más eficaz,a disposición de los paleontólogos.

27.3 COMPORTAMIENTO ÁCIDO-BASE DE LOS AMINOÁCIDOS

Las propiedades físicas de un aminoácido típico, como la glicina, parecen indicar que es una sus-tancia muy polar, mucho más de lo que cabría esperar con base en su fórmula H2NCH2CO2H.La glicina es un sólido cristalino; no se funde, pero al calentarlo termina descomponiéndosea 233°C. Es muy soluble en agua, pero prácticamente insoluble en disolventes orgánicos nopolares. Estas propiedades se atribuyen a que la forma estable de la glicina es un ion dipolar(zwitterion) o sal interna.

El equilibrio expresado en la ecuación anterior está, en forma clara, hacia el lado del ion dipolar.La glicina, al igual que otros aminoácidos, es anfótera, esto quiere decir que contiene un

grupo funcional ácido y también uno básico. El grupo funcional ácido es el ion amonio H3N�O;

el grupo funcional básico es el ion carboxilato OCO2�. ¿Cómo se sabe? Además de sus pro-

piedades físicas, las propiedades ácido-base de la glicina, ilustradas por la curva de titulaciónde la figura 27.2, lo requieren. En un medio fuertemente ácido, la especie presente es H3N

�CH2

CO2H. Cuando se aumenta el pH, se elimina un protón de esta especie. El protón ¿sale del ni-trógeno con carga positiva o del grupo carboxilo? Sabemos qué esperar con las fuerzas ácidas

relativas del RN�

H3 y el RCO2H. Un ion amonio típico tiene un valor de pKa ≈ 9, y un ácidocarboxílico típico tiene un valor de pKa ≈ 5. El valor de pKa medido del ácido conjugado de laglicina es 2.34, valor más cercano al esperado para la desprotonación del grupo carboxilo. Alaumentar el pH, se observa un segundo paso de desprotonación, que corresponde a la salida deun protón del nitrógeno del ion dipolar. El valor de pKa observado en este paso es 9.60, muysemejante al de los iones alquilamonio típicos.

H2NCH2C

O

OH

O

H3NCH2C�

O�

Forma de ion dipolar de la glicina

Ácido más fuertepKa ≈ 5

Ácido más débilpKa ≈ 9


A veces, al ion dipolar se le llamazwitterion; sin embargo, no es union, sino una molécula neutra.

12

10

8

6

4

2

0

pH

0.5 1.0 1.5 2.0

Equivalentes de HO�

H3NCH2CO2H H3NCH2CO2� H2NCH2CO2

��

±£ ±£

pKa1 2.34

pI 5.97

pKa2 9.60

�

FIGURA 27.2 Curva de titula-ción de la glicina. A valores depH menores que 2.34, la especie

principal es H3N�

CH2CO2H. A un

pH = 2.34 [H3N�

CH2CO2H =H3N

�

CH2CO2�]. Entre pH 2.34 y

9.60, H3N�

CH2CO2� es la especie

principal. Su concentración esmáxima en el punto isoeléctrico(pI = 5.97). A un pH = 9.60,

[H3N�

CH2CO2�] = NH2N

�

CH2CO2�].

Arriba de pH = 9.60, H2NCH2CO2�

es la especie predominante.

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Así, la glicina se caracteriza por tener dos valores de pKa: el que corresponde al sitio másácido se representa por pKa1, y el correspondiente al sitio menos ácido se representa por pKa2.En la tabla 27.2 se muestra una lista de los valores de pKa1 y pKa2 para los �-aminoácidos quetienen cadenas laterales neutras, que son los dos primeros grupos de aminoácidos de la tabla27.1. En todos los casos, sus valores de pKa se parecen a los de la glicina.

La tabla 27.2 incluye una columna llamada pI, que es el punto isoeléctrico del aminoáci-do. El punto isoeléctrico, llamado también punto isoiónico, es el pH en el cual el aminoácidono tiene carga neta. Es el pH al cual la concentración del ion dipolar es máxima. En un pH menorque pI, el aminoácido tiene carga positiva; a un pH mayor que pI, el aminoácido tiene carganegativa. Para los aminoácidos de la tabla 27.2, pI es el promedio de pKa1 y pKa2, y está, dela neutralidad, un poco hacia el lado ácido.

Algunos aminoácidos tienen cadenas laterales que contienen grupos ácidos o básicos.Como se indica en la tabla 27.3, esos aminoácidos se caracterizan por tener tres valores de pKa.El tercer valor de pKa refleja la naturaleza de la cadena lateral. Los aminoácidos ácidos (aspár-tico y glutámico) tienen cadenas laterales ácidas; los aminoácidos básicos (lisina, arginina ehistidina) tienen cadenas laterales básicas.

Los puntos isoeléctricos de los aminoácidos en la tabla 27.3 están a medio camino entre losvalores de pKa del ion dipolar y su ácido conjugado. Veamos dos ejemplos: el ácido aspárticoy la lisina. El ácido aspártico tiene una cadena lateral ácida y un pI de 2.77. La lisina tiene unacadena lateral básica y un pI de 9.74.

Ácido aspártico:

Ion dipolar Especies presentesen base fuerte

Especies presentesen ácido fuerte

�H�

�H�

�H�

�H�H3NCH2C

�

O

OH O�

H3NCH2C�

O

O�

H2NCH2C

O

27.3 Comportamiento ácido-base de los aminoácidos 1133

TABLA 27.2Propiedades ácido-base de aminoácidos con cadenas laterales neutras

Aminoácido

GlicinaAlaninaValinaLeucinaIsoleucinaMetioninaProlinaFenilalaninaTriptófanoAsparaginaGlutaminaSerinaTreoninaTirosina

pKa1*

2.342.342.322.362.362.281.991.832.832.022.172.212.092.20

pKa2*

9.609.699.629.609.609.21

10.609.139.398.809.139.159.109.11

pI

5.976.005.965.986.025.746.305.485.895.415.655.685.605.66

*En todos los casos el valor de pKa1 corresponde a la ionización del grupo carbonilo; pKa2 corresponde a la desprotonación del ion amonio.

pKa1

1.88pKa2

9.60pKa (cadena lateral)

3.65

Ácido conjugadodel ion dipolar

HO2CCH2CHCO2H

�NH3

Ion dipolar

HO2CCH2CHCO2�

�NH3

�O2CCH2CHCO2�

�NH3

�O2CCH2CHCO2�

NH2

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El pI del ácido aspártico es el promedio del valor de pKa1 (1.88) y el valor de pKa de la cade-na lateral (3.65), es decir, 2.77.

Lisina:

El pI de la lisina es el promedio del valor de pKa2 (8.95) y el valor de pKa de la cadena lateral(10.53), o sea 9.74.

Los aminoácidos individuales difieren en sus propiedades ácido-base. Es importante enlos péptidos y en las proteínas, donde las propiedades de la sustancia dependen de los aminoáci-dos que la componen, y en especial de la naturaleza de las cadenas laterales. También es impor-tante en los análisis en que se separa una mezcla compleja de aminoácidos en sus componentes,aprovechando las diferencias de su poder para donar y aceptar protones.

27.4 SÍNTESIS DE AMINOÁCIDOS

Uno de los métodos más antiguos para sintetizar aminoácidos se originó en el siglo XIX, y noes más que una sustitución nucleofílica en la que el amoniaco reacciona con un ácido �-halo-carboxílico.

CH3CHCO2H

Br

Ácido 2-bromopropanoico

CH3CHCO2�

NH3�

Alanina (65 a 70%)

� �2NH3

Amoniaco

NH4Br

Bromuro de amonio

H2O


TABLA 27.3Propiedades ácido-base de aminoácidos con cadenas laterales ionizables

Aminoácido

Ácido aspárticoÁcido glutámico

LisinaArgininaHistidina

pKa1*

1.882.19

2.182.171.82

pKa2

9.609.67

8.959.049.17

pKa de lacadena lateral

3.654.25

10.5312.48

6.00

pI

2.773.22

9.7410.76

7.59

*En todos los casos, el valor de pKa1 corresponde a la ionización del grupo carbonilo del RCHCO2H, y pKa2 a la ionización del ion amonio. W

NH3�

pKa1

2.18pKa2

8.95pKa (cadena lateral)

10.53H3N(CH2)4CHCO2H

�

�NH3

H3N(CH2)4CHCO2�

�

�NH3

Ácido conjugadodel ion dipolar

H3N(CH2)4CHCO2�

�

NH2

Ion dipolar

H2N(CH2)4CHCO2�

NH2

PROBLEMA 27.3La cisteína tiene pKa1 = 1.96 y pKa2 = 10.28. El valor de pKa de la ionización del grupo OSHde la cadena lateral es 8.18. ¿Cuál es el punto isoeléctrico de la cisteína?

PROBLEMA 27.4A pH mayor que aproximadamente 10, la especie principal presente en una solución de tirosinatiene una carga neta de �2. Sugiera una estructura razonable para esta especie.

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27.4 Síntesis de aminoácidos 1135

Electroforesis

La electroforesis es un método para separar y purificar,que depende del movimiento de partículas cargadas enun campo eléctrico. Se pueden presentar sus principios

considerando el comportamiento electroforético de algunosaminoácidos representativos. El medio es una tira de acetato decelulosa, humedecida con una solución acuosa regulada a deter-minado pH. Los extremos opuestos de la tira se colocan en com-partimientos separados que contienen el regulador, y cadacompartimiento se conecta con una fuente de corriente eléctricadirecta (figura 27.3a). Si la solución reguladora es más ácida queel punto isoeléctrico (pI) del aminoácido, éste tiene una carga po-sitiva neta, y migra hacia el electrodo con carga negativa. Por elcontrario, cuando el regulador es más básico que el pI del ami-noácido, éste tiene una carga negativa neta y migra hacia el elec-trodo con carga positiva. Cuando el pH del regulador correspondeal pI, el aminoácido no tiene carga neta, y no migra.

Así, si una mezcla que contiene alanina, ácido aspártico y li-sina se somete a la electroforesis en un regulador que coincidacon el punto isoeléctrico de la alanina (pH 6.0), el ácido aspár-tico (pI = 2.8) migra hacia el electrodo positivo, la alanina per-

manece en el origen y la lisina (pI = 9.7) migra hacia el electro-do negativo (figura 27.3b).

La electroforesis se usa principalmente para analizar mez-clas de péptidos y proteínas, más que aminoácidos individuales,pero se aplican los mismos principios. Como los péptidos y lasproteínas contienen distintas cantidades de aminoácidos, y comosus cadenas laterales son distintas, dos péptidos tendrán pro-piedades ácido-base ligeramente distintas, y cargas netas lige-ramente distintas a determinado pH. Así, sus movilidades en uncampo eléctrico serán diferentes, y se podrá usar la electrofore-sis para separarlos. El medio que se usa para separar a los pép-tidos y proteínas es, en el caso típico, un gel de poliacrilamida,

�O2CCH2CHCO2�

�NH3

Ácido aspártico(�1 ion)

CH3CHCO2�

�NH3

Alanina(neutra)

H3N(CH2)4CHCO2�

�

�NH3

Lisina(�1 ion)

FIGURA 27.3 Aplicación de la electroforesis para separar ácido aspártico, alanina y lisina, según su tipo de carga, a un pH igual alpunto isoeléctrico (pI) de la alanina.

Una mezcla de aminoácidos

�O2CCH2CHCO2� H3N(CH2)4CHCO2

�CH3CHCO2�

�NH3�NH3

�NH3

se coloca en el centro de una hoja de acetato de celulosa. La hoja se impregna con una solución acuosa regulada a pH de 6.0. En este pH, el ácido aspártico existe como su ion � 1, la alaninacomo su ion dipolar, y la lisina como su ion �1.

a)

b)

��

La aplicación de una corriente eléctrica hace que los iones con carga negativa migren hacia el electrodo � y que los iones con carga positiva migren hacia el electrodo �. El ion dipolar, con una carga neta de cero, permanece en su posición original.

�

(continúa)

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El �-haloácido se prepara, en general, con la reacción de Hell-Volhard-Zelinzky (vea la sec-ción 19.16).

En la síntesis de Strecker, un aldehído se convierte en un �-aminoácido con un átomode carbono más, mediante un procedimiento en dos etapas, en el que un �-aminonitrilo es unintermediario. El �-aminonitrilo se obtiene por la reacción del aldehído con amoniaco o conuna sal de amonio y una fuente de iones cianuro. Para formar una función ácido carboxílico, lahidrólisis del grupo nitrilo completa la síntesis.

El método que más se usa en el laboratorio para sintetizar los �-aminoácidos es una modi-ficación de la síntesis del éster malónico (sección 21.8). El reactivo clave es el acetamidoma-lonato de dietilo, derivado del éster malónico que ya tiene el sustituyente crítico de nitrógenoen su lugar, en el átomo de carbono �. La cadena lateral se introduce alquilando el acetoami-domalonato de dietilo de la misma forma que se alquila el malonato de dietilo mismo.

CH3CH

O

Acetaldehído

NH4Cl

NaCN

2-Aminopropanonitrilo

CH3CHC N

NH2

Alanina (52 a 60%)

CH3CHCO2�

NH3�

1. H2O, HCl, calor

2. HO�


(continuación)

en el que se origina la electroforesis en gel, nombre de esta téc-nica.

Un segundo factor que gobierna la rapidez de migración du-rante la electroforesis es el tamaño (longitud y forma) del pépti-do o la proteína. Las moléculas más grandes se mueven con máslentitud que las pequeñas. En la práctica normal, el experimen-to se modifica para aprovechar las diferencias de tamaño másque las diferencias de carga neta, en especial en la electrofore-sis en gel y SDS de las proteínas. Más o menos se agrega 1.5 gdel detergente docecilsulfato de sodio (SDS, de sodium dodecylsulfate, página 813) por gramo de proteína, al regulador acuo-so. El SDS se une a la proteína y hace que se desdoble, de talmodo que queda aproximadamente en forma alargada, con los

grupos CH3(CH2)10CH2O del SDS asociados con las partes lipo-fílicas (hidrofóbicas) de la proteína. Los grupos sulfato, con car-ga negativa, están expuestos al agua. Las moléculas de SDS queacarrean aseguran que todas las moléculas de proteína tengancarga negativa, y migren hacia el electrodo positivo. Además,todas las proteínas de la mezcla tienen ahora formas parecidas,y tienden a viajar con velocidades proporcionales a la longitudde su cadena. Así, cuando se prepara, la electroforesis en gel ySDS permite separar las proteínas de una mezcla de acuerdo consus pesos moleculares. En análisis, se usa para estimar el pesomolecular de una proteína, comparando su movilidad electrofo-rética con la de proteínas de peso molecular conocido.

Más adelante, en el capítulo 28, se verá cómo la electrofo-resis en gel se usa en la química de los ácidos nucleicos.

PROBLEMA 27.5Describa los pasos de una síntesis de valina a partir de ácido 3-metilbutanoico.

Adolf Strecker, de la Universidadde Würzburg (Alemania) describióla síntesis de la alanina en unapublicación de 1850.

PROBLEMA 27.6Describa los pasos para la preparación de la valina, con la síntesis de Strecker.

CH3CNHCH(CO2CH2CH3)2

O

Acetamidomalonatode dietilo

CH3CNHC(CO2CH2CH3)2

�

Na�

O

Sal de sodiodel acetamidomalonato de dietilo

NaOCH2CH3

CH3CH2OH

Acetamidobencilmalonatode dietilo

(90%)

CH3CNHC(CO2CH2CH3)2

O

CH2C6H5

C6H5CH2Cl

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El grupo acetilo del nitrógeno se elimina por hidrólisis, y se convierten las dos funciones ésteren grupos carboxilo. Se llega al producto que se desea por descarboxilación.

Los �-aminoácidos preparados por los métodos sintéticos que se acaban de describir, sonracémicos; a menos que se incluya un paso de resolución, que se usen reactivos enantioméri-camente enriquecidos, o que la reacción se modifique para ser enantioselectiva. Se han logra-do muchos avances en la última de estas técnicas, y los químicos no sólo pueden preparar losL-aminoácidos, sino también sus enantiómeros D, mucho más raros. Ya se ha visto un ejemplode este método en la síntesis del fármaco L-dopa por hidrogenación enantioselectiva, que se usacontra el mal de Parkinson (sección 14.15). En fecha reciente, se ha desarrollado una variaciónde la síntesis de Strecker, donde se usa un catalizador quiral, con la que se obtienen �-amino-ácidos con más de 99% de enantioselectividad.

27.5 REACCIONES DE LOS AMINOÁCIDOS

Los aminoácidos tienen las reacciones características de sus grupos funcionales amino y ácidocarboxílico. Una reacción típica del grupo amino es la acilación.

La formación de ésteres es una reacción típica del grupo carboxilo.

Se puede detectar la presencia de aminoácidos por la formación de un color púrpura altratarlos con ninhidrina. El mismo compuesto causante del color púrpura se forma con todoslos aminoácidos en los que el grupo �-amino es primario.

Etanol

CH3CH2OH�

Alanina

CH3CHCO2�

NH3�

Clorhidrato del éster etílicode la alanina (90 a 95%)

CH3CHCOCH2CH3 Cl�

O

NH3�

HCl

Glicina

H3NCH2CO2�

�

Anhídrido acético

CH3COCCH3

O O

N-Acetilglicina (89 a 92%)

CH3CNHCH2CO2H

O

� �

Ácido acético

CH3CO2H

HBr

H2O, calor

calor

�CO2

Fenilalanina(65%)

C6H5CH2CHCO2�

NH3�

Acetamidobencilmalonatode dietilo

CH3CNHC(CO2CH2CH3)2

O

CH2C6H5

(no se aísla)

H3NC(CO2H)2

�

CH2C6H5

27.5 Reacciones de los aminoácidos 1137

PROBLEMA 27.7Describa los pasos de la síntesis de valina a partir del acetamidomalonato de dietilo. El rendi-miento general de valina por este método se reporta muy bajo en las publicaciones (31%). ¿Pue-de usted dar una razón de por qué esta síntesis no es muy eficiente?

La ninhidrina se usa para detectarhuellas digitales.

2

O

O

OH

OH

Ninhidrina

� H3NCHCO2�

�

R

� HO� N

O

�OO

O

Colorante violeta(púrpura de Ruhemann)

�

(Se forma,pero normalmente

no se aísla)

O

RCH

CO2

4H2O

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La prolina, donde el grupo �-amino es secundario, produce un compuesto anaranjado al reac-cionar con la ninhidrina.

27.6 ALGUNAS REACCIONES BIOQUÍMICAS DE LOS AMINOÁCIDOS

El hecho de darle atención a los 20 (o 21 o 22) aminoácidos que codifica el ADN indica la im-portancia que tiene la biosíntesis de las proteínas como reacción de los aminoácidos. Ademásde servir como bloques de construcción para las proteínas, los aminoácidos intervienen en mu-chos otros procesos bioquímicos. Almacenan energía, si bien en forma menos eficiente que loscarbohidratos y los lípidos, y son materias primas en la biosíntesis de otros aminoácidos, ami-nas, alcaloides y neurotransmisores.

Muchas de las reacciones bioquímicas de los aminoácidos requieren de 5�-fosfato de pi-ridoxal (PLP), un componente de la vitamina B6, como coenzima. Antes de actuar sobre unaminoácido, el PLP usa su función aldehído para formar una imina, con el grupo amino de unacadena de lisina en una proteína.

La reacción del PLP, unido a la enzima, con un aminoácido, une al aminoácido y al PLP conun nuevo enlace de imina.

El anillo de piridina del PLP, en especial cuando se protona, facilita varias clases de reac-ciones en el carbono � del aminoácido, funcionando como grupo que retira electrones. Una delas reacciones es la descarboxilación.

En el mecanismo 27.1 se describe la descarboxilación y se muestra la función que realiza lacoenzima.

Muchas aminas bioactivas se forman por descarboxilación de aminoácidos ayudada porPLP. Por ejemplo, la descarboxilación de la histidina forma la histamina, un eficaz vasodilata-

fosfatode piridoxal

aminoácidodescarboxilasa

RCH2NH2 �

AminaAminoácido

CO2

Dióxido de carbono

�NH3

RCHCO2�


PROBLEMA 27.8Sugiera un mecanismo razonable de la reacción de un �-aminoácido con la ninhidrina.

Fosfato de piridoxal (PLP)

C

N

OH

CH3

�O3POCH2

H O

PLP unido a enzimaEnzima Agua

H3N� H2O��

Enzima

N

OH

CH3

�O3POCH2

EnzimaC

H N

PLP unido a enzima

N

OH

CH3

�O3POCH2

IminaAminoácido Enzima

� H3N��

Enzima

N

OH

CH3

�O3POCH2

Enzima

�NH3

RCHCO2�

RCHCO2�

CH N

CH N

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dor que existe normalmente en los tejidos, y que se forma en cantidades excesivas bajo condi-ciones de efecto traumático.

N

NH

CH2CHCO2�

NH3�

Histidina

5�-fosfato depiridoxal

aminoácidodescarboxilasa

CH2CH2NH2 � CO2

N

NH

Histamina Dióxidode carbono

27.6 Algunas reacciones bioquímicas de los aminoácidos 1139

MECANISMO 27.1 Descarboxilación de un ��-aminoácido mediada por 5'-fosfato de piridoxalReacción general:

Mecanismo: Cada etapa es catalizada por enzimas, y puede abarcar más de un paso elemental.

Etapa 1: El aminoácido reacciona con el 5'-fosfato de piridoxal (PLP) unido a la enzima. Se forma un enlace imina (CœN) entre el aminoácido y el PLP, y la enzima es desplazada.

Etapa 2: Cuando se protona el anillo de piridina en el nitrógeno, se vuelve un grupo que retira electrones con fuerza y la descarboxilación se facilita por la neutralización de la carga.

±

±

±

±

±RCHCO2�

�O3POCH2

CH3

OH RCHCO2�

RCH2NH2 CO2

5'-fosfatode piridoxal

aminoácidodescarboxilasa�NH3

Aminoácido

PLP unido a enzima Aminoácido Imina Enzima

Amina Dióxidode carbono

�

CN±

N

H

± œEnzima

�

�

±

±

±

±�O3POCH2

CH3

OH

O�±±

±C

Imina

CN

N

H

R C

H±

±

œ

±

�NH3

±

±

±

±�O3POCH2

CH3

OHH3N±

RCHCO2�

CN

N

H

± œ

�

±

±£ Enzima�

�

±

±OX

X

±

±

±

±�O3POCH2

CH3

OH

±± H

Imina descarboxilada Dióxidode carbono

C

H

N

N

H

RC

X

OœCœO

±

H

(continúa)

±£

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La histamina causa muchos de los síntomas asociados con la fiebre del heno y otras alergias.Un antihistamínico alivia estos síntomas al bloquear la acción de la histamina.

Un grupo de sustancias llamadas neurotransmisores, sustancias que portan mensajespasando de una neurona a otra por una sinapsis, influyen en la química del cerebro y del siste-ma nervioso central. Varios de esos neurotransmisores se originan en la L-tirosina, por modifi-cación estructural y descarboxilación, como se describe en la figura 27.4.

También el 5�-fosfato de piridoxal es una coenzima para la racemización de los amino-ácidos. La reacción clave es la sustracción de un protón del carbono � de la imina del aminoáci-do del PLP. Este paso convierte al carbono �, que es un centro de quiralidad, de sp3 en sp2.


MECANISMO 27.1 Descarboxilación de un ��-aminoácido mediada por 5'-fosfato de piridoxal (continuación)

Etapa 4: La reacción de la imina enlazada con PLP, con la enzima, libera la amina y regenera la coenzima enlazada con la enzima.

Etapa 3: La transferencia de protón al carbono �, y la sustracción de un protón del nitrógeno de la piridina, causan la rearomatización del anillo de piridina.

±

±

±

±�O3POCH2

CH3

CH2R

OHRCH2NH2

Imina enlazada a PLP Enzima AminaPLP enlazado a enzima

CN

N

H

± œ±

±

±

±�O3POCH2

CH3

OH

CN±

N

H

± œ

±£H2N±� �Enzima

Enzima

±

X

±

±

±

±�O3POCH2

CH3

OH

±

±

± H H±A

Imina descarboxilada

C

HA

N

N

H

RC

X

Imina enlazada a PLP

±

±

±

±�O3POCH2

CH3

OH

CN

N

H

± œ

±±

±± HH

RC

±

�

±£

PROBLEMA 27.9Uno de los aminoácidos de la tabla 27.1 es el precursor biológico del ácido �-aminobutírico (áci-do 4-aminobutanoico) que se forma por una reacción de descarboxilación. ¿Cuál aminoácido es?

Vea en la edición de febrero de1988 del Journal of ChemicalEducation (pp. 108-111) un repa-so de los neurotransmisores.

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La transferencia de un protón al carbono de la imina, en el intermediario aquiral, forma canti-dades iguales de los dos enantiómeros de la imina del PLP. La ecuación ilustra la racemizaciónde la L-alanina, que es catalizada por la alanina racemasa, una enzima dependiente del PLP.Como la D-alanina es un componente esencial de las paredes de las células bacterianas, haymucho interés en el diseño de inhibidores de alanina racemasa, que pueden ser fármacos anti-bacterianos potenciales.

Además de la descarboxilación y la racemización de los aminoácidos, el PLP es unacoenzima para la transaminación, la transferencia de un grupo amino de un compuesto a otro.Las enzimas que catalizan transaminaciones se llaman aminotransferasas o transaminasas. Enmuchas transaminaciones interfieren dos compuestos: el ácido �-cetoglutárico y el ácido L-glu-támico.


PLP imina de L-alanina Intermediario aquiral PLP imina de D-alanina

C

OH�O3POCH2

SN

N

H

�

�O2CCH3

CH3

A�C H

CH N

�O2CC

OH�O3POCH2

R

N

H

�

CH3

CH3

H

CCH

OH

CH3

�O3POCH2

N

N

H

CH

CH3C

�O2C

HO

O�

O

H

Tirosina3,4-Dihidroxifenilalanina

(L-Dopa)Dopamina

Norepinefrina(Noradrenalina)

�

NH3HO

OH

H

NH2

¢± ¢±

¢±

¢±

T

T

T%≥ H �

NH3

HO

OH

T

T

NH2

HO

OH

OH

T

T

≥

%≥

Epinefrina(Adrenalina)

HNHCH3

HO

OH

OH

T

T

%≥

O�

O%

FIGURA 27.4 La tirosina es el precursor en la biosíntesis de varios neurotransmisores. Cada transformación es catalizada por enzimas.

5�-fosfatode piridoxal

aminotransferasa�

Aminoácido Ácido �-cetoglutárico �-Cetoácido Ácido L-glutámico

�NH3�NH3

RCHCO2� �O2CCH2CH2CCO2

�

O

� �O2CCH2CH2CHCO2�RCCO2

�

O

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La reacción indicada, escrita en dirección de avance, ilustra una propiedad del metabolismo delos aminoácidos: la descomposición de los aminoácidos y el uso de sus unidades estructuralespara otros fines. Escrita en dirección inversa, ilustra una ruta biosintética a los aminoácidos.Por ejemplo, la L-alanina no es un aminoácido esencial, porque nuestro cuerpo tiene la capaci-dad de biosintetizarla. Una ruta biosintética hacia la L-alanina es la transaminación del ácidopirúvico.

Aunque la ecuación muestra una sola transaminación, en realidad el mecanismo implicados. En la primera, el grupo amino del ácido L-glutámico se transfiere a la coenzima PLP paraformar el 5�-fosfato de piridoxamina (PMP).

En la segunda, el mismo grupo amino se transfiere del PMP al ácido pirúvico.

Cada reacción se puede comprender a la luz de lo que ya se ha visto acerca de la forma en queel PLP funciona como coenzima. El mecanismo 27.2 describe la primera transaminación. Lasegunda es análoga a la primera, pero seguida en orden inverso.

La formación del enlace peptídico y la transaminación son las reacciones más generalesde los aminoácidos esenciales; pero los aminoácidos individuales participan con frecuencia enreacciones de alcance más limitado. Una de las rutas de biosíntesis de la L-tirosina es la oxida-ción de la L-fenilalanina. Se forma un óxido de areno como intermediario (sección 24.7).


PROBLEMA 27.10 El ácido �-cetoglutárico sufre una reacción de transaminación con ácido L-aspártico (vea la ta-bla 27.1), que lo convierte en un compuesto llamado ácido oxaloacético. ¿Cuál es la estructuradel ácido oxaloacético?

5�-fosfatode piridoxal

aminotransferasa�

Ácido pirúvico L-Alanina Ácido �-cetoglutáricoÁcido L-glutámico

�NH3�NH3

CH3CCO2� CH3CHCO2

��O2CCH2CH2CHCO2�

O

�

O

�O2CCH2CH2CCO2�

�aminotransferasa

�

Ácido �-cetoglutárico

O

�O2CCH2CH2CCO2��O2CCH2CH2CHCO2

�

�NH3

Ácido L-glutámico PMP

N

OH

CH3

NH2

H2C�O3POCH2

PLP

N

OH

CH3

�O3POCH2

CH O

PMP PLP

�aminotransferasa

�

Ácido pirúvico

CH3CCO2�

O

�NH3

CH3CHCO2�

L-Alanina

N

OH

CH3

�O3POCH2

H2C

N

OH

CH3

�O3POCH2

CH ONH2

CH2CHCO2�

NH3�

L-Fenilalanina

O2

enzima

enzimaO

CH2CHCO2�

NH3�

Óxido de areno intermediario

HO CH2CHCO2�

NH3�

L-Tirosina

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Algunas personas carecen de la enzima fenilalanina hidroxilasa, necesaria para esta con-versión, y toda la L-fenilalanina que de ordinario se convertiría en L-tirosina, se convierte enácido fenilpirúvico, por transaminación.

CH2CHCO2�

NH3�

L-Fenilalanina

CH2CCO2H

Ácido fenilpirúvico

enzimas

O


Reacción general:

Mecanismo: Cada etapa puede comprender más de un paso elemental. Cada reacción es catalizada por enzimas. Las etapas 1 a 4 muestran la transferencia del grupo amino del ácido L-glutámico a 5'-fosfato de piridoxal, para formar ácido �-cetoglutárico y 5'-fosfato de piridoxamina (PMP). El PMP reacciona con ácido pirúvico para formar una imina, que entonces sigue etapas análogas a 1 a 4, pero en orden inverso, para llegar a L-alanina y PLP. Esas etapas se resumen como etapa 5.

Etapa 1: El ácido L-glutámico forma un enlace imina con la coenzima PLP, por reacción con la imina que se forma entre el PLP y la enzima.

Etapa 2: El efecto de retirar electrones, del anillo de piridinio, estabiliza la base conjugada formada por sustracción de un protón del carbono � en la imina.

±

±

±

±�O3POCH2

CH3

OH

CH3CCO2�

Glutamato-alaninaaminotransferasa

5�-Fosfatode piridoxal

£

Ácido L-glutámico Ácido pirúvico Ácido �-cetoglutárico L-Alanina

PLP enlazado a enzima Imina del ácido glutámico-PLPÁcido L-glutámico Enzima

�

�

�

CN±

N

H

± œEnzima ±

±

±

±�O3POCH2

CH3

OHH3N±

CN

N

H

± œ

�

±

±£ Enzima�

±

±

±

±

±

±�O3POCH2

CH3

OH

Imina del ácido glutámico-PLP

C

H

N

N

H

±

H

œ

�O2CCH2CH2CHCO2� �O2CCH2CH2CCO2

�XO

XO

�NH3

±



�NH3

±

CH3CHCO2�

�NH3

±

�O2CCH2CH2CCO2�

�O2CCH2CH2

�

base

±±

±

±

±�O3POCH2

CH3

OH

Base conjugada de la imina de ácido glutámico-PLP

C

H

N

N

H

C

X

X

£

±

±

±

±�O3POCH2

CH3

OH

±±

CN

N

H

H

C

±±

±

œ

�

�CO2

� �O2CCH2CH2 ±± CO2�

¢£

(continúa)

MECANISMO 27.2 Transaminación. Biosíntesis de L-alanina a partir de ácido L-glutámico y ácido pirúvico

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Demasiado ácido fenilpirúvico provoca la fenilcetonuria (enfermedad PKU), que puede llevaral retardo mental durante el crecimiento. Por rutina, a los bebés se les hace la prueba de la en-fermedad PKU a los pocos días de nacidos. Esta enfermedad no puede curarse, pero se contro-la restringiendo la ingestión de alimentos que son ricos en L-fenilalanina, como la carne.

27.7 PÉPTIDOS

Una reacción bioquímica clave de los aminoácidos es su conversión en péptidos, polipéptidos yproteínas. En todas estas sustancias, los aminoácidos están enlazados entre sí por enlaces amida.


MECANISMO 27.2 Transaminación. Biosíntesis de L-alanina a partir de ácido L-glutámico y ácido pirúvico (continuación)

Etapa 3: La aromaticidad del anillo de piridina se restaura por reorganización de electrones y protonación del carbono, y se convierte una imina PLP en una imina PMP.

Etapa 4: La ruptura de la imina PMP, que aquí se muestra como una hidrólisis, forma piridoxamina y ácido �-cetoglutárico.

Etapa 5: La formación de la imina a partir de PMP y ácido pirúvico prepara la conversión de ácido pirúvico en L-alanina.

±

±

±�O3POCH2

CH3

OH£

PMP

H2CNH2

N

± ±

±

±

±�O3POCH2

CH3

OH

PMP imina del ácido pirúvico

H2C

N

±

H±

±±

H

N

PLP imina de L-alanina L-Alanina

±

±

±

±�O3POCH2 CH3CHCO2�

CH3NH3

OH

CN

N

H

±

±

±

±£

C

�O2CCH2CH2

OX

CH3CCO2�

�

Base conjugada de la imina del ácido glutámico-PLP

X

X X

£

±

±

±

±

±

�O3POCH2

CH3

OH

±±

CNH H±ácido

CCO2

� �O2CCH2CH2

PMP imina del ácido �-cetoglutárico

±

±

±

±�O3POCH2

CH3

OH

±±

H2CN

CCO2

�

X

H2O£

OX

�O2CCH2CH2CCO2�

Ácido �-cetoglutárico

±±

H

N�

X

�O2CCH2CH2

PMP imina del ácido �-cetoglutárico PMP

±

±

±

±�O3POCH2

CH3

OH

±±

H2CN

±±

H

N�

±

±

±

±�O3POCH2

CH3

OH

H2CNH2

CCO2

�

±

H

N

X

H3C

±

±±

N

CCO2

� H3C ±± CO2�

±£

�

�

Los alimentos endulzados con aspartame (vea el ensayo ¡Quédulce!, cap. 25) contienen unaadvertencia acerca de la PKU.¿Sabe usted por qué?

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El enlace amida entre el grupo amino de un aminoácido y el carboxilo de otro se llama enlacepeptídico. La alanilglicina es un dipéptido representativo.

Por convenio, las estructuras de los péptidos se escriben de modo que el grupo amino

(como H3N�

O o H2NO) está a la izquierda, y el grupo carboxilo (como CO2� o como CO2H)

está a la derecha. Los extremos izquierdo y derecho del péptido se llaman N terminal (o ami-no terminal) y C terminal (o carboxilo terminal), respectivamente. La alanina es el aminoácidoN-terminal en la alanilglicina; la glicina, el aminoácido C-terminal. Se nombra un dipéptido comoderivado de acilo del aminoácido C-terminal. Al orden preciso del enlace en un péptido se le lla-ma secuencia de aminoácidos. La secuencia de aminoácidos se especifica con facilidad usandolas abreviaturas de aminoácidos con sus tres letras correspondientes, unidas por guiones. Tam-bién se pueden usar las abreviaturas de una letra. Los aminoácidos individuales componentesde los péptidos se llaman con frecuencia residuos de aminoácidos.

En la figura 27.5 se muestra la estructura de la Ala-Gli determinada por cristalografía conrayos X. Una propiedad importante es la geometría plana del enlace peptídico, y la conforma-ción más estable con respecto a este enlace tiene los dos átomos de carbono � anti entre sí.

Aminoácido N-terminal Aminoácido C-terminalNHCH2CO2�H3NCHC

�

CH3

O

Alanilglicina(Ala-Gli o AG)

27.7 Péptidos 1145

Se entiende que los �-aminoácidosse presentan como los estereoisó-meros L, a menos que se indiqueotra cosa. La notación L se mues-tra en forma explícita cuando estápresente un aminoácido D, y unaminoácido racémico se identificacon las letras DL.

PROBLEMA 27.11Escriba fórmulas que muestren la construcción de cada uno de los dipéptidos siguientes. Vuelvaa escribir cada secuencia usando abreviaturas de aminoácidos con una letra.

a) Gli-Ala d ) Gli-Glu

b) Ala-Fen e) Lis-Gli

c) Fen-Ala f ) D-Ala-D-Ala

SOLUCIÓN MUESTRA a) Gli-Ala es isómero constitucional de Ala-Gli. La glicina esel aminoácido N-terminal en la Gli-Ala; la alanina es el aminoácido C-terminal.

Aminoácido N-terminal Aminoácido C-terminal

Glicilalanina (GA)

NHCHCO2�H3NCH2C

�

O

CH3

a) b)

126°

115°

119°

118°118°

124°

O

C

N

H

H

H3C

H3N

CCH2

%%

C

OO�

�

≥

FIGURA 27.5 Característicasestructurales del dipéptido L-ala-nilglicina, determinadas por cris-talografía por rayos X. Todos losenlaces peptídicos están en elmismo plano, y los dos carbonos� son anti entre sí.

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La rotación respecto al enlace amida es lenta, porque la deslocalización del par de electronesno compartidos del nitrógeno con el grupo carbonilo comunica un carácter parcial de enlacedoble a la unión carbono-nitrógeno.

Además de su geometría plana, el enlace amida afecta la estructura de los péptidos enotra forma importante. Las unidades NOH y CPO podrían formar puentes de hidrógeno conotros enlaces peptídicos, tanto en la misma cadena como en otras adyacentes.

Como es la única amina secundaria entre los aminoácidos esenciales, la L-prolina es una ex-cepción, porque sus amidas no tienen enlace NOH.

Esta propiedad estructural de la L-prolina afecta la forma tridimensional de los péptidos que lacontienen, porque limita el número de oportunidades de formación de puentes de hidrógeno.

Las estructuras de los péptidos superiores son extensiones de las características estructu-rales de los dipéptidos. La figura 27.6 muestra la fórmula estructural y la secuencia de amino-ácidos de la leucina encefalina, un pentapéptido natural. Las encefalinas son componentespentapeptídicos de las endorfinas, polipéptidos del cerebro, que actúan como analgésicos pro-pios del organismo. Una segunda sustancia, la metionina encefalina, también existe en las endor-finas. La metionina encefalina es, aproximadamente, 20 veces más potente que la leucinaencefalina. Se diferencia de ella sólo en que tiene metionina en lugar de leucina como amino-ácido C-terminal.

Se conocen péptidos con estructuras un poco distintas de las que se han descrito hastaahora. Una de esas estructuras se puede observar en el nonapéptido oxitocina, que se muestraen la figura 27.7. Es una hormona secretada por la glándula pituitaria, que estimula la contrac-ción uterina durante el parto. Más que terminar en un grupo carboxilo, el residuo C-terminal

NN

H

O

este nitrógeno no tieneH enlazado con él O

O

N H N HO

N H O


PROBLEMA 27.12Amplíe su respuesta al problema 27.11, mostrando la fórmula estructural de cada dipéptido demodo que se vea la estereoquímica en el átomo de carbono �.

SOLUCIÓN MUESTRA a) La glicina es aquiral, por lo que Gli-Ala sólo tiene un cen-tro de quiralidad, el átomo de carbono � del residuo de L-alanina. Cuando la cadena de carbo-nos se dibuja extendida, en forma de zigzag, y la alanina es el C-terminal, su estructura es lasiguiente:

CO2�

H3N� O

NH

HH3C

Gli-Ala (GA)

PROBLEMA 27.13¿Cuál es la secuencia de aminoácidos (con abreviaturas de tres letras) de la metionina encefali-na? Indíquela también usando abreviaturas de una letra.

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27.7 Péptidos 1147

Tir Gli Gli Fen Leu

b)

Tir Gli Fen LeuGli

a)

HO NH3

S

T

OX

OX

NH

NH

HN

XO

XO

H

H

CH2

CHN

C

H

C

�

CH2CH(CH3)2

CO2�

FIGURA 27.6 La estructuradel pentapéptido leucina ence-falina aparece como a) un dibujoestructural y b) un modelo mo-lecular. La forma del modelo molecular fue determinada porcristalografía por rayos X. Se hanomitido los hidrógenos para hacermás clara la exposición.

HH

O

H

NH

C

H

CH2CNH2

O

O

0

0

O0

HOH

H

H

OX

H2NCCH2

OX

CXO

WCH2

OX

CH2

W

HN

HN

O0

NH

CH3CHCH2CH3

CH2

HN

±

±

±

NH2

N

NH

CXO

CHN

OX

H2NC

(CH3)2CHS

SW

FIGURA 27.7 Estructura de laoxitocina, un nonapéptido quecontiene un enlace disulfuro entre dos residuos de cisteína.Una de esas cisteínas es el ami-noácido N-terminal; el aminoáci-do C-terminal es la amida de laglicina. No hay grupos carboxilolibres en la molécula; todos estánen forma de amidas.

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glicina, en la oxitocina, se ha modificado de modo que existe en forma de la amida correspon-diente. Dos unidades de cisteína, una de ellas el aminoácido N-terminal, están unidas por elenlace azufre-azufre de una unidad cíclica de disulfuro, formando un anillo grande. Es una mo-dificación estructural común en polipéptidos y proteínas que contienen residuos de cisteína.Proporciona un enlace covalente entre regiones de la cadena de péptidos que pueden ser resi-duos de aminoácidos alejados entre sí.

27.8 INTRODUCCIÓN A LA DETERMINACIÓNDE LA ESTRUCTURA DE LOS PÉPTIDOS

Hay varios niveles de estructura de los péptidos. La estructura primaria es la secuencia deaminoácidos más todos los enlaces disulfuro. Con los 20 aminoácidos de la tabla 27.1 comobloques estrucuturales, es posible tener 202 dipéptidos, 203 tripéptidos, 204 tetrapéptidos, etc.Dado un péptido de estructura desconocida, ¿cómo se determina su secuencia de aminoácidos?

Se describirá cómo determinar la estructura de los péptidos haciendo primero la reseñade uno de los grandes logros de la bioquímica, la determinación de la secuencia de aminoácidosen la insulina, llevado a cabo por Frederick Sanger, de la Universidad de Cambridge, en Ingla-terra. Sanger obtuvo el premio Nobel de Química en 1958 por este trabajo, que comenzó en1944 y terminó 10 años después. Los métodos que usaron él y sus colaboradores, naturalmen-te, se han actualizado, pero la estrategia general no ha cambiado mucho. Se usará el trabajo deSanger con la insulina, como guía en la estrategia, y a continuación se mostrará cómo se hanoriginado en él los métodos actuales de secuenciar las proteínas.

Se puede decir que la estrategia de Sanger es la siguiente:

1. Determinar qué aminoácidos hay, y sus relaciones molares.

2. Romper el péptido en fragmentos menores, separar esos fragmentos y determinar lacomposición de los fragmentos en aminoácidos.

3. Identificar el aminoácido N-terminal y el C-terminal en el péptido original y en cadafragmento.

4. Organizar la información para que las secuencias de aminoácidos en los fragmentos pequeños se puedan traslapar para revelar la secuencia completa.

27.9 ANÁLISIS DE AMINOÁCIDOS

La química para el análisis de aminoácidos comienza con la hidrólisis de los enlaces amida,catalizada por ácidos. El péptido se hidroliza calentándolo en ácido clorhídrico 6 M durante24 h, aproximadamente, para producir una solución que contiene todos los aminoácidos. Elanálisis de la mezcla, respecto a sus componentes y sus cantidades relativas, se hace en formatípica con métodos cromatográficos. Esos métodos se originan en el trabajo de Stanford Moorey William H. Stein de la Rockefeller University, quienes desarrollaron técnicas automatizadaspara separar e identificar los aminoácidos por cromatografía de intercambio iónico.

En sus estudios originales, Moore y Stein llevaron a un pH de 2 y a un volumen de 5 mlla solución de la hidrólisis ácida de 0.005 g de proteína, y la colocaron en una columna deintercambio iónico, que separa a los aminoácidos principalmente, aunque no en forma exclusi-va, según sus propiedades ácido-base. Los aminoácidos básicos se retienen más en la resina deintercambio iónico, los aminoácidos ácidos se retienen menos. Al salir los aminoácidos de lacolumna se mezclan con ninhidrina y el color de la ninhidrina se vigila electrónicamente. Losaminoácidos se identifican comparando su comportamiento cromatográfico con el de amino-ácidos conocidos, y sus cantidades relativas con áreas de máximos son registradas en una grá-fica de papel. Los métodos actuales son variaciones de este método, pero con grandes mejorasque reducen tanto la cantidad de proteína necesaria como el tiempo requerido.

La cromatografía en fase líquida de alto rendimiento (HPLC, de high-performance liquidchromatography) ha sustituido a la cromatografía de intercambio iónico, y su mayor poder de


Sanger compartió un segundo premio Nobel en 1980, por idearmétodos para secuenciar ácidosnucleicos. La estrategia de Sangeren ese campo se describirá en lasección 28.14.

Recuerde, de la sección 15.13,que los compuestos del tipo RSHse oxidan con facilidad a RSSR.

Moore y Stein compartieron el premio Nobel de Química en 1972.

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separación ha reducido el tiempo necesario en el análisis. Se tienen columnas de HPLC másselectivas para distintas clases de aminoácidos. En algunas columnas los materiales más pola-res se retienen con más fuerza, y en otras, son los menos polares los que se retienen. Para de-tectar e identificar los aminoácidos se usan marcadores fluorescentes en lugar de ninhidrina.Antes de colocarlos en la columna, o después de pasarlos por ella, se deja que los aminoácidosreaccionen con una sustancia que contiene un grupo, por ejemplo, un anillo de naftaleno, quees fluorescente. La fluorescencia es suficientemente intensa como para que los analizadoresmodernos puedan detectar a los aminoácidos en 10�5 a 10�7 g de péptido.

27.10 HIDRÓLISIS PARCIAL DE LOS PÉPTIDOS

Mientras que la hidrólisis de péptidos catalizada por ácidos rompe en forma indiscriminada losenlaces amida, terminando por romperlos todos, la hidrólisis enzimática es mucho más selec-tiva, y es el método que se usa para romper un péptido en fragmentos menores.

Las enzimas que catalizan la hidrólisis de péptidos se llaman peptidasas, proteasas oenzimas proteolíticas. La tripsina, enzima digestiva presente en el intestino, sólo cataliza lahidrólisis de los enlaces peptídicos donde hay un grupo carboxilo de un residuo de lisina o argi-nina. La quimotripsina, otra enzima digestiva, es selectiva para enlaces peptídicos que implicanal grupo carboxilo de aminoácidos con cadenas laterales aromáticas (fenilalanina, tirosina y trip-tófano). Un grupo de enzimas pancreáticas, llamadas carboxipeptidasas, sólo catalizan la hi-drólisis del enlace peptídico del aminoácido C-terminal. Además de las anteriores, se conocenmuchas otras enzimas digestivas, de las que se aprovecha su selectividad para la hidrólisis selec-tiva de los péptidos.

27.11 ANÁLISIS DE GRUPOS TERMINALES

Una secuencia de aminoácidos es ambigua a menos que se conozca la dirección de su lectura,de izquierda a derecha o de derecha a izquierda. Se necesita conocer cuál es el N-terminal ycuál el C-terminal. Como se vio en la sección anterior, la hidrólisis catalizada por carboxipep-tidasa rompe al aminoácido terminal, por lo que se puede usar para identificarlo. ¿Y qué haycon el N-terminal?

La tripsina rompe aquí cuando R = cadena lateral de lisina o arginina

La quimotripsina rompe aquí cuando R = cadena lateral de fenilalanina, tirosina o triptófano

R

N

H

H

N

O

O

La carboxipeptidasa rompe el enlace peptídico del aminoácido C-terminal

R

N

H

O

O

O�

27.11 Análisis de grupos terminales 1149

Fluorescencia es la emisión de radiación por una sustancia, después de haber absorbido radiación de mayor frecuencia.

La papaína, componente activo de la mayoría de los reblandecedo-res de carne, es una enzima pro-teolítica.

PROBLEMA 27.14El análisis de aminoácidos de cierto tetrapéptido dio como resultado alanina, glicina, fenilalani-na y valina, en cantidades equimolares. ¿Cuáles son las secuencias de aminoácidos que puedehaber para este tetrapéptido?

PROBLEMA 27.15La digestión del tetrapéptido del problema 27.14 con quimotripsina produjo un dipéptido en elque se analizaron fenilalanina y valina en cantidades equimolares. ¿Qué secuencias de aminoáci-dos son posibles para el tetrapéptido?

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Se han ideado varios métodos para identificar al aminoácido N-terminal. Todos se valen deque el grupo amino N-terminal está libre, y puede actuar como nucleófilo. Los grupos �-aminode todos los demás aminoácidos son parte de enlaces amida, no están libres, y son mucho menosnucleofílicos. El método de Sanger para analizar residuos N-terminales implica tratar un pép-tido con 1-fluoro-2,4-dinitrobenceno, muy reactivo hacia la sustitución nucleofílica aromática(capítulo 23).

El grupo amino del aminoácido N-terminal desplaza al fluoruro del 1-fluoro-2,4-dinitrobenceno,y forma un péptido en el que el nitrógeno N-terminal está marcado con un grupo 2,4-dinitrofe-nilo (DNP, de dinitrophenyl). En la figura 27.8 se muestra lo anterior para el caso de Val-Fen-Gli-Ala. El péptido marcado con 2,4-dinitrofenilo, DNP-Val-Fen-Gli-Ala, se aísla y se sometea hidrólisis, después se aísla el derivado 2,4-dinitrofenilo del aminoácido N-terminal, y se iden-tifica como DNP-Val, comparando su comportamiento cromatográfico con el de muestras patrónde aminoácidos marcados con 2,4-dinitrofenilo. Ninguno de los demás residuos de aminoácido

FO2N

NO2

1-Fluoro-2,4-dinitrobenceno

Los nucleófilos atacan aquí,desplazando al fluoruro


Al 1-fluoro-2,4-dinitrobenceno sele suele llamar reactivo de Sanger.

1-Fluoro-2,4-dinitrobenceno

O2N±

Val-Fen-Gli-Ala

DNP-Val-Fen-Gli-Ala

H3O�

DNP-Val

� � �

Fen Gli Ala

La reacción se efectúa mezclando el péptido y 1-fluoro-2,4-dinitrobenceno en presencia de una base débil, como carbonato de sodio. En el primer paso, la base sustrae un protón del grupo H3N

�

terminal, para formar una funciónamino libre. El grupo amino, nucleofílico, ataca al 1-fluoro-2,4-dinitrobenceno y desplaza al fluoruro.

Los enlaces amida del péptido marcado con 2,4-dinitrofenilo, se rompen por hidrólisis ácida y forman el aminoácido N-terminal marcado con 2,4-dinitrofenilo, más una mezcla de aminoácidos no marcados.

±F � H2NCHC±NHCHC±NHCH2C±NHCHCO2�

NO2

O2N±

NO2

O2N±

NO2

OX

OX

OX

(CH3)2CH CH2C6H5 CH3

OX

OX

OX

CH(CH3)2 CH2C6H5 CH3

±NHCHC±NHCHC±NHCH2C±NHCHCO2�

CH(CH3)2 CH2C6H5 CH3

±NHCHCO2H � H3NCHCO2H � H3NCH2CO2H � H3NCHCO2H

FIGURA 27.8 Uso del 1-fluoro-2,4-dinitrobenceno para identificar al aminoácido N-terminal de un péptido.

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lleva un grupo 2,4-dinitrofenilo; aparecen en el producto de la hidrólisis como aminoácidoslibres.

Marcar el aminoácido N-terminal como su derivado DNP tiene interés principalmentehistórico, y ha sido sustituido por otros métodos. Se describirá uno de ellos, la degradación deEdman, en la sección 27.13. Por ahora, primero se terminará el repaso de la estrategia generalde la determinación de la secuencia de péptidos, viendo cómo Sanger relacionó toda la infor-mación en una estructura para la insulina.

27.12 INSULINA

La insulina tiene 51 aminoácidos, divididos en dos cadenas. Una de ellas, la cadena A, tiene 21aminoácidos; la otra, la B, tiene 30. Las cadenas A y B se unen por enlaces disulfuro entre resi-duos de cisteína (Cis-Cis). En la figura 27.9 se muestra algo de la información que define la se-cuencia de aminoácidos de la cadena B.

• La reacción del péptido de la cadena B con 1-fluoro-2,4-dinitrobenceno indicó que elN-terminal es fenilalanina.

• La hidrólisis catalizada por pepsina produjo cuatro péptidos marcados en azul, que seven en la figura 27.9. (Sus secuencias se determinaron en experimentos aparte.) Esoscuatro péptidos contienen 27 de los 30 aminoácidos de la cadena B, pero no hay puntosde traslape entre ellos.

• Las secuencias de los cuatro tetrapéptidos marcados en rojo, en la figura 27.9, salvanlos huecos entre tres de los cuatro péptidos “azules”, formando una secuencia ininte-rrumpida, de 1 a 24.

• El péptido mostrado en verde fue aislado por hidrólisis catalizada por tripsina, y tieneuna secuencia de aminoácidos que completa los traslapes restantes.

27.12 Insulina 1151

Fen-Val-Asn-Gln-His-Leu-Cis-Gli-Ser-His-Leu-Val-Glu-Ala-Leu-Tir-Leu-Val-Cis-Gli-Glu-Arg-Gli-Fen-Fen-Tir-Tre-Pro-Lis-Ala1 5 10 15 20 25 30

Tir-Tre-Pro-Lis-Ala3029282726

Gli-Fen-Fen-Tir-Tre-Pro-Lis25

Val-Cis-Gli-Glu-Arg-Gli-Fen18 2019 21 22 23 24

Tir-Leu-Val-Cis16 17

Ala-Leu-Tir

Val-Glu-Ala-Leu12 13 14 15

Leu-Val-Glu-Ala

Ser-His-Leu-Val

Fen-Val-Asn-Gln-His-Leu-Cis-Gli-Ser-His-Leu1 3 102 4 5 6 7 118 9

FIGURA 27.9 Diagrama que muestra cómo se puede determinar la secuencia de aminoácidos de la cadena B, de la insulina bovina, por tras-lape de fragmentos de péptidos. La hidrólisis catalizada por pepsina produjo los fragmentos mostrados en azul; con tripsina se produjo el que seve en verde y la hidrólisis catalizada por ácido produjo muchos fragmentos, incluyendo los cuatro indicados en rojo. (Vea sección a color,p. C-17.)

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También Sanger determinó la secuencia de la cadena A e identificó los residuos de cisteí-na implicados en los enlaces disulfuro entre las cadenas A y B, así como en el enlace disulfurodentro de la cadena A. La estructura completa de la insulina se muestra en la figura 27.10. Esaestructura es la de la insulina bovina. Las cadenas A de la insulina humana y la bovina sólodifieren en dos residuos de aminoácidos; sus cadenas B son idénticas, excepto el aminoácidoen C-terminal.

27.13 LA DEGRADACIÓN DE EDMAN Y LA SECUENCIACIÓNAUTOMATIZADA DE LOS PÉPTIDOS

Los años que han pasado desde que Sanger determinó la estructura de la insulina han atestigua-do refinamientos de la técnica, que ha conservado la misma estrategia general. Queda como unimportante componente la hidrólisis catalizada por enzimas, para convertir un péptido grandeen fragmentos pequeños, así como la búsqueda de los traslapes entre esos fragmentos máspequeños. Sin embargo, el método de análisis del residuo N-terminal ha mejorado, por lo quese requieren cantidades mucho menores de péptido, y se ha automatizado el análisis.

Cuando se discutió el método de Sanger para el análisis del residuo del N-terminal, ellector se habrá preguntado por qué no se hizo en forma secuencial. Sólo comenzar en el N-termi-nal y retroceder continuamente hasta el C-terminal, identificando uno tras otro los aminoácidos.La idea es buena, sólo que no funciona bien en la práctica, al menos con 1-fluoro-2,4-dinitro-benceno.

Pehr Edman (Universidad de Lund, en Suecia) logró un gran avance al crear un métodonormal de análisis del residuo N-terminal. La degradación de Edman se basa en la químicaque muestra el mecanismo 27.3. Un péptido reacciona con isotiocianato de fenilo, para formarun derivado de feniltiocarbamoílo (PTC, de phenylthiocarbamoyl), como se ve en el primerpaso. Este derivado PTC se trata entonces con un ácido en un medio anhidro (Edman usó nitro-metano saturado con cloruro de hidrógeno) para romper el enlace de amida entre el aminoáci-do N-terminal y el resto del péptido. Ninguno de los demás enlaces peptídicos se rompe en estepaso, porque la hidrólisis del enlace de amida requiere agua. Cuando el derivado de PTC se tra-ta con ácido en medio anhidro, el átomo de azufre de la unidad CPS reacciona como nucleó-filo interno, y el único enlace amida que se rompe bajo estas condiciones es el del aminoácidoN-terminal. El producto de esta ruptura, llamado tiazolona, es inestable bajo las condiciones desu formación, y se rearregla para formar una feniltiohidantoína (PTH, de phenylthiohydantoin),que se aísla y se identifica comparándola con muestras patrón de PTH derivadas de aminoáci-dos conocidos. Esto se hace normalmente con métodos cromatográficos, aunque también se hausado la espectrometría de masas.

Sólo se rompe el enlace amida del N-terminal en la degradación de Edman; el resto de lacadena de péptidos permanece intacta. Se puede aislar y someter a un segundo procedimiento


FIGURA 27.10 Secuenciade aminoácidos en la insulina bovina. La cadena A está unidacon la cadena B por dos unidadesde disulfuro. También hay un enlace disulfuro que une a lascisteínas 6 y 11 en la cadena A.La insulina del cuerpo humanotiene treonina e isoleucina en losresiduos 8 y 10, respectivamente,en la cadena A�, y treonina comoaminoácido C-terminal en la cadena B.

S

S

N-terminalde la cadena A

N-terminalde la cadena B

C-terminalde la cadena A

C-terminalde la cadena B

S S

S

S

5

5

10

15

10 15

20

20

2530

Ile Val

Val

Val Val

Val

Glu

Asn

Glu

GluGli

Gli

Gli

Gli

Gln Leu

Gln

Cis

Cis Cis

Cis

Cis

Ala

Ala

Ala

Ser

Ser

Ser

TirGlu

LeuLeuLeu

Leu

Gln

Cis

Tir

LisTir

Asn

Tir

Asn

Fen

FenFen

His

His

Leu

ArgTrePro

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de Edman, para determinar su nuevo N-terminal. Se puede avanzar a lo largo de una cadena depéptido, comenzando con el N-terminal y determinando en orden cada aminoácido. La secuen-cia se obtiene en forma directa por la estructura del derivado PTH que se forma en cada degra-dación sucesiva.

En el caso ideal se podría determinar la estructura primaria hasta de la proteína más gran-de, repitiendo el procedimiento de Edman. Pero como todo lo que sea menos de 100% de con-versión en una sola degradación de Edman forma una mezcla que contiene algo del péptidooriginal, junto con el degradado, en el siguiente ciclo de Edman se forman dos derivados PTHdistintos. Sin embargo, se ha logrado obtener algunos resultados impresionantes. Es cosa bas-tante rutinaria secuenciar los primeros 20 aminoácidos a partir del N-terminal, por ciclos de Ed-man repetitivos, y en una sola muestra de la proteína mioglobina se han determinado hasta 60

27.13 La degradación de Edman y la secuenciación automatizada de los péptidos 1153

MECANISMO 27.3 La degradación de EdmanPaso 1: Se trata un péptido con isotiocianato de fenilo, para producir un derivado feniltiocarbamoílo (PTC).

Paso 2: Al reaccionar con cloruro de hidrógeno en un disolvente anhidro, el azufre del tiocarbamoílo, del derivado PTC, ataca al carbono carbonílico del aminoácido con N-terminal. El aminoácido N-terminal se rompe del resto del péptido, como derivado de tiazolona.

Paso 3: Una vez formado, el derivado de tiazolona se isomeriza para formar un derivado de feniltiohidantoína (PTH) más estable, que se aísla y se caracteriza químicamente, dando así la identificación del aminoácido N-terminal.

El resto del péptido (formado en el paso 2) se puede aislar y someter a una segunda degradación de Edman.

�

C6H5N H3NCHC�

Isotiocianato de fenilo

C S

R

O

NH C6H5NHCNHCHC

S

R

O

NH

Derivado de PTC

C6H5NHC

S

N

H

CH

R

C

O

NH C6H5NHHCl

SCC

CHN

R

O

TiazolonaDerivado de PTC

��

H3N

Resto del péptido

C6H5NHS

CC

CHN

R

O

Tiazolona

�Cl

Cl H

C6H5NH

S

CC

CHN

RH

O

Cl

N

CC

CH

R

O

Cl

S

HN

H C6H5

NCC

CH

R

OS

HN

Derivado de PTH

C6H5

PÉPTIDOPÉPTIDO

PÉPTIDOPÉPTIDO

££±£

PROBLEMA 27.16Escriba la estructura del derivado PTH que se aísla en el segundo ciclo de Edman, para el tetra-péptido Val-Fen-Gli-Ala.

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residuos. Todo el procedimiento se ha automatizado e incorporado en un dispositivo llamadosecuenciador de Edman, que hace todas las operaciones por computadora.

La cantidad de muestra necesaria es muy pequeña; lo típico es sólo 10�10 mol. Ya se hansecuenciado tantos péptidos y proteínas, que es imposible llevar una cuenta exacta. Lo que fueun trabajo digno de premio Nobel en 1958 hoy es rutina. Tampoco ha terminado la historia. Lasecuenciación de los ácidos nucleicos ha avanzado en forma tan radical que hoy es posible clo-nar el gen que codifica determinada proteína, secuenciar su ADN y deducir la estructura de laproteína a partir de la secuencia de nucleótidos del ADN. Se dirá más acerca de la secuencia-ción del ADN en el capítulo siguiente.

27.14 LA ESTRATEGIA DE LA SÍNTESIS DE PÉPTIDOS

Una forma de confirmar la estructura propuesta para un péptido es sintetizar un péptido quetenga una secuencia específica de aminoácidos y comparar los dos. Esto ya se hizo, por ejem-plo, en el caso de la bradicinina, péptido presente en la sangre que funciona disminuyendo lapresión sanguínea. Un exceso de bradicinina, que se forma como respuesta a la picadura deavispas y otros insectos que contienen en su veneno sustancias que estimulan su liberación,causa un dolor local intenso. Originalmente se creyó que la bradicinina era un octapéptido quecontenía dos residuos de prolina; sin embargo, se sintetizó un nonapéptido que contiene tresprolinas en la secuencia de abajo, y se determinó que era idéntico en todos aspectos a la bradi-cinina natural, incluyendo su actividad biológica:

Una reevaluación de los datos originales de secuencia estableció que la bradicinina natural eraen realidad el nonapéptido de arriba. En este caso, la síntesis de un péptido hizo más que con-firmar la estructura; fue esencial para determinar la estructura.

También los químicos y bioquímicos sintetizan péptidos con el propósito de comprendermejor su forma de actuar. Al alterar sistemáticamente la secuencia, a veces es posible definirqué aminoácidos son esenciales en las reacciones de un péptido determinado.

Sólo pocos fármacos que se prescriben son péptidos; los más notables son la insulina y lacalcitonina. La insulina necesaria para el tratamiento de la diabetes se solía obtener por extrac-ción de las glándulas pancreáticas de vacas y cerdos. Desde principios de la década de 1980,esta insulina “natural” se ha reemplazado por insulina humana “sintética”, preparada con tecno-logía de ADN recombinante. La insulina sintética no sólo es idéntica a la insulina humana, sinotambién es menos costosa que la que se obtiene de animales. Un polipéptido algo más pequeño,la calcitonina, con 32 aminoácidos, se prepara con métodos más tradicionales de la químicaorgánica sintética. La calcitonina sintética es idéntica a la obtenida del salmón, y se usa muchopara el tratamiento de la osteoporosis. No está definido cómo actúa la calcitonina, pero unaposibilidad es que mantenga la masa ósea, no aumentando la rapidez de crecimiento de los hue-sos, sino disminuyendo la rapidez de la pérdida ósea.

Además de los métodos bioquímicos tipificados por la síntesis de la insulina, hay dos mé-todos principales de síntesis de péptidos:

1. En solución

2. En fase sólida

Aunque los dos métodos difieren en cuanto a la fase en que se hace la síntesis, en ambos la es-trategia general es la misma.

El objetivo en la síntesis de péptidos se puede definir con sencillez: unir aminoácidos enuna secuencia definida, por formación de enlaces amida entre ellos. Se han diseñado variosmétodos y reactivos muy eficaces para la formación de enlaces peptídicos, por lo que no esdifícil unir aminoácidos entre sí con enlaces de amida. La dificultad real reside en asegurar quese obtenga la secuencia correcta. Esto se puede ilustrar revisando la síntesis de un dipéptidorepresentativo, la Fen-Gli. Cabría esperar que la formación aleatoria de enlaces peptídicos enuna mezcla que contenga fenilalanina y glicina diera como resultado cuatro dipéptidos:

Arg-Pro-Pro-Gli-Fen-Ser-Pro-Fen-Arg

Bradicinina


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Para dirigir la síntesis de tal modo que sólo se forme Fen-Gli, el grupo amino de la fenil-alanina, y el grupo carboxilo de la glicina se deben proteger, para que no puedan reaccionar ba-jo las condiciones de formación del enlace peptídico. Se puede representar el paso de laformación del enlace peptídico con la siguiente ecuación, donde X y Y son grupos protectoresde amina y de carboxilo, respectivamente:

Fenilalanina

H3NCHCO2�

�

CH2C6H5

Glicina

H3NCH2CO2�

�

Fen-Gli Gli-Fen Gli-GliFen-Fen� � � �

Así, la síntesis de un dipéptido en la secuencia prescrita requiere cuando menos tres ope-raciones:

1. Protección del grupo amino del aminoácido N-terminal, y del grupo carboxilo del ami-noácido C-terminal.

2. Acoplamiento de los dos aminoácidos protegidos por formación de un enlace amida entreellos.

3. Desprotección del grupo amino del N-terminal y del grupo carboxilo del C-terminal.

Los péptidos superiores se preparan en forma análoga, por extensión directa del procedimien-to que se acaba de describir para la síntesis de dipéptidos.

En las secciones 27.15 a 27.17 se describe la química relacionada con la protección ydesprotección de las funciones amino y carboxilo, junto con métodos de formación del enlacepeptídico. En esas secciones lo importante es la síntesis de péptidos en solución. En la sección17.18 se muestra cómo se adaptan esos métodos para la síntesis en fase sólida.

27.15 PROTECCIÓN DEL GRUPO AMINO

Se suprime la reactividad de un grupo amino convirtiéndolo en amida, y los grupos amino se

protegen con mayor frecuencia por acilación. El grupo benciloxicarbonilo es uno de los grupos protectores del amino que se usan con más frecuencia. Se une por acila-ción de un aminoácido con cloruro de benciloxicarbonilo.

CH2OCCl

O

Clorurode benciloxicarbonilo

��

CH2C6H5

O

H3NCHCO�

Fenilalanina

1. NaOH, H2O

2. H� CH2OCNHCHCO2H

CH2C6H5

O

N-Benciloxicarbonilfenilalanina(82 a 87%)

(C6H5CH2OC±)

OX

27.15 Protección del grupo amino 1155

� H2NCH2C Y

O

Glicinaprotegida en C

X NHCHCOH

CH2C6H5

O

Fenilalaninaprotegida en N

X NHCHC

CH2C6H5

O

NHCH2C Y

O

Fen-Gli protegida

acoplamiento desprotecciónNHCH2CO�

O

H3NCHC�

CH2C6H5

O

Fen-Gli

Otro nombre del grupo benciloxi-carbonilo es carbobenzoxi. Estenombre, y su abreviatura Cbz,se citan con frecuencia en publi-caciones anteriores, pero ya no son parte de la nomenclatura de laIUPAC.

PROBLEMA 27.17La lisina reacciona con dos equivalentes de cloruro de benciloxicarbonilo para formar un deriva-do que contiene dos grupos benciloxicarbonilo. ¿Cuál es la estructura de este compuesto?

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Así como se acostumbra identificar a los aminoácidos individuales por abreviaturas, asítambién se hace con los aminoácidos protegidos. La abreviatura aprobada de un grupo benci-loxicarbonilo es la letra Z. Así, la N-benciloxicarbonilfenilalanina se representa como

El valor del grupo protector benciloxicarbonilo consiste en que se elimina con facilidadcon reacciones distintas a la hidrólisis. En la síntesis de péptidos se forman enlaces amida. Seprotege el N-terminal como amida, pero se debe eliminar el grupo protector sin romper los enla-ces mismos de amida, que con tanto trabajo se formaron. La eliminación del grupo protectorpor hidrólisis seguramente rompería también los enlaces peptídicos. Una ventaja que tiene elgrupo protector benciloxicarbonilo, en comparación de los grupos acilo, más familiares, comoel acetilo, es que puede eliminarse por hidrogenólisis en presencia de paladio. La siguiente ecua-ción ilustra lo anterior para la eliminación del grupo protector benciloxicarbonilo del éster etíli-co de la Z-Fen-Gli:

ZNHCHCO2H

CH2C6H5

o simplemente como Z-Fen

En forma alternativa, el grupo protector benciloxicarbonilo se puede eliminar por trata-miento con bromuro de hidrógeno en ácido acético:

La desprotección mediante este método se basa en la facilidad con que los ésteres bencílicos serompen por ataque nucleofílico en el carbono bencílico en presencia de ácidos fuertes. El ionbromuro es el nucleófilo.

Un grupo protector del N-terminal relacionado con el anterior es el ter-butoxicarbonilo,que se abrevia Boc:

Al igual que el grupo protector benciloxicarbonilo, el grupo Boc se puede eliminar por trata-miento con bromuro de hidrógeno (sin embargo, es estable ante la hidrogenólisis):

(CH3)3COC

O

ter-Butoxicarbonilo(Boc-)

(CH3)3COC NHCHCO2H

CH2C6H5

NHCHCO2H

O

N-ter-Butoxicarbonilfenilalanina

CH2C6H5

BocNHCHCO2H

Boc-Fen

seescribetambién


CH2C6H5

O

H2NCHCNHCH2CO2CH2CH3

Éster etílicode fenilalanilglicina (100%)

H2

PdC6H5CH2OCNHCHCNHCH2CO2CH2CH3

CH2C6H5

O O

Éster etílico de laN-benciloxicarbonilfenilalanilglicina

C6H5CH3

Tolueno

� �CO2

Dióxidode carbono

CH2C6H5

O

H3NCHCNHCH2CO2CH2CH3 Br��

Bromhidrato del éster etílicode fenilalanilglicina

(82%)

HBrC6H5CH2OCNHCHCNHCH2CO2CH2CH3

CH2C6H5

O O

Éster etílico de laN-benciloxicarbonilfenilalanilglicina

C6H5CH2Br

Bromurode bencilo

� �CO2

Dióxidode carbono

HBr(CH3)3COCNHCHCNHCH2CO2CH2CH3

CH2C6H5

O O

Éster etílico deN-ter-Butoxicarbonilfenilalanilglicina

(CH3)2C CH2

2-Metilpropeno

CH2C6H5

O

H3NCHCNHCH2CO2CH2CH3 Br��

Bromhidrato del éster etílicode fenilalanilglicina

(86%)

� �CO2

Dióxidode carbono

Se puede ver un experimento en elque se usa protección con Boc enla síntesis de un dipéptido, en laedición de noviembre de 1989 delJournal of Chemical Education,pp. 965-967.

Hidrogenólisis es la ruptura de una molécula bajo condiciones de hidrogenación catalítica.

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El grupo ter-butilo se rompe en forma del carbocatión correspondiente. La pérdida de un pro-tón del catión ter-butilo lo convierte en 2-metilpropeno. Por la facilidad con la que se rompeun grupo ter-butilo como carbocatión, se pueden usar otros reactivos ácidos, como el ácido tri-fluoroacético.

Una tercera opción de grupo protector del N-terminal es el 9-fluorenilmetoxicarbonilo(FMOC).

El FMOC difiere del Z y del Boc porque se elimina bajo condiciones básicas.

9-Fluorenilmetoxicarbonilalanina

H CH2OCNHCHCH3

O CO2H

CO2 H2NCHCH3

CO2�

NH3

Dibenzofulveno Dióxidode carbono

Alanina (100%)

CH2

� �

27.15 Protección del grupo amino 1157

Cloruro de 9-fluorenilmetoxicarbonilo(FMOC-Cl)

H CH2OCCl

O

Na2CO3H3NCHCH3

CO2�

Alanina

��

9-Fluorenilmetoxicarbonilalanina (88%)

H CH2OCNHCHCH3

O CO2H

PROBLEMA 27.18El mecanismo de eliminación del grupo protector FMOC se basa en el hecho de que su anillo decinco miembros es análogo estructuralmente al 1,3-ciclopentadieno, lo que hace que su hidróge-no sea relativamente ácido. El amoniaco elimina este hidrógeno para formar un anión:

Use flechas curvas para indicar cómo se disocia el anión que se produce en este paso.

H3N

H3N H �

H CH2OCNHCHCH3

O CO2�

CH2OCNHCHCH3

O CO2�

�

�

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27.16 PROTECCIÓN DEL GRUPO CARBOXILO

Los grupos carboxilo de aminoácidos y péptidos suelen protegerse en forma de ésteres. Losésteres metílicos y etílicos se preparan por esterificación de Fischer. La desprotección de los és-teres anteriores se hace por hidrólisis en bases. Son populares los ésteres bencílicos porquetambién se pueden eliminar por hidrogenólisis. Así, un péptido sintético, protegido en su N-ter-minal con un grupo Z, y en su C-terminal como éster bencílico, se puede desproteger por com-pleto en una sola operación.

Varios de los aminoácidos de la tabla 27.1 tienen grupos funcionales en la cadena lateral,que también deben protegerse durante la síntesis de péptidos. En la mayoría de los casos se dis-pone de grupos protectores que se pueden eliminar por hidrogenólisis.

27.17 FORMACIÓN DEL ENLACE PEPTÍDICO

Para formar un enlace peptídico entre dos aminoácidos con la protección adecuada, se debeactivar el grupo carboxilo libre de uno de ellos, para que sea un agente acilante reactivo. Losmás familiares de los agentes acilantes son los cloruros de acilo; alguna vez se usaron extensa-mente para acoplar aminoácidos. Sin embargo este método tiene ciertas desventajas, que hicie-ron que los químicos buscaran métodos alternativos.

En un método, el tratamiento de una solución de los aminoácidos N-protegidos y C-pro-tegidos con N,N�-diciclohexilcarbodiimida (DCCI) lleva en forma directa a la formación delenlace peptídico:

La N,N�-diciclohexilcarbodiimida tiene la siguiente estructura:

El mecanismo 27.4 muestra la forma en que la DCCI promueve la condensación de una aminay un ácido carboxílico para formar una amida.

En el segundo de los principales métodos de síntesis de péptidos, el grupo carboxilo seactiva convirtiéndolo en un éster activo, que suele ser un éster p-nitrofenílico. Recuerde, de la

N C N

N,N�-Diciclohexilcarbodiimida (DCCI)

� H2NCH2COCH2CH3

O

Éster etílicode glicina

ZNHCHCOH

CH2C6H5

O

Fenilalaninaprotegida con Z

ZNHCHC

CH2C6H5

O

NHCH2COCH2CH3

O

Éster etílico deFen-Gli protegida con Z (83%)

DCCI

cloroformo


CH2C6H5

O

H3NCHCNHCH2CO2�

�

Fenilalanilglicina(87%)

C6H5CH2OCNHCHCNHCH2CO2CH2C6H5

CH2C6H5

O O

Éster bencílico deN-benciloxicarbonilfenilalanilglicina

2C6H5CH3

Tolueno

�� CO2

Dióxidode carbono

H2

Pd

PROBLEMA 27.19Indique los pasos de la síntesis de Ala-Leu a partir de alanina y leucina, usando grupos protecto-res de benciloxicarbonilo y éster bencílico, y la formación del enlace peptídico con el promotorDCCI.

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27.17 Formación del enlace peptídico 1159

MECANISMO 27.4 Formación del enlace amida entre un ácido carboxílico y una amina, usando N,N�-diciclohexilcarbodiimida

Reacción general:

Mecanismo:

Paso 1: En la primera etapa de la reacción, el ácido carboxílico se une a uno de los enlaces dobles de la DCCI para formar una O-acilisourea.

Paso 2: Desde el punto de vista estructural, las O-acilisoureas se asemejan a los anhídridos de ácido carboxílico, y son poderosos agentes acilantes. En la segunda etapa de la reacción, la amina se adiciona al grupo carbonilo de la O-acilisourea para formar un intermediario tetraédrico.

Paso 3: El intermediario tetraédrico se disocia y forma una amida y N,N�-diciclohexilurea.

±CO2H ±CRNœCœNR±NH2� � �

±NH2 �

±£œ

±

NH±

RNHCNHR

œ OO

±C±£ ±£

±£

œ

±

O�

O

±Cœ

±

O±C

±

±

±

O NHR

O

œ

±

NHR

NR±Cœ

±

O±H

O NR

NR

C

N,N�-DiciclohexilureaAmida

±C � ±£œ

±

HN±

O

Amida N,N�-Diciclohexilurea

Ácido carboxílico

DCCI

DCCI O-Acilisourea

O-Acilisourea Intermediario tetraédrico

Amina

Amina

ÁcidocarboxílicoDCCI = N,N�-diciclohexilcarbodiimida; R = ciclohexilo

X

X

NR

NR

CX

NRX

X

X

±Cœ

±

O±C

O

œ

±

NHR

NR ±C± ±

OH

HN

�

±

C

±

O NHR

HNR

C

Intermediario tetraédrico

±

±

±

O NHR

NRX

±C± ±

O

HN

±

±

C

± H

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sección 20.11, que los ésteres reaccionan con amoniaco y con aminas para formar amidas. Losésteres p-nitrofenílicos son mucho más reactivos que los ésteres metílicos y etílicos en estas reac-ciones, porque el p-nitrofenóxido es un grupo saliente mejor (menos básico) que el metóxidoo el etóxido. Si se deja reposar el éster activo y un aminoácido C-protegido, en un disolventeadecuado, basta para tener la formación de enlace peptídico, por una sustitución nucleofílica deacilo.

El p-nitrofenol que se forma como subproducto de esta reacción se elimina con facilidad porextracción con una base acuosa diluida. A diferencia de los aminoácidos y los péptidos libres,los péptidos protegidos no son iones dipolares, y son más solubles en disolventes orgánicos queen agua.

Los péptidos superiores se preparan ya sea por extensión escalonada de las cadenas pep-tídicas, aminoácido por aminoácido, o acoplando fragmentos que contienen varios residuos(el método de condensación de fragmentos). Por ejemplo, la hormona adrenocorticotrópicahipofisaria humana (ACTH) tiene 39 aminoácidos y fue sintetizada acoplando péptidos máspequeños que contenían los residuos 1 a 10, 11 a 16, 17 a 24 y 25 a 39. Una propiedad intere-sante de este método es que los diversos fragmentos protegidos de péptidos se pueden purificarindividualmente, lo que simplifica la purificación del producto final. Entre las sustancias que sehan sintetizado por condensación de fragmentos están la insulina (51 aminoácidos) y la pro-teína ribonucleasa A (124 aminoácidos). En el método de extensión escalonada, el péptido ini-cial en determinado paso difiere del producto de acoplamiento sólo en un residuo aminoácido,y las propiedades de los dos péptidos pueden ser tan semejantes que la purificación por las téc-nicas convencionales sea prácticamente imposible. El método en fase sólida, que se describeen la siguiente sección, supera muchas de las dificultades que tiene la purificación de los pro-ductos intermediarios.

27.18 SÍNTESIS DE PÉPTIDOS EN FASE SÓLIDA:EL MÉTODO DE MERRIFIELD

En 1962, R. Bruce Merrifield, de la Rockefeller University, reportó la síntesis de la bradicini-na, un nonapéptido, mediante un método novedoso. En el método de Merrifield, el acoplamien-to y la desprotección del péptido no se hacen en solución homogénea, sino en la superficie deun polímero insoluble, es decir, en un soporte sólido. Unas perlas de un copolímero preparadocon estireno que contiene 2% de divinilbenceno, se tratan con éter clorometil metílico y cloru-ro de estaño(IV), con lo que se obtiene una resina en la que 10% de los anillos aromáticos con-


NO2OZNHCHC

CH2C6H5

O

Éster p-nitrofenílicode fenilalanina protegida con Z

� H2NCH2COCH2CH3

O

Éster etílicode glicina

cloroformoZNHCHC

CH2C6H5

O

NHCH2COCH2CH3

O

Éster etílico de Fen-Gliprotegido con Z (78%)

�

OH

NO2

p-Nitrofenol

PROBLEMA 27.21Indique cómo se podría convertir el éster etílico de Z-Fen-Gli en Leu-Fen-Gli (en forma de su ésteretílico) con el método del éster activo.

PROBLEMA 27.20Los ésteres p-nitrofenílicos se preparan a partir de aminoácidos con Z protegidos, en presenciade N,N�-diciclohexilcarbodiimida. Sugiera un mecanismo razonable para esta reacción.

Merrifield recibió el premio Nobelde Química en 1984, por desarro-llar el método de síntesis de pépti-dos en fase sólida.

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tienen grupos OCH2Cl (figura 27.11). El péptido creciente se ancla a este polímero, y el exce-so de reactivos, las impurezas y los subproductos se eliminan mediante lavados escrupulososdespués de cada operación. Con esto se simplifica mucho la purificación de los productos in-termediarios.

El proceso real de síntesis de péptidos en fase sólida, que se describe en la figura 27.12,comienza con la fijación del aminoácido C-terminal al polímero clorometilado, en el paso 1.La sustitución nucleofílica por el anión carboxilato de un aminoácido C-terminal protegido conN-Boc desplaza al cloruro del grupo clorometilo, del polímero, para formar un éster que prote-ge al C-terminal y lo ancla al soporte sólido. A continuación se elimina el grupo Boc por trata-miento con ácido (paso 2), y el polímero que contiene el N-terminal sin protección se lava conuna serie de disolventes orgánicos. Se eliminan los subproductos y sólo quedan unidos el polí-mero y el aminoácido C-terminal. A continuación (paso 3) se forma un enlace peptídico con unaminoácido protegido con N-Boc por condensación en presencia de N,N�-diciclohexilcarbodii-mida. De nuevo, el polímero se lava totalmente. El grupo protector Boc se elimina entonces portratamiento con ácido (paso 4), y después del lavado, el polímero queda listo para añadir otroresiduo aminoácido, mediante una repetición del ciclo. Cuando se han adicionado todos losaminoácidos, el péptido sintético se elimina del soporte polimérico por tratamiento con bromu-ro de hidrógeno en ácido trifluoroacético.

Al añadir sucesivamente residuos de aminoácidos al aminoácido C-terminal, Merrifieldsólo tardó ocho días para sintetizar la bradicuinina con 68% de rendimiento. La actividad bio-lógica de la bradicinina sintética era idéntica a la de la sustancia natural.

Merrifield automatizó bien todos los pasos de la síntesis de péptidos en fase sólida, y hoyse consiguen comercialmente equipos controlados por computadora para hacer esta síntesis.Usando una de las primeras versiones de su “sintetizador de péptidos”, en colaboración conBernd Gutte, Merrifield reportó la síntesis de la enzima ribonucleasa en 1969. Sólo tardaronseis semanas en hacer las 369 reacciones y los 11 391 pasos necesarios para armar la secuen-cia de 124 aminoácidos de la ribonucleasa.

Sin embargo, la síntesis de péptidos en fase sólida no resuelve todos los problemas depurificación. Aun si cada paso de acoplamiento en la síntesis de ribonucleasa se hiciera con 99%de rendimiento, el producto estaría contaminado con muchos péptidos distintos que contendrían123 aminoácidos, 122 aminoácidos, etc. Así, a las seis semanas de la síntesis de Merrifield yGutte, siguieron cuatro meses para purificar el producto final. Desde entonces la técnica se harefinado hasta el punto que se alcanzan rendimientos de 99% y mayores, con la instrumenta-

27.18 Síntesis de péptidos en fase sólida: el método de Merrifield 1161

PROBLEMA 27.22Comenzando con fenilalanina y glicina, describa los pasos en la preparación de Fen-Gli con elmétodo de Merrifield.

CH2 CH2CH2 CH2CH2

WCH2Cl

CH W

CH WCH W

CH W

CH W

CH W

SCH2S T ST ST ST ST ST

FIGURA 27.11 Sección de poliestireno donde se muestra uno de los anillos de benceno modificado porclorometilación. Las cadenas individuales de poliestireno en la resina que se usa en la síntesis de péptidosen fase sólida se unen entre sí en varios puntos (enlaces cruzados) al adicionar una pequeña cantidad dep-divinilbenceno al monómero estireno. El paso de clorometilación se realiza en condiciones en las quesólo aproximadamente 10% de los anillos bencénicos lleva el grupo OCH2Cl.

El procedimiento de Merrifield seha adaptado a grupos protectoresFMOC y también Boc.

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ción actual, y se han preparado miles de péptidos y análogos de péptidos con el método en fasesólida.

El concepto de Merrifield, de un método en fase sólida para la síntesis de péptidos, y sudesarrollo de métodos para llevarlo a cabo, preparan la escena para una forma totalmente nuevade hacer reacciones químicas. La síntesis en fase sólida se ha ampliado y abarca otras numero-sas clases de compuestos, y ha ayudado a la proliferación de todo un nuevo campo llamadoquímica combinatoria. La síntesis combinatoria permite que un químico, usando técnicas defase sólida, prepare de una vez cientos de compuestos relacionados (llamados bibliotecas). Esuna de las áreas más activas de la síntesis orgánica, en especial en la industria farmacéutica.


Paso 1: El aminoácido protegido con Boc se ancla a la resina. La sustitución nucleofílicadel cloruro bencílico por el anión carboxilato forma un éster.

BocNHCHC

O

O�R

CH2

Cl

BocNHCHCO

O

R

CH2

H2NCHCO

O

R

CH2

BocNHCHCO2H

R�

DCCI

NHCHCO

O

R

CH2

O

R

CH2

HCl

HCl

BocNHCHC

O

R�

H2NCHCNHCHCO

O

R�

HBr, CF3CO2H

Paso 2: El grupo protector Boc se elimina por tratamiento con ácido clorhídrico en ácidoacético diluido. Después de lavar la resina, el aminoácido C-terminal está listo para acoplarse.

Paso 3: El aminoácido C-terminal enlazado con la resina se acopla a un aminoácido conN-protegido usando N,N�-diciclohexilcarbodiimida.Se lava el exceso de reactivo y la N,N�-diciclohexilurea después de que se completa el acoplamiento.

Paso 4: Se elimina el grupo protector Boc como en el paso 2. Si se quiere, se pueden repetir los pasos 3 y 4 para introducir tantos aminoácidos como sea necesario.

NHCHCNHCHCO2H

O

R

Resina

R�

BrCH2�CPÉPTIDOH3N�

Paso n: Cuando el péptido está totalmente ensamblado, se quita de la resina por tratamiento con bromuro de hidrógeno en ácido trifluoroacético

Resina

Resina

Resina

Resina

Resina

O

FIGURA 27.12 Síntesis de péptidos con el método en fase sólida. Los residuos de aminoácido se fijan en forma secuencial, comenzando enel C- terminal.

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27.19 ESTRUCTURAS SECUNDARIAS DE PÉPTIDOS Y PROTEÍNAS

La estructura primaria de un péptido es su secuencia de aminoácidos. La estructura secunda-ria es la relación conformacional de los aminoácidos más cercanos entre sí. Con base en estu-dios cristalográficos con rayos X, y en el examen cuidadoso de modelos moleculares, LinusPauling y Robert B. Corey, del Instituto Tecnológico de California, demostraron que ciertasconformaciones de péptidos eran más estables que otras. Destacan dos arreglos, de hélice � yde lámina �, como unidades estructurales secundarias que son a la vez particularmente esta-bles y frecuentes. Ambas incorporan dos propiedades importantes:

1. La geometría del enlace peptídico es plana, y la cadena principal está arreglada en unaconformación anti (sección 27.7).

2. Puede haber puentes de hidrógeno cuando el grupo NOH de una de las unidades deaminoácido y el grupo CPO de otra, están cerca en el espacio; las conformaciones quemaximizan la cantidad de estos puentes de hidrógeno están estabilizadas por ellos.

Las cadenas en una lámina � existen en una conformación extendida, con puentes de hi-drógeno entre un oxígeno carbonílico de una cadena y el NOH de una amida de la otra (figu-ra 27.13). En las proteínas pueden existir los arreglos de cadenas tanto paralelos comoantiparalelos. Parte del espacio entre las cadenas de péptidos está ocupado por las cadenas la-terales de los aminoácidos, representadas por R en la figura 27.13. Las fuerzas de repulsión devan der Waals, entre esos sustituyentes, hacen que las cadenas giren entre sí y tengan un efec-to llamado lámina �-plegada (figura 27.14).

La lámina �-plegada es una estructura secundaria importante en las proteínas ricas enaminoácidos con cadenas laterales pequeñas, como H (glicina), CH3 (alanina) y CH2OH (seri-na). El modelo de la figura 27.14 es una parte de la estructura calculada de una lámina formadapor hebras antiparalelas que sólo contienen glicina y alanina en orden alternado (Gli-Ala-Gli-Ala-, etc.). Fue diseñada para parecerse a la fibroína, la principal proteína de la seda. La fibroí-na es casi totalmente una lámina plegada, y más de 80% de ella es una secuencia repetitiva dela unidad de seis residuos Gli-Ser-Gli-Ala-Gli-Ala-. Como el esqueleto de polipéptido adoptauna conformación extendida en zigzag, la seda, a diferencia de la lana, por ejemplo, resiste alestiramiento.

27.19 Estructuras secundarias de péptidos y proteínas 1163

PROBLEMA 27.23 Los grupos metilo de los residuos de alanina, en la lámina �, figura 27.14, apuntan todos hacia arri-ba. Si esta lámina plegada estuviera formada sólo por residuos de alanina, en lugar de ser Gli-Ala-Gli-Ala, etc., ¿cuál sería el patrón de los grupos metilo? ¿Todos apuntarían hacia arriba, hacia arribay abajo alternados, o sería aleatorio?

FIGURA 27.13 Puentes de hidrógeno entre el oxígeno carbo-nílico de una cadena peptídica, yel NOH de amida de otra, en unalámina � plegada. En el arregloantiparalelo, la dirección N-termi-nal n C-terminal de una cadenaes opuesta a la de la otra. En elarreglo paralelo, la direcciónN-terminal n C-terminal es igualen ambas cadenas.

NN

NN

NN

H

R

O

R

H

R

O

H

O

R

RH

RH

R

O

O

O

R

H

N

N

N

H

R

O

R

H

R

O

H

O

R

N

N

N

H

R

O

R

H

R

O

H

O

R

N-terminal C-terminal

N-terminalC-terminal

N-terminal

C-terminal

N-terminal

C-terminal

Antiparalelo Paralelo

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La hélice � es una estructura secundaria que se encuentra con frecuencia. En la figura27.15 se muestran tres vistas de un modelo de hélice � formado con ocho residuos de L-alani-na. La parte a) de la figura es un modelo de esferas y barras; la parte b) es una vista por el cen-tro de la hélice, a lo largo de su eje. La hélice es derecha, con unos 3.6 aminoácidos por vuelta,y está estabilizada por puentes de hidrógeno entre los oxígenos carbonílicos y los protones deNOH. La vista b) muestra cómo los grupos metilo de la L-alanina se proyectan hacia afuerade la cadena principal. Esta orientación de las cadenas laterales de los aminoácidos, hacia afue-ra, las hace puntos de contacto con otros aminoácidos de la misma cadena, con distintas cade-nas de proteínas, y con otras biomoléculas. En la parte c) de la figura se usa un listón paraseguir el esqueleto del péptido. El listón ayuda a distinguir el frente y la parte posterior, hacemás evidente que la hélice es derecha, y tiene utilidad especial cuando se examina la formaen que están plegadas las proteínas.

Las proteínas que forman los músculos (miosina) y la lana (�-queratina) contienen altosporcentajes de hélice �. Cuando se estira la lana, se rompen los puentes de hidrógeno, y la cade-na peptídica se alarga. Sin embargo, los enlaces covalentes SOS entre los residuos de L-cisteínalimitan el grado al que se puede estirar la cadena, y una vez que se elimina la fuerza de estira-miento, se forman espontáneamente los puentes de hidrógeno.


FIGURA 27.14 Estructurasecundaria de una proteína, enlámina � plegada, formada por residuos alternados de glicina yalanina.

FIGURA 27.15 Modelo molecular de una hélice � formada por ocho residuos de alanina. El N-terminal está en el fondo. a) Modelo de esfe-ras y barras. Los puentes de hidrógeno se indican con líneas interrumpidas. b) El mismo modelo viendo hacia arriba, por el eje de la hélice, ydesde el fondo. Los hidrógenos se han omitido para tener más claridad. La hélice es derecha, y todos los grupos metilo apuntan hacia afuera.c) Un modelo de tubo enmarcado por un listón, que sigue la trayectoria de la hélice.

a) b) c)

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La mayoría de las proteínas no se pueden describir en función de una sola estructura se-cundaria. Más bien son mezclas de hélice � y lámina �, intercaladas con regiones de espiralesaleatorias que no siguen un patrón regular. La figura 27.16 muestra un modelo de la ribonu-cleasa, enzima que cataliza la hidrólisis del ARN. Las regiones helicoidales se muestran en ro-jo, las láminas � en amarillo. De los 124 aminoácidos en esta proteína, 24 están representadosen tres secciones de hélice �. Hay dos láminas �, una con tres hebras y con 21 aminoácidos, yla otra con cuatro hebras y 20 aminoácidos. Las hebras de cada lámina � pertenecen a la mis-ma cadena, y se acercan a la distancia de formación de puentes de hidrógeno por la forma enque está doblada la cadena. En realidad, la formación de puentes de hidrógeno como éstos esuno de los factores que contribuye al pliegue de la cadena.

27.20 ESTRUCTURA TERCIARIA DE POLIPÉPTIDOS Y PROTEÍNAS

La forma en que se dobla una cadena de proteína es su estructura terciaria, y afecta tanto asus propiedades físicas como a su función biológica. Las dos categorías principales de estruc-tura terciaria de proteínas son la fibrosa y la globular.

1. Las proteínas fibrosas son haces de filamentos alargados de cadenas proteínicas, y soninsolubles en agua.

2. Las proteínas globulares son aproximadamente esféricas, y son solubles en agua, o for-man dispersiones coloidales en ella.

La estructura primaria de una proteína, que es su secuencia de aminoácidos, es el principal de-terminante de su estructura terciaria. También la estructura secundaria contribuye, porque limi-ta la cantidad de conformaciones disponibles para una cadena de polipéptidos.

27.20 Estructura terciaria de polipéptidos y proteínas 1165

FIGURA 27.16 Modelo mole-cular de la ribonucleasa. Los lis-tones oscuros identifican lassecuencias donde la estructurasecundaria es una hélice �, y loslistones más claros indican lashebras de lámina �. Las puntasde flecha apuntan en direccióndesde el N-terminal hacia el C-terminal. (Vea sección a color,p. C-17.)

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Las proteínas fibrosas, al ser insolubles en agua, tienen con frecuencia una función estruc-tural de protección. Las proteínas fibrosas más conocidas son las queratinas y el colágeno. La�-queratina (figura 27.17) se basa en la estructura secundaria en hélice �, y es el componenteestructural proteínico del cabello, lana, uñas, garras, picos, cuernos y la capa externa de la piel.La �-queratina se basa en la estructura secundaria en lámina �, y se encuentra en la seda y lafibroína. La L-cisteína es muy abundante en las queratinas, pueden ser más de 20% de los ami-noácidos presentes. El colágeno se encuentra principalmente en el tejido conectivo (cartílagosy tendones) y tiene estructura en triple hélice.

Entre las proteínas globulares está la mayoría de las enzimas, y funcionan en ambientesacuosos. Por ejemplo, 65% de la masa de la mayoría de las células es agua. Cuando se colocanen agua, los materiales no polares, incluyendo las cadenas laterales no polares de los aminoáci-dos, hacen que las moléculas vecinas de agua adopten un arreglo más ordenado y se reduzca laentropía del agua. A esto se le llama efecto hidrofóbico. El valor de S negativo desfavorablese modera si la proteína adopta una forma esférica, que coloca a las cadenas laterales no pola-res en el interior y las polares en la superficie. De los diversos arreglos globulares, el que me-jor compensa el costo de entropía con fuerzas de atracción entre las cadenas laterales, es laestructura terciaria que adopta la proteína en su estado normal, o estado nativo.

La tabla 27.4 presenta una lista de las fuerzas de atracción que influyen más sobre la es-tructura terciaria de las proteínas. La más intensa de ellas es el enlace covalente SOS, que unea dos residuos de cisteína. Este puente disulfuro se puede formar entre los grupos OCH2SH dedos cisteínas que, aunque puedan estar alejados entre sí respecto a la secuencia de aminoácidos,se hacen vecinos cuando se dobla la cadena. La formación del enlace disulfuro que los une esta-biliza el arreglo local plegado. Una proteína globular típica tiene sólo una pequeña cantidad depuentes disulfuro. De los 124 aminoácidos en la ribonucleasa (figura 27.16, sección 27.19),6 son cisteínas, y cada uno participa en un puente disulfuro; un puente une Cis-26 con Cis-84,otro Cis-58 con Cis-110, y un tercero une Cis-65 con Cis-72.

Las interacciones no covalentes son mucho más débiles que el enlace covalente SOS.Entre ellas, la atracción electrostática entre cadenas laterales con carga positiva y negativa, lla-mada puente salino, es la más fuerte, y le siguen los puentes de hidrógeno, y después las fuer-zas de van der Waals. Sin embargo, se debe tener en cuenta que la contribución total de lasdiversas fuerzas no sólo depende de la magnitud de una interacción, sino también de su canti-dad. Quizá los puentes disulfuro sean fuertes, pero en general hay pocos de ellos. Las fuerzasde van der Waals son débiles, pero su cantidad es mayor que todas las demás fuerzas de atrac-ción intermolecular.


a) b) c) d)

FIGURA 27.17 �-queratina.Dos hélices � a) se combinan para formar una espiral enrolladab). Un par de espirales enrolladases un protofilamento c). Cuatroprotofilamentos forman un fila-mento d), que es el material estructural con el que se ensam-bla la proteína fibrosa.

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Conocer la forma en que la cadena de proteína está plegada es clave para comprender laforma en que una enzima cataliza una reacción. En general, los procesos bioquímicos se relacio-nan con los tipos básicos de reacción de la química orgánica, e implican intermediarios clavesimilares. Sin embargo, las reacciones son mucho más rápidas y más selectivas. Al proponerun mecanismo de reacción catalizada por enzimas, por ejemplo, la hidrólisis de amidas o deésteres, se acostumbra suponer que se efectúa a través del intermediario tetraédrico, y que des-pués se modifica el mecanismo normal de sustitución nucleofílica en el acilo asignando diver-sas funciones catalíticas a determinadas cadenas laterales de aminoácido en la enzima.

27.20 Estructura terciaria de polipéptidos y proteínas 1167

TABLA 27.4 Interacciones covalentes y no covalentes entre cadenas laterales de aminoácidos en las proteínas

Descripción Tipo de interacción Ejemplo

Puente disulfuro

Covalente

Enlace S—S entre dos cisteínas

Puente salino

No covalente

Atracción electrostática entreiones con cargas opuestas

Puente de hidrógeno El H polarizado positivamente del grupoO—H o N—H interacciona con un átomoelectronegativo (O o N)

Van der Waals Atracción entre dipolo inducido/dipoloinducido (fuerza de dispersión) entrecadenas laterales no polares

CisS SCis

H

O

SSN

N

H

O

Asp Arg

O

O

ON

HN

H

O

N

H

H2N

H2N

��

Gln Ser

O

ON

HN

H

HO

N

H

O

H

Val Fen

H3CCH3

O

N

H

ON

H

PROBLEMA 27.24 La tabla 27.4 muestra un puente salino entre el ácido aspártico y la arginina. Trace la atracciónelectrostática análoga entre lisina y un aminoácido de la tabla 27.1, que no sea ácido aspártico.

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Se vio en la sección 27.10, que la carboxipeptidasa A cataliza la hidrólisis del enlace pep-tídico con el aminoácido C-terminal de los polipéptidos. La carboxipeptidasa A es una metalo-proteína; contiene un ion Zn2� que es esencial para su actividad catalítica. La estructura cristalinade la carboxipeptidasa por rayos X (figura 27.18) indica que este ion Zn2� está en una cavidadhidrofóbica cerca del centro de la enzima, donde se mantiene por coordinación con un residuode ácido glutámico (Glu-72) y dos histidinas (His-69 e His-196). Es la misma región, llamadasitio activo, donde se une el sustrato. En el caso de la carboxipeptidasa, el sustrato es un pépti-do, en especial uno con un aminoácido hidrofóbico C-terminal, como la fenilalanina o la tiro-sina. Además de ser hidrofóbico, al igual que el sitio activo, el sustrato está unido por atracciónelectrostática entre su carboxilato, con carga negativa, y la cadena lateral de Arg-145, con car-ga positiva. En el mecanismo 27.5 se muestran las interacciones de las cadenas laterales de lacarboxipeptidasa A con Zn2� y un péptido, y después se describe el mecanismo para la ruptu-ra del enlace peptídico con el aminoácido terminal. Se implicaron cadenas laterales distintas alas mostradas en el mecanismo 27.5, pero se han omitido. La característica principal del meca-nismo es su relación con el mecanismo de sustitución nucleofílica en el acilo (se comporta deacuerdo con ella). La enzima no sólo une al sustrato con funciones catalíticamente activas enel sitio activo, sino que, al estabilizar el intermediario tetraédrico, baja la energía de activaciónde su formación y aumenta la velocidad de la reacción.

27.21 COENZIMAS

El número de procesos químicos en que pueden participar las cadenas laterales de las proteí-nas es muy limitado. Entre ellos, destacan más la donación de protones, sustracción de proto-nes y adición nucleofílica a grupos carbonilo. En muchos procesos biológicos se requiere unamayor variedad de la reactividad, y con frecuencia las proteínas actúan en combinación consustancias que no son proteínas, para efectuar las reacciones necesarias. A esas sustancias se lesllama cofactores, y pueden ser orgánicas o inorgánicas y unirse fuerte o débilmente con la enzi-ma. Entre los cofactores que son moléculas orgánicas, se aplica el término coenzimas a los queno están unidos en forma covalente con la enzima, y grupos prostéticos a los que sí están. Porejemplo, si actúan solas, las proteínas no tienen la funcionalidad necesaria de los agentes oxi-dantes o reductores efectivos. Sin embargo, pueden catalizar oxidaciones y reducciones bioló-gicas en presencia de una coenzima adecuada. En secciones anteriores se han visto numerososejemplos de esas reacciones, donde la coenzima NAD� actuaba como agente oxidante, y otras endonde NADH actuaba como agente reductor.


Enlace disulfuro

a) b)

Zn2�

Arg-145

N-terminal

C-terminal

FIGURA 27.18 Estructura dela carboxipeptidasa, mostrada co-mo a) modelo de barras y b) dia-grama de listones. La propiedadmás evidente que ilustra a) es laforma globular de la enzima. Eldiagrama de listones subraya elplegamiento de la cadena.(Vea sección a color, p. C-15.)

El 5�-fosfato de piridoxal (sección27.6) es una coenzima.

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27.21 Coenzimas 1169

Zn2�

Zn2�

Zn2�

MECANISMO 27.5 Hidrólisis catalizada por carboxipeptidasaMecanismo: El mecanismo describe las etapas principales de la hidrólisis de un péptido catalizada por

carboxipeptidasa, donde el aminoácido C-terminal es fenilalanina. Transferencias de protones acompañan a las etapas 2 y 4, pero no se muestran. Sólo se muestran las interacciones principales del sustrato con las cadenas laterales de la carboxipeptidasa, si bien otras cadenas laterales pueden intervenir también.

Etapa 1: El péptido toma su posición en el sitio activo debido a un enlace electrostático entre el carboxilato C-terminal, con carga negativa, y una cadena lateral de arginina, con carga positiva, en la enzima. También en el sitio activo, el Zn2� se acopla por medio de interacciones de ácido de Lewis/base de Lewis con His-69 e His-196, y una atracción electrostática con el carboxilato de Glu-72, con carga negativa. Esos ligandos se ven aquí,pero se omitirán en los pasos siguientes para mayor simplicidad.

Péptido

±NH NH2

NH2�

Arg-145

O

O�

HN

O

±NH3�

N

N

H

His-69

N

N

H

His-196

O OC

Glu-72

�

Péptido

NH NH2

NH2�

Arg-145

O

O�

HN

O

±NH3�

O

H

HPéptido

NH NH2

NH2�

Arg-145

O

O�

HN

O

±NH3�

Zn2�

OH

Péptido

NH NH2

NH2�

Arg-145

O

O�

HN

O

±NH3�

OH

�

NH NH2

NH2�

Arg-145

O

O�

NH3�

Péptido

O

±NH3�

Zn2�

O�

Etapa 2: El agua se adiciona al grupo carbonilo del enlace peptídico. La rapidez de esta adición nucleofílica se acelera por la coordinación del oxígeno carbonílico con el Zn2� o con uno de los protones de N—H, de Arg-127 (que no se muestra). El producto es un intermediario tetraédrico estabilizado por coordinación con el zinc. La estabilización del intermediario tetraédrico puede ser el factor principal de la gran velocidad de la hidrólisis catalizada por la carboxipeptidasa.

Etapa 3: El intermediario tetraédrico se disocia y forma el aminoácido C-terminal (fenilalanina, en este caso). En los pasos siguientes se restaura el sitio activo.

�

Zn2�

Zn2�

Zn2�

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El grupo hem (figura 27.19) es un grupo prostético en el que el hierro(II) está coordina-do con los cuatro átomos de nitrógeno de un tipo de sustancia aromática tetracíclica llamadaporfirina. La proteína que almacena oxígeno en los músculos, la mioglobina, representada es-quemáticamente en la figura 27.20, está constituida por un grupo hem rodeado por una proteí-na de 153 aminoácidos. Cuatro de los seis sitios de coordinación disponibles del Fe2� sonocupados por los nitrógenos de la porfirina, uno por un residuo de histidina de la proteína, y elúltimo por una molécula de agua. La mioglobina almacena el oxígeno obtenido de la sangrepor la formación de un complejo FeOO2. El oxígeno desplaza al agua como sexto ligando enel hierro, y se queda allí hasta que sea necesario. La proteína sirve como recipiente para el grupohem y evita la oxidación del Fe2� a Fe3�, que es un estado de oxidación en el que el hierropierde su capacidad de unirse con el oxígeno. Separadas, ni el grupo hem ni la proteína se unencon oxígeno en solución acuosa; juntas, lo hacen muy bien.

27.22 ESTRUCTURA CUATERNARIA DE LAS PROTEÍNAS:HEMOGLOBINA

Más que existir en forma de una sola cadena de polipéptido, algunas proteínas son conjuntosde dos o más cadenas. La forma en que estas subunidades están organizadas se llama estruc-tura cuaternaria de la proteína.


N N

CH3

H3C

H3C CH3

H2CœCH

HO2CCH2CH2 CH2CH2CO2H

±CHœCH2

N N

Fe

a) b)

FIGURA 27.19 Grupo hem,representado en a) como un dibu-jo estructural, y en b) como unmodelo espacial. Este modelo es-pacial muestra el arreglo en elmismo plano de los grupos querodean al hierro. (Vea sección acolor, p. C-18.)

FIGURA 27.20 La estructura de la mioglobina, en el esperma de ballena, mostrada como a) modelo debarras y b) diagrama de listones. Hay cinco regiones separadas de la hélice � en la mioglobina, que semuestran en distintos colores para distinguirlas con más claridad. La parte del grupo hem se incluye enambas figuras, pero es más fácil ubicarla en el diagrama de listones, así como la cadena lateral de histidi-na, que está unida al hierro del grupo hem. (Vea sección a color, p. C-18.)

N-terminal

C-terminal

Hem

a) b)

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La hemoglobina es la proteína portadora de oxígeno en la sangre. Se une al oxígeno enlos pulmones y la transporta a los músculos, donde lo almacena la mioglobina. La hemoglobinase une al oxígeno en una forma muy semejante a como lo hace la mioglobina, usando el grupohemo como grupo prostético. Sin embargo, la hemoglobina es mucho mayor que la mioglobi-na; tiene un peso molecular de 64 500, mientras que el de la mioglobina es 17 500; la hemo-globina contiene cuatro unidades del grupo hem, y la mioglobina sólo una. La hemoglobina esun conjunto de cuatro grupos hem y cuatro cadenas proteicas, que incluyen dos cadenas idén-ticas llamadas cadenas alfa, y dos cadenas idénticas llamadas cadenas beta.

Algunas sustancias, como el CO, forman enlaces fuertes con el hierro del grupo hem, su-ficientemente fuertes como para desplazar de ella al O2. El monóxido de carbono se enlaza 30a 50 veces con más eficacia que el oxígeno con la mioglobina, y cientos de veces más que el

27.22 Estructura cuaternaria de las proteínas: hemogloblina 1171

¡Oh, NO! ¡Es inorgánico!

El aminoácido L-arginina sufre una conversión bioquími-ca interesante.

Nuestra experiencia nos condiciona a enfocarnos en los compo-nentes orgánicos de la reacción, L-arginina y L-citrulina, y ponermenos atención al producto inorgánico, el óxido nítrico (monóxi-do de nitrógeno, NO). Sin embargo, hacerlo significa pasar poralto uno de los descubrimientos más importantes en biología, enel último cuarto del siglo XX.

La historia comienza con el bien conocido uso de la nitrogli-cerina para tratar el dolor de pecho que caracteriza a la angina,estado común en enfermedades como la aterosclerosis, en el queel flujo reducido de la sangre al músculo cardiaco mismo haceque reciba una cantidad insuficiente de oxígeno. Al poner unatableta de nitroglicerina bajo la lengua se obtiene un rápido alivio,porque se dilatan los vasos sanguíneos que alimentan al corazón.Varios otros compuestos nitrogenados, como el nitrito de amilo yel nitroprusiato de sodio tienen un efecto similar.

Ferid Murad, quien demostró que todas estas sustancias eranfuentes de NO, propuso en 1977 una base química de su accióncomo el agente activo.

Tres años después, Robert F. Furchgott descubrió que el rela-jamiento de los músculos lisos, por ejemplo, las paredes de losvasos sanguíneos, era estimulado por una sustancia desconocidaproducida en el recubrimiento (el endotelio) de los vasos sanguí-neos. Llamó a esta sustancia el factor relajante dependiente delendotelio, o EDRF (de endothelium-dependent relaxing factor);en 1986 demostró que el EDRF era NO. Louis J. Ignarro llegóa la misma conclusión más o menos al mismo tiempo. SalvadorMoncada dio más respaldo a la conclusión al demostrar que enrealidad las células endoteliales sí producían NO, y que la res-ponsable de esto era la conversión de L-arginina en L-citrulina.

El escepticismo inicial que generó la idea de que NO, quea) es un gas, b) es tóxico, c) es inorgánico y d ) es un radical li-bre, pudiera ser un mensajero bioquímico desapareció rápidamen-te. Una avalancha de resultados confirmaron no sólo el papel delNO en el relajamiento de los músculos lisos, sino que se agrega-ron más ejemplos a una lista en crecimiento continuo de proce-sos bioquímicos estimulados por el NO. La digestión se facilitacon la acción del NO sobre los músculos intestinales. El fármacoViagra (sildenafil), que se prescribe para el tratamiento de la dis-función eréctil, funciona aumentando la concentración de una hor-mona, cuya liberación la inicia el NO. Una teoría de que el NOinterviene en la memoria a largo plazo tiene respaldo en el hechode que el cerebro es una rica fuente de la enzima óxido nítrico sin-tasa (NOS), que cataliza la formación de NO a partir de la L-argi-nina. El NO incluso interviene en el brillo de las luciérnagas. Brillansin parar cuando se les pone en un frasco con NO, pero nunca bri-llan cuando se toman medidas para absorber el NO.

La identificación del NO como molécula señaladora en losprocesos biológicos justificaba, claro está, un premio Nobel. Elúnico misterio era quién lo recibiría. Con frecuencia, los premiosNobel se comparten, pero nunca entre más de tres personas. Aun-que fueron cuatro los investigadores, Murad, Furchgott, Ignarroy Moncada, quienes hicieron importantes aportaciones, el comitéNobel siguió la tradición y sólo reconoció a los tres primeros conel premio Nobel 1988 de Fisiología y Medicina.

O2NOCH2CHCH2ONO2

ONO2

Nitroglicerina

(CH3)2CHCH2CH2ONO

Nitrito de amilo

Nitroprusiato de sodio

Na2[O Fe(CN)5]N

H2NCNHCH2CH2CH2CHCO�

�NH3

NH2

�

L-Arginina

H2NCNHCH2CH2CH2CHCO�

�NH3

O

O

O

L-Citrulina

NO

Óxido nítrico

�

Un artículo titulado “Hemoglobin,its Occurrence, Structure, andAdaptation” apareció en la ediciónde marzo de 1982 del Journalof Chemical Education,pp. 173-178.

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oxígeno con la hemoglobina. La fuerte unión del CO en el sitio activo interfiere con la capaci-dad del grupo hem para efectuar su tarea biológica de transportar y almacenar oxígeno, con re-sultados potencialmente letales.

En el caso de la alteración genética anemia de células falciformes se observa la forma enque la función depende de la estructura. Esta anemia es una enfermedad debilitante, a vecesfatal, en la que los glóbulos rojos se distorsionan (son falciformes) e interfieren con el flujo san-guíneo por los capilares. Es el resultado de la presencia de una hemoglobina anormal en laspersonas afectadas. La estructura primaria de la cadena beta de la hemoglobina normal y la fal-ciforme difieren en un solo aminoácido, entre 146; la hemoglobina falciforme tiene valina, enlugar de ácido glutámico, como sexto residuo a partir del N-terminal de la cadena �. Un cambiomínimo en la secuencia de los aminoácidos ¡puede producir un resultado amenazador para lavida! Esta modificación se controla genéticamente, y es probable que se haya establecido enla reserva genética porque los portadores de esta particularidad son más resistentes a la malaria.

27.23 RESUMEN

Este capítulo trata acerca de las proteínas. En la primera mitad se describen las unidades estruc-turales de las proteínas, pasando por aminoácidos y péptidos. En la segunda mitad se estudianlas proteínas mismas.

Sección 27.1 Los 20 aminoácidos de la tabla 27.1 son las unidades estructurales de las proteínas.Todos son �-aminoácidos.

Sección 27.2 A excepción de la glicina, que es aquiral, todos los �-aminoácidos de la tabla 27.1son quirales, y tienen la configuración L en el carbono �.

Sección 27.3 La estructura más estable de un aminoácido neutro es como ion dipolar. El pH deuna solución acuosa, al cual la concentración del ion dipolar es máxima, se llamapunto isoeléctrico (pI).

Sección 27.4 Los aminoácidos se sintetizan en el laboratorio a partir de

1. �-Haloácidos, por reacción con amoniaco

2. Aldehídos, por reacción con amoniaco y iones cianuro (la síntesis deStrecker)

3. Halogenuros de alquilo, por reacción con el anión enolato derivado del ace-tamidomalonato de dietilo

Sección 27.5 Los aminoácidos participan en reacciones características del grupo amino (porejemplo, formación de amidas) y del grupo carboxilo (por ejemplo, esterificación).Las cadenas laterales de los aminoácidos participan en reacciones características delos grupos funcionales que contienen.

Sección 27.6 Entre las reacciones bioquímicas de los �-aminoácidos, en varias interviene el 5�-fos-fato de piridoxal como coenzima. Esas reacciones implican enlaces con el carbono� e incluyen transaminación, descarboxilación y racemización.

Sección 27.7 Un enlace amida entre dos �-aminoácidos se llama enlace peptídico. Por conven-ción, los nombres de los péptidos se dicen y se escriben comenzando en el N-ter-minal.

H3N�

CO2�

H

CH(CH3)2

Proyección de Fischer deL-valina, en su forma de ion dipolar


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Sección 27.8 La estructura primaria de un péptido es su secuencia de aminoácidos, más cual-quier enlace disulfuro entre dos residuos de cisteína. La estructura primaria sedetermina mediante un método sistemático, en el que se rompe la proteína en frag-mentos más pequeños, y hasta en aminoácidos individuales. Los fragmentos máspequeños se secuencian y la secuencia principal se deduce determinando regionesde traslape entre los péptidos menores.

Sección 27.9 La hidrólisis completa de un péptido produce una mezcla de aminoácidos. Un ana-lizador de aminoácidos identifica los aminoácidos individuales y determina susrelaciones molares.

Sección 27.10 La hidrólisis selectiva se puede hacer usando coenzimas que catalicen la ruptura enenlaces peptídicos específicos.

Sección 27.11 Se puede usar la hidrólisis catalizada por carboxipeptidasa para identificar al amino-ácido C-terminal. El N-terminal se determina por métodos químicos. Un reactivoque se usa para ello es el reactivo de Sanger, 1-fluoro-2,4-dinitrobenceno (vea lafigura 27.8).

Sección 27.12 El procedimiento descrito en las secciones 27.8 a 27.11 se usó para determinar lasecuencia de aminoácidos en la insulina.

Sección 27.13 En los métodos modernos para secuenciar péptidos se sigue una estrategia parecidaa la que se empleó para secuenciar la insulina, pero están automatizados y se pue-den efectuar en pequeña escala. Una propiedad clave es la identificación repetitivadel N-terminal, usando la degradación de Edman.

Sección 27.14 En la síntesis de un péptido de secuencia prescrita es necesario usar grupos protec-tores que minimicen la cantidad de reacciones posibles.

Sección 27.15 Los grupos protectores del amino incluyen al benciloxicarbonilo (Z), ter-butoxicar-bonilo (Boc) y 9-fluorenilmetoxicarbonilo (FMOC).

Para eliminar al grupo protector benciloxicarbonilo, o al ter-butoxicarbonilo sepuede usar bromuro de hidrógeno. El grupo protector benciloxicarbonilo tambiénse puede eliminar por hidrogenólisis catalítica. El FMOC se elimina con una base.

Sección 27.16 Por lo común se protegen los grupos carboxilo como éster bencílico, metílico o etíli-co. Normalmente se usa hidrólisis en base diluida para desproteger los ésteres metí-licos y etílicos. Los grupos protectores bencilo se eliminan por hidrogenólisis.

Aminoácido protegidocon 9-fluorenilmetoxicarbonilo

H CH2OC NHCHCO2H

O

R

C6H5CH2OC NHCHCO2H

R

NHCHCO2H

O

Aminoácido protegidocon benzoilcarbonilo

(CH3)3COC NHCHCO2H

R

NHCHCO2H

O

Aminoácido protegidocon ter-butoxicarbonilo

NHCHC NHCH2CO2�H3NCHC

�

CH3

O

CH2SH

O

Alanilcisteinilglicina

(ACG)

Ala-Cis-Gli

27.23 Resumen 1173

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Sección 27.17 La formación de un enlace peptídico entre un aminoácido protegido que tenga ungrupo carboxilo libre y un aminoácido protegido que tenga un grupo amino libre sepuede efectuar con ayuda de N,N�-diciclohexilcarbodiimida (DCCI).

Sección 27.18 En el método de Merrifield, el grupo carboxilo de un aminoácido se ancla a un sopor-te sólido, y la cadena se agranda un aminoácido cada vez. Cuando se han adicionadotodos los residuos de aminoácido, el polipéptido se separa del soporte sólido.

Sección 27.19 Dos estructuras secundarias de las proteínas tienen importancia especial. La lámi-na � plegada está estabilizada por puentes de hidrógeno entre grupos NOH yCPO de cadenas adyacentes. La hélice � está estabilizada por puentes de hidróge-no dentro de una misma cadena de polipéptido.

Sección 27.20 El plegado de una cadena peptídica es su estructura terciaria. La estructura ter-ciaria tiene una influencia muy grande sobre las propiedades del péptido, y sobre lafunción biológica que desempeña. En general, la estructura terciaria se determinacon cristalografía por rayos X.

Muchas proteínas globulares son enzimas. Aceleran las velocidades de las reac-ciones químicas en sistemas biológicos, pero las clases de reacciones que se efec-túan son las reacciones fundamentales de la química orgánica. Una forma en quelas enzimas aceleran esas reacciones es acercando entre sí las funciones que reac-cionan, en presencia de funciones catalíticamente activas de la proteína.

Sección 27.21 Con frecuencia, las funciones catalíticamente activas de una enzima no son más quedonadores de protones y aceptores de protones. En muchos casos una proteína actúaen cooperación con una coenzima, que es una molécula pequeña y tiene la funciona-lidad adecuada para efectuar un cambio químico, que de otra forma no podría reali-zar la proteína sola.

Sección 27.22 Muchas proteínas consisten en dos o más cadenas, y la forma en que se organizanlas diversas unidades en el estado nativo de la proteína se llama estructura cuater-naria.

PROBLEMAS

27.25 El anillo de imidazol de la cadena lateral en la histidina actúa como aceptor de protones en ciertasreacciones catalizadas por enzimas. ¿Cuál es la forma protonada más estable del residuo de histidina, laA o la B? ¿Por qué?

27.26 Dos �-aminoácidos son precursores biosintéticos de las penicilinas. ¿Cuáles son?

CH3

CH3

CO2H

H2N

ON

S

HN

HN�

CH2CHC

NH

O

A

N

H H

N

�CH2CHC

NH

O

B

ZNHCHCOH

R

O

� H2NCHCOCH3

R�

O

ZNHCHC

R

O

NHCHCOCH3

R�

ODCCI


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27.27 a) Use los datos de la tabla 27.2, y la ecuación de Henderson-Hasselbalch para calcular

a pH 7.

b) ¿A qué pH es máxima [A]?

27.28 Los �-aminoácidos no son los únicos compuestos que existen en forma de iones dipolares. El áci-do p-aminobencenosulfónico (ácido sulfanílico) normalmente se escribe en la forma que se muestra, pe-ro su forma como ion dipolar es más estable. Escriba una fórmula estructural para el ion dipolar.

27.29 La putrescina es un producto del metabolismo de la arginina. Sugiera estructuras razonables decitrulina y de ornitina. Las fórmulas moleculares aparecen para los compuestos tal como existen a unpH = 7; la carga neta en la citrulina es cero, en la ornitina es �1 y en la putrescina es �2.

27.30 El acrilonitrilo (H2CPCHCqN) sufre fácilmente adición conjugada cuando se trata con reactivosnucleofílicos. Describa una síntesis de �-alanina (H3N

�

CH2CH2CO2�) que aproveche lo anterior.

27.31 a) La isoleucina se ha preparado con la siguiente secuencia de reacciones. Escriba la estructurade los compuestos A a D, aislados como intermediarios en esta síntesis.

b) Se ha usado un procedimiento análogo para preparar fenilalanina. ¿Qué halogenuro de alqui-lo escogería usted como materia inicial para esta síntesis?

27.32 La hidrólisis del compuesto siguiente, en ácido clorhídrico concentrado durante varias horas a100°C produce uno de los aminoácidos de la tabla 27.1. ¿Cuál? ¿Es ópticamente activo?

27.33 Si sintetizara el tripéptido Leu-Fen-Ser a partir de aminoácidos preparados por la síntesis de Strec-ker, ¿cuántos estereoisómeros esperaría que se formaran?

27.34 ¿Cuántos picos esperaría usted ver en la gráfica después del análisis de aminoácidos en la bradici-nina?

Arg-Pro-Pro-Gli-Fen-Ser-Pro-Fen-Arg

Bradicinina

O

O

N

CH2COOCH2CH3

C(COOCH2CH3)2

CH3CH2CHCH3W

Br

A B (C7H12O4)malonato de dietilo

etóxido de sodio

1. KOH

2. HCl

B D isoleucina (racémica)C (C7H11BrO4)Br2 calor NH3

H2O

Arginina (C6H15N4O2)

Citrulina(C6H13N3O3)CO2

�

H2N NH H

NH2

�

H3N�

Ornitina(C5H13N2O2)

Putrescina(C4H14N2)

SO3HH2N

B

NH2

O

O�

A

�NH3

O

O�

[A]

[B]

Problemas 1175

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27.35 En el análisis automatizado de los aminoácidos de péptidos que contienen residuos de asparagina(Asn) y glutamina (Gln) se obtiene un pico que corresponde al amoniaco. ¿Por qué?

27.36 ¿Cuáles son los productos de cada una de las reacciones siguientes? Su respuesta debe explicar to-dos los residuos de aminoácidos de los péptidos de partida.

a) Reacción de Leu-Gli-Ser con 1-fluoro-2,4-dinitrobenceno

b) Hidrólisis del compuesto obtenido en la parte a) en ácido clorhídrico concentrado (100°C)

c) Tratamiento de Ile-Glu-Fen con C6H5NPCPS, seguido por bromuro de hidrógeno en nitro-metano

d ) Reacción de Asn-Ser-Ala con cloruro de benciloxicarbonilo

e) Reacción del producto de la parte d) con p-nitrofenol y N,N�-diciclohexilcarbodiimida

f ) Reacción del producto de la parte e) con el éster etílico de la valina

g) Hidrogenólisis del producto de la parte f ) por reacción con H2 sobre paladio

27.37 Los primeros 32 aminoácidos a partir del N-terminal de la angiogenina bovina, una proteína, se de-terminaron por degradación de Edman, y tienen la secuencia:

AQDDYRYIHFLTQHYDAKPKGRNDEYCFNMMK

a) Identifique los sitios de ruptura durante la hidrólisis de esta proteína, catalizada por tripsina.

b) ¿Cuáles son los sitios de ruptura cuando se usa quimotripsina?

27.38 La somatostatina es un tetradecapéptido del hipotálamo, que inhibe la liberación de la hormona delcrecimiento en la glándula hipófisis. Su secuencia de aminoácidos fue determinada por una combinaciónde degradaciones de Edman y experimentos de hidrólisis enzimática. Con base en los datos siguientes,deduzca la estructura primaria de la somatostatina:

1. La degradación de Edman produjo PTH-Ala.

2. La hidrólisis selectiva formó péptidos que tienen las secuencias siguientes:

Fen-Trp

Ter-Ser-Cis

Lis-Ter-Fen

Ter-Fen-Ter-Ser-Cis

Asn-Fen-Fen-Trp-Lis

Ala-Gli-Cis-Lis-Asn-Fen

3. La somatostatina tiene un puente disulfuro.

27.39 ¿Qué aminoácido protegido anclaría usted al soporte sólido en el primer paso de una síntesis deoxitocina (vea la figura 27.7) por el método de Merrifield?


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Z. CAREY. 27. Aminoácidos, Péptidos y Proteínas

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