Aminoácidos y proteínas

AminoácidosSon estructuras químicas con un grupo amino y otro carboxilo como mínimo.Son estructuras cuaternarias con C, H, O y N. Pueden poseer además azufre.Existen más de 300 de ellos en la naturaleza, pero las proteínas se generan a partir de únicamente 22 de ellos. Diez de los aminoácidos deben estar contenidos en la alimentación por cuanto no se sintetizan en el organismo y se les denomina esenciales.

R – CH – COOH

!

NH2

Aminoácidos esenciales

La clasificación vigente, disminuye importancia nutricional de aa. no esenciales

Esencialidad otorgada a 8-10 aminoácidos, ade-más a algunos ácidos grasos, minerales y vitami-nas, recayendo toda su presencia en la dieta diaria.

El hombre posee la habilidad necesaria para trans-formar aa y ác. grasos esenciales en otros no esenciales pero igualmente necesarios.

aminoácidos esenciales y no aminoácidos esenciales y no esencialesesenciales

MetioninaMetionina

ValinaValina

LeucinaLeucina

IsoleucinaIsoleucina

FenilalaninaFenilalanina

TriptofanoTriptofano

Treonina Treonina

LisinaLisina

GlicinaGlicinaAlaninaAlaninaTirosinaTirosinaAsparticoAsparticoAsparraginaAsparraginaGlutámicoGlutámicoGlutaminaGlutaminaHistidinaHistidinaProlinaProlinaHidroxiprolinaHidroxiprolinaCistinaCistinaCisteinaCisteina

Importancia especial de los aa no esenciales

Síntesis de proteínas y aminoácidos no esenciales.Metabolismo intermediario.Ciclos de Krebs y de la Úrea.Proceso gluconeogenético.Formación de heme, colina, etanolamina, ATP, ADN-ARN, aminas biógenas y otros metabolitos.

Por ello deben obligatoriamente sintetizarse.

Clasificación de aminoácidos

Aminoácidos hidrofóbicos.Se ubican en el interior de las proteínas.La glicina por ser pequeña se acomoda a todas la curvas proteicas.Glicina rica en el colágeno.

Cadenas laterales alifáticas

H-CH-COOH

NH3

CH-CH-COOH

NH3

CH3

CH3

CH-CH2-CH-COOH

NH3

CH3

CH3

CH-CH-COOH

NH3

CH3

CH3

CH2

Glicina

Alanina

Valina

Leucina

Isoleucina

NH3

CH3-CH-COOH

Clasificación de aminoácidosLos hidroxilados son hidrofílicos, fosforilables y ocupan la superficie proteica.

La serina se encuentra en el sitio activo de muchas enzimas, no así la treonina

Los aminoácidos azufrados, participan frecuentemente de los enlaces interproteínas que mantienen estructuras terciarias y cuaternarias.

La metionina inicia la síntesis de las proteínas.

NH3

CH2-CH-COOH

OH

NH3 OH

CH3-CH-CH-COOH

Serina

Treonina

NH3

CH2-CH-COOH

SH

NH3

CH2-CH-COOHCH2-

S-CH3

Cisteina

Metionina

Aminoácidos hidroxilados

Aminoácidos azufrados

Clasificación de aminoácidos

Al ser dicarboxílicos proporcionan cargas eléctricas negativas a las proteínas en solución. Además generan proteinatos al reaccionar con cationes.Sostienen, por participar de los enlaces, la estructura secundaria, terciaria y cuaternaria de la proteína.El glutamato y la glutamina son neurotrasmisores abundantes.

Con grupos ácidos o sus amidas

NH3

COOH-CH2-CH-COOH

NH3

NH2-CO-CH2-CH-COOH

NH3

COOH-CH2-CH2-CH-COOH

NH3

NH2-CO-CH2-CH2-CH-COOH

Ac.aspártico

Asparragina

Ac.glutámico

Glutamina

Clasificación de aminoácidos

Proporcionan cargas positivas a las proteínas.Participan de los enlaces de hidrógeno y mantienen la estructura secundaria, terciaria y cuaternaria de la proteína.La Histidina se encuentra en los sitios activos de las enzimas.La arginina es necesaria en la síntesis de úrea.

Con grupos básicos

NH3

NH-CH2-CH2-CH2-CH-COOH

C=NH2

NH2

Arginina

NH3

NH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH-COOHLisina

NH3

-CH2-CH-COOH

NH N Histidina

Clasificación de aminoácidos

Contienen grupo aromáticos, que le confieren carácter hidrofóbico.Se sitúan en el interior de la proteína.Estos aminoácidos dan color a las proteínas.El triptofano es precursor de la niacina.La prolina es rica en el colágeno.

NH3

CH2-CH-COOH

NH3

CH2-CH-COOHOH-

NH3

CH2-CH-COOH Fenilalanina

Tirosina

Triptofano

NHCOOH

Prolina

Con anillos aromáticos

Anillo no aromático: Iminoácido

Cargas eléctricas de los aminoácidos

Los aminoácidos pueden tener carga positiva, negativa o cero.La ionización del carboxilo produce cargas negativas, la captura del protón por parte del grupo amino produce una carga positiva.

A un pH biológico entre 7 y 7,4 los grupos carboxilo son predominantemente COO- y los grupos amino existen como NH3+La carga neta es la suma algebraica de grupos negativos y positivos del aminoácido.

HNHRNHR

HCOORCOOHR

23

pH isoeléctrico de un aminoácido

Es el pH en el cual el aminoácido presenta cargas positivas y negativas iguales.

Desde un punto de vista práctico resulta de obtener la media entre las

constantes de disociación del carboxilo y del grupo amonio.

CH3-CH-COO-

NH3+

pK1 R-COO- 2,35

pK2 R-NH3+ 9,69

02,6269,935,2

221 pKpKpI

Propiedades características de cada aminoácido

Muchas de las características físicas y químicas de los aminoácidos dependen de la estructura del grupo R anexo a su carbono alfa.

Grupos tan pequeños como el de la Glicina permiten su presencia en lugares poco accesibles de una estructura proteica.Grupos aromáticos como el de la Tirosina permiten absorción de la luz UV y su medida por procedimientos espectrofotométricos.Grupos básicos o ácidos permiten la formación de enlaces (de hidrógeno) con los de otros compuestos.

CH3-CH-COO-

NH3+

CH=carbono alfa

CH3=grupo R

Aminoácidos y su centro asimétrico

Casi todos los aminoácidos tienen un centro asimétrico (menos la glicina). Debido al carbono alfa, que tiene cuatro sustituciones distintas.Este genera configurciones L y D. Los L-aminoácidos son los propios de los mamíferos.

Configuración L Configuración D

CromatografíaProcedimiento de elección para separar e identificar aminoácidos.Se basa en:

partición por solventes.adsorción por el soporte.

Dos elementos básicos en la separación:soporte: papel, sílica gel, resinas.solvente: mezcla de solventes orgánicos y agua.

Diferenciación de acuerdo al Rf

Visualización:coloreado: ninhidrina.fluorescencia : fluorescamina.lectura UV.

solventeelporalcanzadadistanciaaaelporalcanzadadistanciaRf ....

....

Separación de aminoácidos...

Cromatografía de exclusión molecular.Cromatografía líquida de alta presión.

Tiempo (min)

Flu

ores

cen

cia

Lecho Proteína Proteína

Poroso Pequeña Grande

Proteínas

Estructura química formada por la unión de aminoácidos mediante diversas formas de enlace.

Se considera :oligopéptidos: de 2 a 10 aminoácidos.

polipéptidos de 10 a 100 aminoácidos.

proteínas : más de 100 aminoácidos.

Clasificación:Por su forma: globulares y fibrosas.

Por su solubilidad: albúminas (solubles en agua) y globulinas (solubles en soluciones salinas diluidas).

Por su composición: simples (sólo aminoácidos), compuestas. (glucoproteínas, lipoproteínas, metaloproteínas ).

Por su densidad: lipoproteínas: LDL,HDL,VLDL .

Por su carga: a pH fisiológico ácidas y básicas.

Enlaces covalentesPeptídicos y disulfuroEl peptídico es el más importantes de la estructura polipeptídica. Aún el más simple tiene carácter de doble y mantiene la rigidez y además la solidez de la proteína.Genéranse entre el alfa carboxilo de un aminoácido y el alfa amino de otro con eliminación de molécula de agua.La reacción química más importante en el campo clínico - la de Biuret- radica en la presencia del enlace peptídico. El enlace disulfuro se genera por la presencia de radicales -SH de la cisteína, formando uniones disulfuro entre porciones de una misma cadena y entre dos cadenas.Participa de la solidez de la estructura y aún permite la unión de dos polipéptidos como en el caso de la insulina.

Enlaces no covalentes e interacciones

Como su nombre indica no son enlaces reales sino fuerzas de atracción entre grupos de átomos.

El enlace de H se genera por atracción entre el núcleo de H+ (positivo) y el par de electrones no compartidos de otro átomo. En el caso de una proteína es un oxígeno de otro aminoácido.

El enlace hidrofóbico se genera por la semejanza estruc-tural entre dos aminoácidos (aromáticos, alifáticos ?).

El enlace iónico se genera entre carboxilos libres y amo-nios libres de aminoácidos dicarboxílicos y diamínicos.

Enlaces no covalentes...

CH2

!

O-H

H2N O

C

CH

CH3 CH3

CH3

(CH2)4

!

NH3+

O-

C

O

Enlace de

Hidrógeno

Enlace

Hidrofóbico

Enlace

Hidrofóbico Enlace

iónico

Estructura proteica: estructura primaria

La conformación nativa de una proteína se define como la estructura tridimensional que es biológicamente activa. Se mantiene sobre la base de los enlaces covalentes y no covalentes anteriormente explicados.

La estructura primaria está definida por la secuencia de aminoácidos unidos por los enlaces peptídicos.

Su carácter de doble enlace fija una estructura rígida, incapaz de girar sobre su eje, y el movimiento se trasmite a los enlaces del carbono alfa. Esto mantiene una estructura fija coplanar (en un mismo plano).

CO CH NH CO

CH NH CO CH NH

R

R

RLibre

Rígido

Secuencia de aa. en las proteínas

La estructura primaria de una proteína está dada por la secuencia de aminoácidos.Los pasos del estudio de esta secuencia son:

Composición de polipéptidos por hidrólisis y cromatografía.Aminoácido N terminal, con DNPB y aa. C terminal con Hidrazina.Ruptura en pequeños fragmentos con tripsina, quimo tripsina, bromuro de cianógeno.Reconstrucción de la secuencia.

insulinaCadena A

Cadena B Aminoácidos de la insulina

Insulina de varios orígenes.....

Origen A8 A9 A10 B30Humano Thr Ser Ile Thr

Vaca Ala Ser Val AlaCerdo Thr Ser Ile Ala

Carnero Ala Gly Val AlaCaballo Thr Gly Ile AlaPerro Thr Ser Ile AlaPollo His Asn Thr AlaPato Glu Asn Pro Thr

Estructura secundaria

Las rotaciones permitidas en el esqueleto del polipéptido generan una estructura repetitiva denominada secundaria, la cual puede ser:

alfa helicoidal

estructura beta u hoja plegada

Esta estructura es mantenida por los puentes de hidrógeno de la pro-teína. En el alfa hélix los puentes son intracatenarios y en la estructura beta intercatenarios.

Alfa hélice de las proteínas

La doble ligadura virtual, del enlace peptídico limita las conformaciones de una cadena obligando al giro alrededor de un eje (alfa hé-lice).

Sus medidas son:3,6 residuos / giro

0,54 nm / giro

0,15 nm /átomo equivalente

Estructura secundaria de las proteínas

La hélice alfa es la posición más estable para los ami-noácidos.

Se estabiliza por puentes de hidrógeno entre el H+ de un NH3+ y el O= de un COO- del cuarto residuo anterior.

Hoja plegada de las proteínas

La conformación beta o de hoja plegada se presenta en algunas proteínas o en alguna porción de ellas.La estructura es estabi-lizada por puentes de hidrógeno entre varias cadenas.Puede ser paralela y antiparalela.

Estructura terciaria y cuaternaria

La estructura terciaria se refiere a la disposición tridimensional de la cadena polipeptídica en una proteína, permitiendo la disposición globular o fibrosa de la misma.La mantienen todos los enlaces no covalentes y aún el enlace disulfuro.La interacción proviene de aminoácidos que pueden estar alejados en la secuencia pero cerca en la disposición tridimensional.La proteína está plegada de forma tal que los grupos hidrofílicos ocupan el exterior de la misma y los hidrofóbicos el interior.

La estructura cuaternaria se produce en aquellas proteínas que tienen dos o más cadenas polipeptídicas, las que se estabilizan por enlaces no covalentes.

Estructura terciaria de la Hemoglobina

Tanto la Hys F8 como la Hys E7 sostienen el grupo Hem de la Hemoglobina

Ése a su vez sostiene al Fe

Estructura cuaternaria de la Hemoglobina

Las cuatro cadenas (dos alfa y dos beta) se acomodan, creando una estructura globular con cuatro bolsillos.

Otras proteínas …..

PROTEINA G TRANSDUCTINA

PORINA ESPECIFICA PARA LA SUCROSA

APOLIPOPROTEINA HUMANA A1

Figure 6-6 Ion exchange

chromatography using stepwise elution.

Pag

e 13

4

Figure 6-9 Gel filtration chromatography.

Pag

e 13

7

Figure 6-16 Experimental

arrangement for paper chromatography.

Pag

e 14

3

Figure 6-18 Paper electrophoresis.

Pag

e 14

5

Figure 6-32 Isopycnic ultracentrifugation.

Pag

e 15

5

Figure 6-30 Zonal ultracentrifugation.

Pag

e 15

4