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proteinas
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Estructura y clasificación de aminoácidos
Propiedades ácido-base de los aminoácidos
El enlace peptídico, estructura y propiedades
Niveles estructurales de las proteínas (primaria,
secundaria, terciaria y cuaternaria)
Fuerzas de estabilización de las estructuras
secundaria, terciaria y cuaternaria
Función de las proteínas: estructural y reguladoras
(enzimas y hormonas)
La clave de la estructura de los miles de
proteínas diferentes, se encuentra en unas
subunidades monoméricas simples.
Todas las proteínas están construidas a partir
del mismo conjunto de 20 aminoácidos
unidos de forma covalente en secuencias
lineales características.
Proteína de la leche
Plumas
Cuernos de rinoceronte
20
aminoácidos
estándar
Telarañas
Enzimas Hormonas
Transportadores
Antibióticos
Anticuerpos
Venenos de hongos
Cristalino del ojo
Los 20 aminoácidos son -aminoácidos
Átomo de carbono
Grupo carboxilo
Átomo de hidrógeno
Grupo de cadena lateral
Grupo amino
SEMEJANZAS
• Grupo amino –NH2
• Grupo carboxilo –COOH • Hidrógeno • Carbono α
DIFERENCIAS
• El grupo R es el que diferencia a los aminoácidos entre sí.
Varían en estructura, tamaño y carga eléctrica, lo que influye en su grado de solubilidad en agua.
La mayoría de los -
Aminoácidos son Quirales • En todos los aminoácidos estándar excepto la glicina, el
carbono está unido a cuatro grupos diferentes y es
tetraédrico.
• El átomo de carbono es por lo tanto un centro quiral, por
consiguiente los aminoácidos pueden aparecer en forma
de 2 estereoisómeros.
Se pueden presentar en
forma L y D de acuerdo
a la posición del grupo
amino.
*Los aminoácidos L son
los más abundantes en
las proteínas.
AMINOÁCIDOS ESTÁNDAR
OTROS AMINOÁCIDOS
Son muchos pero se encuentran con menor frecuencia
A LOS AMINOÁCIDOS ESTÁNDAR SE LES HA ASIGNADO ABREVIATURAS DE
TRES LETRAS Y SÍMBOLOS DE UNA LETRA, QUE SE UTILIZAN PARA INDICAR
DE UNA MANERA ABREVIADA LA COMPOSICIÓN Y SECUENCIA DE
AMINOÁCIDOS POLIMERIZADOS EN LAS PROTEÍNAS.
El código de tres letras consiste generalmente en las tres primeras letras del nombre del aminoácido
• Los aminoácidos estándar pueden agruparse
en 5 grupos básicos en función de los
sustituyentes en R:
• Apolares, alifáticos (7)
• Aromáticos (3)
• Polares, sin carga (5)
• Cargados Positivamente (3)
• Cargados Negativamente (2)
Las cadenas laterales
de este grupo son
Hidrofóbicas
Las cadenas laterales de estos aa absorben luz UV a 270-280 nm
Las cadenas laterales de estos
a.a. pueden formar enlaces H.
La cisteína puede formar
enlaces disulfuro
Convenciones para identificar los carbonos
dentro de un aminoácido
1. Una práctica, numerando a partir del C-1
2. Los carbonos adicionales de un grupo R se
designan comúnmente , , , , etc. empezando
siempre a partir del carbono
Son aminoácidos modificados a partir de los aa. estándar.
• Derivado de la prolina. Se encuentra en paredes celulares de plantas y en el colágeno
4-hidroxiprolina
• Derivada de la lisina, se encuentra en el colágeno
5-hidroxilisina
•Constituyente de la miosina, una proteína
contráctil del músculo
6-N-metil-lisina
• Está en la proteína protombina que interviene en la coagulación de la sangre
-carboxiglutamato
• Es un derivado de 4 residuos diferentes de Lys y se encuentra en la proteína fibrosa elastina
desmosina
• Proviene de la serina; se encuentra en unas pocas proteínas
selenocisteína
•Son intermediarios CLAVE (metabolitos) en la
biosíntesis de la arginina y en el ciclo de la
urea.
Ornitina
• NO SE ENCUENTRAN EN PROTEÍNAS
Citrulina
MODIFICACIONES REVERSIBLES DE
AMINOÁCIDOS IMPLICADAS EN LA
REGULACIÓN DE LA ACTIVIDAD DE
PROTEÍNAS
Son aminoácidos modificados a partir de los
aa. estándar.
No son incorporados por los ribosomas
Se generan por modificaciones posteriores a la
traducción de las proteínas
De las modificaciones reversibles, la fosforilación
es importante en la regulación y señalización
Ionización de los Aminoácidos
Los grupos carboxilo y amino de los aminoácidos junto con los grupos ionizables R de algunos aminoácidos, actúan como ácidos y bases débiles.
A pH neutro, el grupo carboxilo está desprotonado y el grupo amino está protonado. La carga neta es cero; estos iones se denominan Zwitterions
Las sustancias con esta naturaleza dual (ácido-base) son anfóteras y se les llama anfolitos.
*La estructura real del aminoácido es iónica y depende
del pH
Grupo carboxílico
pierde un protón
El grupo amino se protona
A esta estructura se le denomia Ión dipolar o
Zwitterión
Carboxilato
Ión amonio *La estructura real del aminoácido es iónica y depende
del pH
Estructura neutra Ión dipolar
Componente minoritario Componente mayoritario
A pH neutro
Donador protones
Aceptor protones
• Un -aminoácido sencillo monoamínico y monocarboxílico como la alanina (Ala), es un
ácido diprótico cuando está totalmente
protonado; tiene dos grupos, el grupo -COOH y
el grupo –NH3+ , que pueden liberar protones:
CARGA
NETA
La titulación ácido-base implica
la adición o eliminación gradual
de protones.
Curva de titulación de 0.1M de glicina
A pH muy bajo, la especie iónica
predominante de la glicina es A,
o sea, la forma totalmente protonada
A B C En el punto medio de la primera etapa
de la titulación, el grupo –COOH de la
la glicina pierde su protón y se encuentran
concentraciones equimolares del dador
de protones (A) y del aceptor de protones
(B). En el punto medio de cualquier titulación
el pH es igual al pKa (pK1) ; para la glicina
el pH=2.34
A medida que avanza la titulación se
Alcanza otro punto importante a pH 5.97 aquí hay otro punto de inflexión en el que
la eliminación del primer protón es casi
completa y se ha iniciado la del segundo.
A este pH la glicina se encuentra como
ión dipolar (zwitterion)
La segunda etapa de la titulación corresponde
a la eliminación de un protón del grupo –NH3+
de la glicina; el pH en el punto medio de esta
etapa es 9.60 igual al pKa (pK2) del grupo –NH3+
La titulación es prácticamente completa a pH12
En donde la forma predominante es (C)
En solución ácida –COO-
se protona y se obtiene –COOH= carga total positiva
Al aumentar el pH el grupo –
COOH pierde su proton a pH=2
pKa1 (primera constante de disociación)
Sigue aumentando el pH y el –NH3
+ pierde su protón a pH entre 9 y 10
pKa2, por encima de este pH tiene una
carga total negativa
1. Da una medida cuantitativa del pKa de cada uno de los grupos ionizables:
2.34 para el –COOH
9.36 para el –NH3+
2. La glicina tiene 2 regiones con capacidad amortiguadora
3. Hay una relación entre su carga eléctrica neta y el pH de la disolución.
DE LA CURVA DE TITULACIÓN DE LA GLICINA, SE PUEDE DEDUCIR LO SIGUIENTE:
• Las formas Zwitterion predominan a valores de pH entre los valores de
pKa de los grupos amino y carboxilo.
• El pH característico en donde la carga neta es cero, se denomina punto
isoeléctrico o pH isoeléctrico, designado como pI
• Para aminoácidos sin cadenas laterales (R) ionizables, el punto
isoeléctrico (punto de equivalencia, pI) es
• En este punto,
– AA es menos soluble en agua
– AA no migra en un campo eléctrico
2
21 pKpKpI
Efecto del entorno químico en el pKa
Grupos amino y carboxilo
simples sustituidos por metil
Grupos amino y carboxilo
en la glicina
Los valores de pKa para los grupos ionizables en la Gli son menores que los
econtrados en los grupos amino y carboxilos sustituídos por un grupo metilo.
Estas perturbaciones a la baja del pKa se deben a interacciones intramoleculares. Efectos similares pueden ser causados por grupos químicos que se posicionan cerca
de , por ejemplo, el sitio activo de una enzima.
El ambiente químico afecta los
valores de pKa
El grupo -carboxi es mucho más acídico que en
los ácidos carboxílicos
El grupo -amino es ligeramente menos básico
que en las aminas
AA con cadenas laterales ionizables pueden
aparecer en las curvas de titulación
AA con cadenas laterales ionizables pueden
aparecer en las curvas de titulación
• Las cadenas laterales ionizables (R) también
son titulables
• Las curvas de titulación son más complejas, con
tres etapas correspondientes a los tres pasos de
ionización posibles
¿Por qué el valor de pKa de la cadena lateral
(R) es mucho más alto?
Calcule el pI del glutamato y de la histidina
¿Cómo se calcula el pI cuando
la cadena lateral (R) es ionizable?
• Identifique las especies que tienen carga neta= 0
• Identifique el valor de pKa que define la fuerza
acídica de este zwitterion: (pK2)
• Identifique el valor de pKa que define la fuerza
base de este zwitterion: (pKR)
• Obtenga el promedio de estos dos valores de pKa
Estructura y clasificación de aminoácidos
Propiedades ácido-base de los aminoácidos
El enlace peptídico, estructura y propiedades
Niveles estructurales de las proteínas (primaria,
secundaria, terciaria y cuaternaria)
Fuerzas de estabilización de las estructuras
secundaria, terciaria y cuaternaria
Función de las proteínas: estructural y reguladoras
(enzimas y hormonas)
Enlace ENLACE amida sustituido = PEPTÍDICO
DIPÉPTIDO
AA 1
AA 2
AA 3
TRIPÉPTIDO
AA 1
AA 2
AA3
AA 4
TETRAPÉPTIDO
AA 1
AA 2
AA3
AA 4
AA 5
PENTAPÉPTIDO
O
L
I
G
O
P
É
P
T
I
D
O
S
AA 4
AA 3
AA 1
AA 2
AA 5
AA 7
AA 1
AA 6
. AA n
POLIPÉPTIDO
PROTEÍNA
4-10 AA
1. Se comienza por el extremo amino o N-terminal.
2. A los residuos de los aminoácidos implicados se le añade el sufijo –il de los grupos acilo.
3. El nombre del último aminoácido se mantiene igual.
ESTRUCTURA DE UN PENTAPÉPTIDO
Extremo
carboxilo
Terminal
o
C-terminal
Extremo amino
Terminal
o
N-terminal Serilglicil tirosilalanil-leucina
Ser-Gly- Tyr-Ala-Leu
SGYAL
Los péptidos pueden distinguirse por
su comportamiento de ionización
Alanilglutamilglicil-lisina
Tetrapéptido
-un grupo -amino libre
- un grupo -carboxilo libre
- dos grupos R ionizables
Al igual que los aa, los péptidos
Tienen curvas de titulación características
pH isoeléctricos (pI) característicos
No se puede hacer una generalización entre las masas moleculares
de los péptidos y proteínas biológicamente activos en relación
con su función.
La longitud de los péptidos naturales varía desde 2 aa y muchos miles
de residuos.
Aún los péptidos más pequeños pueden tener funciones biológicas
importantes.
Dipéptido sintético comercial.
Es un edulcorante artificial conocido
Como aspartame o Nutrasweet.
Péptidos
Neuro-péptidos
Hormonas y
feromonas
Protección
(toxinas)
Antibióticos
Insulina
Oxitocina
Péptido sexual
Sustancia P (mediador del dolor)
Polimixín B (para bacterias
Gram -)
Bacitracín (para bacterias
Gram +)
Amanitina-- en hongos o setas
Conotoxina--en concha del caracol
Clorotoxina—en escorpiones
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