Aminoácidos y proteínas
85
Profesor Cristian Omar Alvarez De La Cruz Proteínas by Cristian Omar Alvarez De La Cruz is licensed under a Creative Commons Reconocimiento- NoComercial-CompartirIgual 3.0 Unported License.
-
Upload
cristian-alvarez-de-la-cruz -
Category
Education
-
view
1.375 -
download
10
Transcript of Aminoácidos y proteínas
Profesor Cristian Omar Alvarez De La Cruz Proteínas by Cristian Omar Alvarez De La Cruz is licensed under a Creative Commons Reconocimiento-
NoComercial-CompartirIgual 3.0 Unported License.
Son las unidades monoméricas de Péptidos (<50) y Polipéptidos (>50, son las proteínas).
Son Más de 300 AA. Los que existen en la naturaleza. Pueden ser: Proteinogénicos (los 20 codificados por el
ADN); “proteicos No Estándar” y No proteicos Todos cumplen con la siguiente estructura:
A excepción de la Prolina, por tener un anillo pirrolidínico.
Grupo Amino
Grupo Carboxilo
Carbono Alfa
En todos los aminoácidos estándar excepto la glicina, el carbono α está unido a cuatro grupos diferentes.
Esto significa que el carbono α es un centro quiral; lo que les permite ser enantiomeros.
Casi todos los aminoácidos de las proteínas son L- esteroisómeros.
Difieren unos de otros en sus grupos “R”.
No esenciales
Esenciales
Condicionalmente esenciales
So
n s
inte
tiz
ad
os
o n
o p
or
el
or
ga
nis
mo
Sí los sintetiza
• Alanina • Aspartato • Asparagina • Glutamato • Serina
No los sintetiza
• Histidina • Isoleucina • Leucina • Metionina • Fenilalanina • Treonina • Triptófano • Valina • Lisina
Serían esenciales sólo en ciertos
estados clínicos. Normalmente los
sintetizamos.
• Arginina • Glutamina • Glicina • Prolina • Cisteína • Tirosina
Apolares neutros Ala, Val, Leu, Ile,
Gly, Met, Pro.
Apolares Aromáticos
Phe, Tyr, Trp.
Polares sin carga Ser, Thr, Cys,
Asn, Gln.
Básicos Lys, Arg,
His.
Ácidos Asp, Glu.
Po
lar
ida
d Hid
rófo
bo
s H
idro
fíli
cos
Na
tur
ale
za
Qu
ímic
a
Alifáticos: Gly, Ala, Val, Leu, Ile Aromáticos: Phe, Trp, Tyr* Azufrados: Met, Cys Iminoácidos: Pro Hidroxilados: Ser, Thr, Amidas: Asn, Gln Ácidos-: Asp, Glu Básicos+: Lys, Arg, His
En ellos la cadena lateral es un hidrocarburo alifático. Son muy poco reactivos, y fuertemente hidrofóbicos (excepto la Gly, cuya cadena lateral es un átomo de hidrógeno). Estos AA hidrofóbicos tienden a ocupar la parte central de las proteínas globulares, de modo que minimizan su interacción con el disolvente. Pertenecen a este grupo: G, A, V, L e I
La cadena lateral es un grupo aromático: benceno en el caso de la F, fenol en el caso de la Y e indol en el caso del W. Estos AA, además de formar parte de las proteínas son precursores de otras biomoléculas de interés: hormonas tiroideas, pigmentos o neurotransmisores..
Contienen azufre. Son C y M. La cisteína (C) tiene gran importancia estructural en las proteínas porque puede reaccionar con el grupo SH de otra C para formar un puente disulfuro (-S-S-), permitiendo el plegamiento de la proteína. Por este motivo, en algunos hidrolizados proteicos se obtiene el AA cistina, que está formado por dos cisteínas unidas por un puente disulfuro.
Tienen el grupo a-amino sustituido por la propia cadena lateral, formando un anillo pirrolidínico. Es el caso de la P.
Poseen un grupo alcohólico en su cadena lateral. Son la T y S .
Son el ácido la asparagina (N) y la glutamina (Q). Nota: no debes confundirlos con los ácidos; aunque aparentemente lo que estas viendo es un grupo amino NH2, es en realidad un AMIDA (R- CONH2).
Son el ácido aspártico o aspartato (D) y el ácido glutámico o glutamato (E). También se les llama dicarboxílicos.
La cadena lateral contiene grupos básicos. El grupo básico puede ser un grupo amino (K), un grupo guanidino (R) o un grupo imidazol (H).
Según la teoría de Browted – Lowry un ácido es toda especie química capaz de ceder protones (H+), y una base es toda especie capaz de aceptar protones.
Grupo ácido –COOH Grupo Básico – NH2
Los AA. pueden sufrir una reacción ácido base interna en la que el grupo carboxilo cede el protón para ser captado por el grupo amino. Dando lugar a un ión dipolar o zwitterión.
Cede este protón
Acepta un protón
Aminoácido en su forma NO Iónica
Quedándonos así:.
El zwitterión obtenido tiene una carga neta de cero, ya que sus cargas se anulan entre sí. Entonces, ya que los AA. pueden reaccionar como ácidos o como bases se dicen que son ANFÓTEROS. Es decir en medios ácidos se comportan como bases y en medios básicos se comportan como ácidos. Sistema Buffer.
A pH bajo (ácido), los aminoácidos se encuentran mayoritariamente en su forma catiónica (con carga positiva), mientras que a pH alto (básico) se encuentran en su forma aniónica (con carga negativa). Para valores de pH intermedios, como los propios de los medios biológicos (7.4), los aminoácidos se encuentran habitualmente en una forma de ion dipolar o zwitterión (con un grupo catiónico y otro aniónico).
El grupo amino capta protones (H+)
H+
El grupo carboxilo cede protones (H+)
H+
El punto isoeléctrico de un AA es el momento del pH en que la carga eléctrica neta es cero (ZWITTERION). Para determinar el pI de un aminoácido se necesita determinar la media aritmética de los pK implicados en los equilibrios de la molécula con carga neta de cero. Para ello es necesario contar con una tabla de valores pK Ejemplo: Determine el punto Isoeléctrico para el AA Gly.
Paso uno: determinar en que punto de mi reacción se encontraría el Zwitterion.
Zwitterion Carga de Cero
Carga +1 Carga -1
+ +
Paso dos: Consultar la tabla de pK: Diapositiva siguiente.
Paso tres: Determinar la media aritmética:
Para la Glicina pK1: 2.34 y pK2:9.6
Se muestra aquí la curva de titulación de la Gly. Los recuadros sombreados, cen-trados alrededor de pk1 y pK2 indican las regiones de máximo poder taponante (buffer).
Determina la reacción que se efectúa en la Lisina a partir de un pH Ácido a un pH Básico; y determina el punto isoelectrico .
Zwitterion Carga de Cero
-1
+
=
+1 +2
Consultar la tabla de pK: Tabla pK.
Y determinar la media aritmética:
Para la Lisina pKR: 10.53 y pK2: 8.95
pI= 9.74
pI= 𝟏
𝟐(𝒑𝑲𝒓 + 𝒑𝑲𝟐)
Determina la reacción que se efectúa en el Aspartato a partir de un pH Ácido a un pH Básico; y determina el punto isoeléctrico .
+
=
Zwitterion Carga de Cero
+1 -1 -2
Consultar la tabla de pK: Tabla pK..
Y determinar la media aritmética:
Para la Aspartato pK1: 1.88 y pKR: 3.65
pI= 2.77
pI= 𝟏
𝟐(𝒑𝑲𝟏 + 𝒑𝑲𝒓)
Función como neurotransmisores: Glutamato Aspartato Glicina
Unidades másicas para: Péptidos Proteínas Fosfolípidos
Precursores de Oxácidos: Aminas biógenas Glucosa Nucleótidos Hemo, Creatina Hormonas Neurotransmisores Mediadores
Moléculas de transporte para: NH2
Una vez que los AA codificables han sido incorporados a las proteínas, pueden sufrir ciertas transformaciones que dan lugar a los AA modificados. Entre las modificaciones más frecuentes destacan: Hidroxialción Carboxilación Adición de Iodo Fosforilación Glicosilación Condensación
Algunos aminoácidos no forman parte de ninguna proteína: no existe ningún codón o triplete para ellos. En este caso actúan como
intermediarios o precursores de diferentes reacciones del organismo.
1.- D-AMINOÁCIDOS: La D-Ala y el D-Glu forman parte del peptidoglicano de la pared celular de las bacterias. La gramicidina S es un péptido con acción antibiótica que contiene D-Phe. En ciertos péptidos opioides de anfibios y reptiles también aparecen D-aminoácidos.
2.- a-AMINOÁCIDOS NO PROTEICOS: La L-ornitina y la L-citrulina son importantes intermediarios en el metabolismo de la eliminación del nitrógeno y la creatina (un derivado de la G) juega un papel importante como reserva de energía metabólica. También pertenecen a este grupo la homoserina y la homocisteína
3.- ϒ-AMINOÁCIDOS: En estos AA, el grupo amino sustituye al último carbono, no al carbono α. La β-Alanina forma parte de algunos coenzimas, y el ácido ϒ-aminobutírico es un importante neurotransmisor.
Rompiendo dogmas: La Selenocisteína es un aminoácido PROTÉICO con acción
enzimática, encontrado en arqueobacterias, bacterias y eucariotas (incluídos mamiferos). Codificado por el CODÓN STOP (UGA).
La Pirrolisina es otro aminoácido PROTÉICO con acción enzimática, de una arqueobacteria metanogénica. Codificado por el codón STOP (UAG).
De lo anterior podemos concluir que: Pueden existir algunos aminoácidos Proteinogénicos codificados
por codones diferentes a los 20 habituales. El código genético puede tener sinónimos o variantes; así el
codón STOP puede significar “alto” o bien: otro aminoácido.
El primer aminoácido que se descubrió fue la asparagina (1806).
La mayoría de los nombres de los aminoácidos provienen de la fuente de la cual se aislaron: • Asparagina: espárrago • Glutamato: gluten de trigo • Tirosina: Queso (en griego “tyros”) • Glicina: Dulce (en griego “glycos”)
Son los polímeros de los aminoácidos A las uniones de los aminoácidos se les llama “Enlaces peptídicos”.
El EP se forma por una reacción de condensación entre el grupo carboxilo de un AA y el grupo amino del siguiente.
El EP es un enlace AMIDA.
Hidrólisis Condensación
Enlace peptídico
A cada AA que conforma un péptido o proteína se le llama “residuo”.
Como consecuencia del EP sólo el grupo amino del primer aminoácido (amino terminal) y el grupo carboxilo del último (carboxilo terminal) tienen capacidad de ionización.
Excepto ácidos y bases cuyas cadenas no participan en el EP.
Carboxilo terminal Amino terminal
Enlace peptídico
Re
sid
uo
s
Re
sid
uo
s
Re
sid
uo
s
Re
sid
uo
s
Residuos
Se nombran empezando por el residuo terminal amino al carboxilo terminal.
La Prolina es un caso un poco diferente a los anteriores, ya que su anillo pirrolidínico
Radical, está formado en parte por su alfa amino. Pero esto no le resta la posibilidad
para formar enlaces peptídicos; aunque tendrá algunas características especiales,
como interrumpir la formación de una α Hélice, ya que no encaja en su formación. Por
ello casi siempre se hallan en los extremos de las asas de las helices alfa.
A pH de 7: los grupos ácidos (Carboxilo) se encuentran ionizados y presentan carga negativa; y los grupos básicos (Aminos) se encuentran protonados con carga positiva.
Nota importante la forma que tiene la histidina (His) en este ejemplo puede parecerte a simple vista que no se parece a la de tu tabla. Pero es la misma.
A pH ÁCIDO: los grupos ácidos (Carboxilos) están protonados (COOH). Y los grupos básicos (Aminos) presentan carga positiva.
A pH Básico: los grupos ácidos (Carboxilos) están ionizados (COO-), y los grupos básicos (Aminos) han perdido su protón.
Considere el péptido siguiente: Lys-Ser-Tyr-Val-Phe-Lys-Cys
La alfa Quimiotripsina es una enzima digestiva muy específica que rompe sólo los enlaces peptídicos en los que participa el grupo carboxilo de los aminoácidos aromáticos. Indique qué efecto tendría esta enzima sobre el siguiente péptido y los productos de la reacción catalizada por esta enzima.
Por tal motivo, los productos de la reacción serán: Lys-Ser-Tyr Val-Phe Lys-Cys
Ribunucleasa Bovina Pancreática A, contiene 124 residuos de aminoácidos . 4 puentes disulfuro (S-S) forman enlaces cruzados en este polipéptido entre Cys26 y Cys84, Cys40 y Cys95, Cys58 y Cys110, y Cys65 y Cys72.
Las características de los AA que conforman la cadena
determina la forma y función de la proteína.
Todos los organismos contienen miles de proteínas distintas y
con diversas funciones.
Principales tipos de funciones
proteicas Ejemplos
Estructurales:
Proporcionar soporte mecánico a células
y tejidos
• Colágeno y la Elastina: son constituyentes comunes de la
matriz extracelular, y forman fibras en tendones, ligamentos,
y hueso.
• Tubulina: forma microtúbulos rígidos y duros.
• Queratina: forma fibras que refuerzan a las células
epiteliales; piel, uñas, pelo, plumas, otras.
Transporte:
Llevan sustancias vitales a todo el
organismo.
• Albúmina: transporta lípidos.
• Hemoglobina: transporta O2 y CO2.
• Transferrina: hierro.
• Citocromos: electrones en las mitocondrias y cloroplastos.
Reguladoras:
Actúan como hormonas, regulan varios
procesos fisiológicos.
• Insulina y glucagón: regulan el metabolismo de la glucosa.
• Somatotropina: Es la hormona del crecimiento, estimula el
crecimiento de los huesos y de los cartílagos.
• La sustancia P: media la sensación de dolor en el sistema
nervioso.
Catalíticas:
Actúan acelerando las reacciones
químicas en el organismo (enzimas).
• Pepsina: Degrada a proteínas de la dieta en el estómago .
• Amilasa: se encuentra en la saliva y tiene función catabólica
en almidón y glucógeno.
• Lipasa: actúa en la digestión química de lípidos.
• Lactasa: imprecindible en el catabolismo de la lactosa. La
falta de ella genera la intolerancia a la Lactosa.
• DNA polimerasa: copia el ADN.
Principales tipos de funciones
proteícas Ejemplos
Contráctiles:
Confieren a los organismos la capacidad
de desplazarse o de cambiar de forma.
• Actina y Miosina: Forman las miofibrillas responsables de
la contracción muscular.
• Dineína: Responsable del movimiento de los cilios y
flagelos.
Defensiva y protectoras:
Defienden y protegen al organismo contra
sustancias extrañas.
• Inmunoglobulinas: son los anticuerpos que se sintetizan
cuando penetran moléculas extrañas (antígenos) en el
organismo.
• Trombina y fibrinógeno: intervienen en la coagulación lo
que impide la perdida de sangre.
• Mucina: en el tracto digestivo y respiratorio tienen
funciones bactericidas.
De Reserva:
Almacenan pequeñas moléculas o iones
• Ferritina: almacena hierrro.
• Ovoalbúmina: en la clara de huevo se utiliza como una
fuente de aminoácidos para el desarrollo del embrión de
ave.
• Caseína: en la leche, es una fuente de aminoácidos para las
crías de mamíferos.
Reconocimiento de señales Receptores.
En la superficie celular existen
receptores…
• Hormonales
• Neurotransmisores
• De anticuerpos
• De Virus
• De bacterias
• Etc.
Fibrosas:
Largas
Forma de varilla
Insolubles en agua
Funcionan como protección y soporte principalmente.
Ejemplos: el colágeno, la queratina, la elastina, la fibrina, la
miosina, otras.
Colágeno una proteína
fibrosa
Globulares:
Esféricas compactas
Hidrosolúbles
Complejas
Físicamente correosas (se pueden doblar y estirar sin romperse)
Múltiples funciones, algunas de ellas: enzimas, transporte,
hormonas, otras.
Ejemplos: hemoglobina, inmunoglobulinas, albúmina, insulina,
amilasa, otras.
Hemoglobina
Simples:
Contienen sólo aminoácidos
Ejemplos: albumina, queratina , histonas, globulinas, etc.
Conjugadas:
Consta de proteína simple combinada con un componente no
proteico (grupo prostético).
Primaria:
Es la secuencia de aminoácidos en una cadena polipeptidica.
Secundaria
Plegado de segmentos de polipéptidos cortos (3 a 30 residuos) y
contiguos. α ó β
Terciaria
Los segmentos secundarios se pueden plegar en interacciones
con los residuos (aa) más alejados de la misma secuencia.
Cuaternarios
Varias cadenas asociadas formando una unidad funcional.
Hélice α
Lámina β
α Hélice:
Estructura en forma de tornillo
Dextrógira (giro a la derecha)
De 3,6 residuos (aa) por vuelta
Distancia de giro 5.4 Amnstrons
Estabilizada por puentes de hidrógeno entre
los grupos –NH de los enlaces peptídicos y el
carbonilo, cuatro residuos más adelante.
Cómo distinguir entre dextrógiro y
Levógiro:
Existe un método sencillo para
determinar el sentido de giro de una
estructura helicoidal. Cierre los
puños dejando el pulgar estirado y
dirigido hacia arriba. Observando
su mano derecha, imagine una
hélice que se prolonga en la
dirección indicada por el pulgar y
con su espiral girando en el sentido
que se pliegan los otros 4 dedos. La
hélice resultante es dextrógira.
Si lo haces con tu mano izquierda
obtendrás la levógira.
Dextrógiro Levógiro
Lámina β:
Dos o más polipéptido adyacentes forman puentes de hidrogeno.
Su forma asemeja una serie de pliegues en zigzag.
Pueden ser paralelos (mismo sentido) ó antiparalelos (opuesto).
Suelen tener una longitud de 5 a 6 residuos.
Las laminas antiparalelas, tienen zonas alternadas de puentes de
hidrógeno próximos y separados que se disponen
perpendiculares al eje de la hebra.
En las láminas paralelas, lo hacen a distancias semejantes pero
formando un ángulo con la dirección de las hebras. Es decir
forman puentes de hidrógeno más débiles entre las cadenas
adyacentes. Son menos estables.
En realidad son un tercer tipo de estructura secundaria.
Compuesta por 4 residuos.
Permiten que se produzca un cambio de dirección de la cadena
de 180º.
Se estabiliza por puentes de hidrógeno entre el grupo carboxilo
del primer residuo y el el grupo amino del cuarto.
Generalmente se encuentran constituídos por residuos de Pro y
Gly.
En la Gly por ser un residuo pequeño y flexible; y en la Pro, por
su configuración imino particularmente adecuada para la
formación de un giro cerrado.
Son combinaciones de varios elementos estructurales
secundarios combinados (helices α, láminas β y giros β).
a) βαβ, b) αα, c) meandro β, d) llave griega
Es la representación real tridimensional de la proteína.
La estructura 3D y la función de la proteína depende de su
secuencia de aa.
La estructura 3D se estabiliza mediante diferentes tipos de
enlaces e interacciones.
Son regiones diferenciadas dentro de la estructura terciaria de las
proteínas.
Actúan como unidades autónomas de plegamiento y/o desnaturalización
de las proteínas.
Es la asociación de distintos dominios lo que origina la estructura
terciaria y mantiene su conformación tridimensional.
Cada Dominio puede conferir una función específica.
Nota : el puente disulfuro
es un enlace más fuerte a
comparación de los otros,
aunque no tan común. Es
cavalente, a diferencia de
los otros.
Las fuerzas hidrofóbicas contribuyen al plegamiento de las proteínas en
conformaciones compactas. Las cadenas laterales de los AA polares tienden
a reunirse en el exterior de la proteína plegada, donde pueden interactuar
con el agua; las cadenas laterales de los AA no polares quedan en el
interior para formar centros hidrófobos compactos de átomos que rechazan
el agua .
Asociación de varias cadenas proteicas para formar una
proteína multimérica.
Subunidades iguales: Homomultímero
Subunidades diferentes: Heteromultímeros.
Protómero: es el grupo de subunidades que se repite.
N Terminal en color Purpura; C Terminal en color rojo.
Es el proceso de destrucción de la estructura de la proteína.
Normalmente no incluye la ruptura de enlaces peptídicos.
Puede ser parcial o total la perdida de su actividad biológica y
su forma física.
Y puede ser por:
• Ácidos y bases fuertes
• Disolventes orgánicos
• Detergentes
• Agentes reductores
• Concentración salina
• Iones metálicos pesados
• Cambios de temperatura
• Agresión mecánica.
Agentes o procesos que
desnaturalizan a las proteínas Descripción
Ácidos y bases fuertes Los cambios de pH dan lugar a protonación de algunos grupos
laterales de la proteína, lo cual altera los patrones de enlace
del hidrógeno y los puentes salinos .
Disolventes orgánicos
Los disolventes orgánicos hidrosolubles, como el etanol,
interfieren con las interacciones hidrófobas, ya que
interaccionan con los grupos “R” apolares y forman enlaces
de hidrógeno con el agua y los grupos polares de la proteína.
Detergentes
Estas moléculas anfipáticas (que tienen componentes
hidrófobos e hidrófilos) rompen las interacciones hidrófobas,
haciendo que se desplieguen las proteínas en cadenas
polipeptídicas extendidas.
Agentes reductores
En presencia de reactivos como la Urea, los agentes reductores,
como el β- mercaptoetanol, convierten los puentes disulfuro en
grupos sulfhidrilos. La Urea rompe los enlaces de hidrógeno y
las interacciones hidrófobas .
Cambios de Temperatura
Al aumentar la temperatura, aumenta la velocidad de
vibración molécular. Finalmente, se rompen las interacciones
débiles como los enlaces de hidrógeno, y la proteína se
despliega .
Agentes o procesos que
desnaturalizan a las proteínas Descripción
Concentración salina La unión de iones salinos a los grupos ionizables de una
proteína , disminuye la interacción entre los grupos de carga
opuesta sobre la molécula proteica , formando un precipitado.
Iones metálicos pesados
Los metales pesados como el Mercurio y el plomo afectan de
diversas maneras a la proteína. Pueden romper los puentes
salinos al formar enlaces iónicos con los grupos e carga
negativa. Pueden formar enlaces con los grupos sulfhidrilos.
Entre otros.
Agresión mecánica Las acciones de agitación y trituración rompen el delicado
equilibrio de fuerzas que mantienen la estructura proteica .
Profesor Cristian Omar Alvarez De La Cruz
20n: Donde “n” es la cantidad de aa. Representa las posibles
combinaciones de secuencias que podemos llegar a formar.
Si por ejemplo te dijera tu maestro que escribas todos los
péptidos que se pueden formar con la combinación de 4
aminoácidos, sería: 204= 160,000 combinaciones diferentes o
péptidos diferentes.
Sin embargo sólo una fracción de estos es estable.
Profesor Cristian Omar Alvarez De La Cruz
Profesor Cristian Omar Alvarez De La Cruz
Si quieres ver un resumen general explicado de todo lo
concerniente al tema de proteínas te dejo el siguiente enlace.
Está son 11 videos muy didácticos que te ayudaran a entender y
razonar los temas de una forma sencilla y completa.
http://www.biorom.uma.es/contenido/UPV_EHU/cibert.htm http://ocw.unican.es/ciencias-de-la-salud/bioquimica-estructural-y-
metabolica/ma http://oregonstate.edu/instruct/bb350/
Lehninger Principios de Bioquímica por David L. Nelson and M. Cox. Quita Edición Bioquímica. Por Richard Harvey y Denise Ferrier. Quinta edición. Editorial Lippincotts. Bioquímica Humana Texto y atlas de Koolman – Roehm. Editorial Panamericana, 4ta Edición. Bioquímica Ilustrada de Harper. Editorial Lange. 28ª Ed¡dición. Bioquímica Conceptos esenciales de Feduchi. Editorial Panamericana. Bioquímica “La base molecular de la vida” de Trudy y James Mckee. Editorial McGrawHill.
Tercera edición. BiochemIstry of R.H. Garrett and C.M.Grisham. Third Edition. Fundamentals of Biochemistry of Voet. Fourt edition. Biochemistry of Campbell and Farrell.
