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DEPARTAMENTO DE BIOQUÍMICAESFUNO EUTM

AMINOÁCIDOS Y

PROTEÍNAS

Biomoléculas

Las moléculas de los sistemas biológicos estan compuestas principalmente por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre y fósforo

El elemento principal es el carbono

La estructura de la molécula está dada por el esqueleto carbonado y por los grupos funcionales que presente

Compuestos alifáticos: cadena lineal, recta o ramificada

Compuestos aromáticos: contienen estructuras cíclicas derivadas del anillo benceno

Biomoléculas

Grupos funcionales en Biomoléculas

Aldehído Cetona Acido carboxílico Éter Ácido anhídrido

Grupo sulfhidrilo Disulfuro Grupo amino Amina cuaternaria

Éster Tioéster Fosfoéster Amida

Alcohol

20 Aminoácidos comunes en proteínas

Aminoácidos Escenciales

Aminoácidos escenciales son aquellos que el organismono puede sintetizar y por lo tanto lo deben adquirir dela dieta

Ejemplo: síntesis de Tirosina a partir de Fenilalanina

Aminoácidos Escenciales

Para el ser Humano:

Escherichia coli puede sintetizar de novo los 20 aa

• Generados por modificaciones post-traduccionales– 4-hidroxiprolina– 5-hidroxilisina– 6-N-metil-lisina– Gama-carboxiglutamato– Fosforilación de resíduos (fosfo-serina)

• Selenocisteína– Atomo de selenio en lugar de azúfre, se adiciona de Post-traduccionalmente de forma controlada

Aminoácidos No-comunes

ESTRUCTURA DE LOS AMINOÁCIDOS

Grupo carboxilo

Carbono α

Cadena Lateral

Grupo amino

Las proteínas tienen L-aminoácidos

El carbono α de los aminoácidos es un carbono quiralpor lo que presenta isomería óptica (enantiómeros)

La gran mayoria de los aminoácidos presentes en las proteínas son de la serie L

Pocos aa de la serie D se han encontrado en péptidos de paredes bacterianas y algunos antibióticos

Propiedades ácido-base

Los aminoácidos son anfóteros: presentan al menos un grupo ácido (carboxilo α) y un grupo básico (amino α)

Grupo básicoAmino-α

Grupo ácidocarboxilo α

Grupo R, característico de cadaaminoácido, puede o no presentar

propiedades ácido-base

α

Propiedades ácido-base de los aminoácidos

Ionización delgrupo carboxiloácido

Ionización delGrupo aminobásico

Propiedades ácido-base

H3N CH C

R

O

O

H2N CH C

R

O

O

H3N CH C

R

OH

O-H+

+H+

-H+

+H+

Ionización

Especie presente en medio

ácido

Especie presente en medio

básico

ZwitteriónIón dipolar

Propiedades ácido-base

Curva de titulaciónej: GlicinaR= H, no-ionizable

PI= Punto Isoeléctrico pH para el cual el aa se encuentra como ion dipolar o zwitterión SIN carga neta

Propiedades ácido-base

PI = pK1 + pK2

2

Carga neta (+) (+; -) (-)

Cálculo del punto isoeléctrico para un aminoácido con grupo R NO-ionizable

Clasificación de los AA

Los aminoácidos se clasifican según la estructura y propiedades químicas de su grupos R

Clasificación según la polaridad del grupo R de cada aa (tendencia de interaccionar con el H2O a pH fisiológico)Los 20 aminoácidos son solubles en H2O

1- alifáticos, no polares

2- polares sin carga

3- aromáticos

4- ácidos (cargados negativamente)

5- básicos (cargados positivamente)

1- Aminoácidos alifáticos, no polares

Grupos R NO-Ionizables, NO interaccionan con el H2O

2- Aminoácidos polares sin carga

Grupos R Ionizables Hidrofílicos Forman enlaces deHidrógeno con el H2O

Los aminoácidos polares interaccionan con otros aminoácidos por medio de enlaces de hidrógeno

2- Aminoácidos polares sin carga

2- Aminoácidos polares sin carga

Cisteína: Además de formar enlaces de hidrógeno con el H2Oes capaz de formar puentes di-sulfuro (enlace covalente) conotra cisteína

3- Aminoácidos aromáticos

Presentan grupos R aromáticos. Son básicamente NO-polares(hidrofóbicos) aunque la Tyr y el Trp pueden formar enlaces de hidrógeno

3- Aminoácidos aromáticos

Triptofano, Tirosina y en menor grado Fenilalanina absorbenluz en la región ultravioleta del espectro (280 nm) propiedadutilizada en bioquímica para el estudio de las proteínas

Los aminoácidos aromáticos establecen interacciones hidrofóbicas.

3- Aminoácidos aromáticos

4- Aminoácidos Ácidos

Presentan grupos R ácidos que se ionizan a pH ácidos (cargados de forma negativa a pH fisiológicos)

5- Aminoácidos básicos

Presentan grupos R básicos que se ionizan a pH básicos (cargados de forma positiva a pH fisiológico)

Son hidrofílicos

Establecen enlaces de hidrógeno e interacciones electrostáticas (iónicas)

Establecen interacciones ión-dipolo con el agua y con otros aminoácidos

Aminoácidos Ácidos y Básicos

Propiedades ácido-base de los aminoácidos

Aminoácidos con grupos R ionizablesEj: Glutamato

Ionización

Propiedades ácido-base de los aminoácidos

(+) (+;-) (-) (-)+1 0 -1 -2

Ión dipolarzwitterión

PI = pK1 + pKR

2

Propiedades ácido-base de los aminoácidos

Punto Isoeléctrico100% del aminoácido enforma de ión dipolar ozwitterión

Histidina

Propiedades ácido-base de los aminoácidos

Carga neta del aminoácido

El pH de la solución determina la carga NETA del aminoácido

pH = pI el aminoácido tiene cargan neta 0pH > pI carga neta negativapH < pI carga neta positiva

pIpH

++++++++ ----------0

Carga del aa

No migra enun campo eléctrico

Migra al polo negativo(cátodo)

Migra al polo positivo(ánodo)

Problema

Dado el aminoácido Lysina y sus respectivos pKs:

pK1 = 2,18pK2 = 8,95pKR = 10,5

- Realice la ionización del aminoácido- Identifique la forma zwitterión- Calcule el pI

Que carga tendrá el aminoácido a pH = 3?y a pH fisiológico?

Enlace Peptídico

Los aminoácidos pueden unirse covalentemente medianteun enlace amida llamado: ENLACE PEPTÍDICO

Grupo carboxiloα de un aa

Grupo aminoα de otro aa

Formación dedipéptido medianteEnlace Peptídico

Propiedades del Enlace Peptídico

Propiedades del enlace:

-Carácter parcial de

doble enlace, Rígido

-Planar

-Configuración CIS/TRANS

Movilidad restrigidade la cadena polipeptídica

- La cadena polipeptídica consiste de una serie de planos rígidos

- La cadena puede plegarse en forma restringida

- La cadena puede rotar en forma restringida (solo unos pocos valores de Ψ y Φ son estéricamente posibles)

Péptidos

Los péptidos son cadenas de aminoácidos unidos por enlacepeptídico

2 amioácidos Dipéptido3 aminoácidos Tripéptido4 amioácidos Tetrapéptido…

Cuando unos pocos aminoácidos forman el péptido se denomina: Oligopéptido

Cuando son varios se denomina: Polipéptido

Las proteínas pueden tener cientos de aminoácidos, el términoPolipéptido/proteína se utiliza de forma similar

Péptidos

Ejemplo de Pentapéptido- 5 aminoácidos, 4 enlaces

• Es un endulcoloranteformado por la unión dedos aminoácidos(Acido aspartico yfenilalanina) unidos porenlace peptídico.Es 200 veces mas dulceque el azúcar de caña (sacarosa)

Péptidos

Ejemplo Dipéptido: Aspartamo

Proteínas

Algunos ejemplos de proteínas y su contenido en aminoácidos

Proteínas

Además de aminoácidos, las proteínas pueden contener diferentes componentes:

Niveles estructurales en una proteína

Primaria Secundaria Tercearia Cuaternaria

Estructura primaria

Secuencia lineal de aminoácidos de una proteína codificada a nivel genético

Contiene la información para el correcto plegado de la proteína en su conformación nativa

• La conformación de una proteína está dada por la posición particular que adoptan los átomos en el espacio tridimensional

• Incluye la estructura secundaria, terciaria y cuaternaria

• En condiciones biológicas existen una o unas pocas conformaciones, las mas estables termodinámicamente

• Las conformaciones funcionales de una proteína se denominan conformaciones nativas

Estructura tridimensional

Estructura secundaria

Representa la conformación local de segmentos de la cadena polipeptídica de acuerdo a su composición aminoacídica

Está estabilizada por la formación de puentes de hidrógeno entre enlaces peptídicos y minimización de repulsión estérica

Ejemplos:

Hélice alfa

Hoja plegada beta

Giro beta

Hélice α

La estructura más simple que puede adoptar una cadena polipeptídica tomando en cuenta la rigidez del enlace peptídico es la estructura en alfa-hélice descrita por Pauling y Corey

Hélice α

Casi ¼ de los residuos de aminoácidos enlas proteínas se disponen en hélice-alfa

La estrucutra se estabiliza mediante laformación de enlaces de hidrógeno mediante el H unido al átomo de N del enlace peptídicoy el oxígeno carbonílico de un cuarto aa

Cada vuelta de hélice (360º) incluye 3,6 aminoácidos

Hoja plegada β

La cadena polipeptídia se extiende de forma de zig-zag

Los enlaces de hidrógeno se dan entre aa enfrentados de cadacadena polipeptídica que conforma la hoja plegada β

Muchas veces conectan dos elementos de estructura secundaria

Giro β

La estructura involucra un giro de 180º con cuatro aa

Los giros β permiten conectar alfa hélices y hojas plegadas β

Son fundamentales en proteínas globulares en donde lascadenas polipeptídicas deben cambiar de dirección

Estructura terciaria

Es el patrón de plegamiento que

adoptan las estructuras secundarias en

el espacio

Importante: responsable de las propiedades biológicas de la proteína

-Estabilizada por interacciones débiles: enlaces de hidrógeno, interacciones iónicas y dipolo-dipolo e interacciones hidrofóbicas entre las cadenas

Estructura terciaria

Estructura cuaternaria

Hemoglobina

Tetrámero

Con estructura cuaternaria

Mioglobina

Monómero

NO tiene estructura cuaternaria

Proteínas globulares

Mioglobina

Proteínas fibrosas

Ej. Filamentos intermedios: α – queratina (cabello)

- Estabilizada por interacciones hidrofóbicas y puentes disulfuro

Plegamiento de proteínas

- Información contenida en la secuencia de aminoácidos (estructura primaria)

Puede requerir proteínas accesorias que proporcionen el entorno adecuado para el plegamiento correcto denominadas

CHAPERONAS y CHAPERONINAS

Plegamiento de proteínas

Problema

La anemia falciforme es una enfermedad cuyo origen genético es una mutación puntual del ácido glutámico por una valina en la cadena beta de la hemoglobina. Dicha mutación hace que la Hb precipite dentro del globuloRojo adquiriendo los mismos una forma de hoz. Estos globulos rojos presentanUna vida media menor en sangre que los globulos normales

Problema

a) Determine el pI para el aminoácido glutamato.

b) ¿Es la sustitución de un glutamato por una valina en la hemoglobina de células falciformes una sustitución conservadora?

c) ¿Qué ocurre con la sustitución de un glutamato por un aspartato?