ProteínasProteínas

Aminoácidos P i P tPrimera Parte

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Introducción a proteínasIntroducción a proteínasLas proteínas están constituidas básicamente ppor unidades elementales (monómeros) denominadas aminoácidos.

Hay 20 aminoácidos diferentes, implicados en la formación de las proteínas, conocidos

l i á id tá dcomo los aminoácidos estándares.

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Los α-aminoacidosLos α aminoacidos

ESQUELETO DIFERENCIAL

ESQUELETO COMUNO

GRUPO CARBOXILOCCH

ROH

GRUPO α-CARBOXILO

CARBONO α

CADENA LATERAL

NH2GRUPO α-AMINO

CARBONO α

3

O OO

NH2CH OH

CCH

NH

CH2OH

CH OH

H

CH2

CH2CH2

Como se ha indicado, estos aspectos estructurales sont d l i á id l ió d l

Glicina (Gly) Prolina (Pro)

comunes a todos los aminoácidos, con la excepción de laglicina, que tiene un hidrógeno unido al carbono α, y de laprolina, que es propiamente un iminoácido, no un aminoácido.

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Estereoquímica de los aminoácidosEstereoquímica de los aminoácidos

COOHCHO

HH N

COOH

HHO

CHO

HH2N

CH2OH

HHO

CH OHL-Gliceraldehido (monosacárido) L-Serina (α-aminoácido)

CH2OHCH2OH

Todos los aminoácidos, con la excepción de la glicina, que tienen uncarbono α asimétrico (quiral), pueden existir en principio en dos formasestereoquímicas, la forma L y la forma D.

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Salvo contadas excepciones, todos losp ,aminoácidos constituyentes de las proteínaspresentan configuración L. (α-L-aminoacidos.)

De aquí que omitiremos la designación deisómero óptico en nuestra discusión de lasisómero óptico en nuestra discusión de lasproteínas, puesto que siempre se supondráque se trata del isómero “L” a menos quei di l t iindique lo contrario.

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Clasificación de los aminoácidosClasificación de los aminoácidos

Desde el punto de vista nutricional:Aminoácidos esenciales, aquellos aminoácidos queno pueden ser sintetizados por el organismo a lano pueden ser sintetizados por el organismo a lavelocidad y en la cantidad requerida y deben sersuministrados por la dieta.Aminoácidos no esenciales aquellos aminoácidosAminoácidos no esenciales, aquellos aminoácidosque son sintetizados por el organismo

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Cuando un alimentocontiene proteínas contodos los aminoácidosesenciales, se dice quecontiene proteínas dealta calidad o de buenacalidad.

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Los aminoácidos se pueden clasificar de acuerdo a suLos aminoácidos se pueden clasificar de acuerdo a sucadena lateral en: polar o no polar.

A su vez los aminoácidos polares pueden subdividirseA su vez los aminoácidos polares pueden subdividirsede acuerdo a los grupos funcionales que presentan ensu cadena lateral polar como: Acidos, Básicos yNeutros.

AminoácidosSegún cadena

lateral

APOLAR

HIDRÓFOBOS

POLAR

HIDROFÍLICOS

ÁCIDOSBASICOSNEUTROS

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A -Aminoácidos cadena lateral apolarA. Aminoácidos cadena lateral apolar

Serán aquellos que contienen en su grupo R:Serán aquellos que contienen en su grupo R:

1 - Hidrógeno1.- HidrógenoO

NH NH2CH OH

H

Glicina (Gly)

H

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2. Cadena hidrocarbonada ciclada con el grupo2. Cadena hidrocarbonada ciclada con el grupo α-amino

O

CCH

NH

CH2OH

CH2

CH2CH2

Prolina (Pro)

11

3. Cadena hidrocarbonada3. Cadena hidrocarbonada

OCH3

CCH

CHCH3 OH

NH2

Valina (Val)

12

4. Cadena aromática4. Cadena aromática

O

CH2

NH2

OH

Tirosina (Tyr)

2OH

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B.-Aminoácidos cadena lateral polar básica

Serán aquellos que contienen en su grupo R:Serán aquellos que contienen en su grupo R:

1 Otro grupo amino1. Otro grupo aminoO

NH2

NH2CH2

CH2CH2CH2 OH

NH2

Lisina (Lys)

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C.- Aminoácidos cadena lateral polar ácida

Serán aquellos que contienen en su grupo R:Serán aquellos que contienen en su grupo R:

1 Otro grupo carboxilo1. Otro grupo carboxilo

O O

CCH2

CH2OHOH

NH2

Acido Glutámico (Glu)

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D.- Aminoácidos cadena lateral polar neutra

Serán aquellos que contienen en su grupo R:Serán aquellos que contienen en su grupo R:

1 Cadena con grupo amida1. Cadena con grupo amida

ONH2

CO

CH2CH2 OH

Glutamina (Gln)

NH2

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( )

2. Cadena con grupo hidroxilo

OCH3

CHOH OH

NH2

Treonina (Thr)

17

( )

3. Cadena con grupo sulfhidrilo

O

SHCH2

OH

NH2

18Cisteína (Cys)

4. Cadena con grupo tioéter

O

CH

NH2

S CH2CH2CH3 OH

Metionina (Met)

NH2

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ProteínasProteínas

Aminoácidos S d P tSegunda Parte

20

PROPIEDADES ÁCIDO-BASE DE ÁLOS AMINOÁCIDOS

El grupo ácido carboxílico (COOH) es un ácido, porg p ( ) , plo tanto, presenta dos formas las cuales dependendel pH de la solución donde se encuentran.

R COOH H+ R COO

-+

Forma ácida Forma básica

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El grupo amino (NH2) es una base, por lo tanto,g p ( 2) , p ,presenta dos formas las cuales dependen del pH dela solución donde se encuentran.

R NH2H+R NH3

++

Forma ácida Forma básica

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Si analizamos a los aminoácidos observamos que:

a) Cuando un aminoácido está en una solucióncuyo pH es inferior a 2, el grupo α-carboxilo está

f á id ( i ) l ien su forma ácida (sin carga) y el grupo α-aminoestá en su forma ácida (con carga +1). Elaminoácido encuentra principalmente como laespecie Protonada (carga neta positiva)especie Protonada (carga neta positiva)

O

CCH

ROH

23NH3

+

b) Cuando un aminoácido está en una soluciónH i 9 l b ilcuyo pH es superior a 9, el grupo α-carboxilo

está en su forma básica (con carga -1) y el grupoα-amino está en su forma básica (sin carga). Elaminoácido se encuentra preferentemente comoaminoácido se encuentra preferentemente comola especie No-Protonada (carga neta negativa)

C

O

R CCH

RO

-

24NH2

c) Hay un valor de pH, característico para cada) y p , paminoácido, en el cual la disociación de cargaspositivas y negativas se iguala y, por lo tanto, lacarga total del aminoácido es nula el aminoácidocarga total del aminoácido es nula, el aminoácidose encuentra como la especie Zwitterion. A estevalor de pH se le denomina punto isoeléctrico( )(pI).

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PROPIEDADES ÁCIDO-BASE DE ÁLOS AMINOÁCIDOS

Caso 1: Aminoácido con cadena lateral Apolar o Polar Neutra (cadena lateral no ionizable)

O

OHNH3

+O

O-NH3

+O

O-NH2pKa1=2,34 pKa2=9,69

CH3 CH3 CH3

Carga +1 Carga -1Carga 0

pH<pKa1 pH>pKa2pH=pI

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PROPIEDADES ÁCIDO-BASE DE ÁLOS AMINOÁCIDOS

Caso 2: Aminoácido con cadena lateral Polar Ácida (cadena lateral ionizable)

O

OHNH3

+

OH

O

O-NH3

+

OH

O

O-NH3

+

O-

O

O-NH2

O-

pKa1=1,88 pKaR=3,65 pKa2=9.60

O

OH

O

OH

O

O

O

O

Carga +1

pH<pKa1

Carga -1

pKaR<pH<pKa2

Carga -2

pH>pKa2

Carga 0

pH=pI

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PROPIEDADES ÁCIDO-BASE DE ÁLOS AMINOÁCIDOS

Caso 3: Aminoácido con cadena lateral Polar Básica (cadena lateral ionizable)

O O O O

OHNH3

+

O-NH3

+

O-NH2

O-NH2

pKa1=2,18 pKa2=8,95 pKaR=10,53

NH3+

NH3+

NH3+

NH2

Carga +2

pH<pKa1

Carga +1

pKa1<pH<pKa2

Carga -1

pH<pKaR

Carga 0

pH=pI

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Tabla N°3: Nombres abreviados, constantes de acidez y punto isoeléctrico para aminoácidos estándar

Nombre Nombre abreviado pKa1 pKa2 pKaR pI

Acido Aspártico Asp D 1.88 9.60 3.65 2.77

Acido Glutámico Glu E 2.19 9.67 4.25 3.22

Alanina Ala A 2.34 9.69 6.01

Arginina Arg R 2.17 9.04 12.48 10.76Arginina Arg R 2.17 9.04 12.48 10.76

Asparagina Asn N 2.02 8.80 5.51

Cisteína Cys C 1.96 8.18 10.28 5.07

Fenilalanina* Phe F 1.83 9.13 5.48

Glicina Gly G 2 34 9 60 5 97Glicina Gly G 2.34 9.60 5.97

Glutamina Gln Q 2.17 9.13 5.65

Histidina His H 1.82 9.17 6.00 7.59

Isoleucina* Ile I 2.36 9.68 6.02

L i * L L 2 36 9 60 5 98Leucina* Leu L 2.36 9.60 5.98

Lisina* Lys K 2.18 8.95 10.53 9.74

Metionina* Met M 2.28 9.21 5.74

Prolina Pro P 1.99 10.96 6.48

Serina Ser S 2.21 9.15 5.68

Tirosina Tyr Y 2.20 9.11 10.07 5.66

Treonina* Thr T 2.11 9.62 5.87

Triptófano* Trp W 2.38 9.39 5.89

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Valina* Val V 2.32 9.62 5.97

* aminoácidos esenciales para el ser humano

PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOS

Son insolubles en disolventes no polares, y sup , ymoderada solubilidad en agua depende del pH en elque se encuentren. Siendo menos soluble en aguacuando se encuentra como Zwitterion es decircuando se encuentra como Zwitterion, es decir,cuando el pH = pI y más soluble a pH extremos, esdecir, muy ácidos o muy básicos.

A pH fisiológico (pH≈7,4) el grupo α-carboxilo seencuentra desprotonado y el grupo α aminoencuentra desprotonado y el grupo α-aminoprotonado.

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PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOS

Dos moléculas de aminoácidos pueden establecerpenlaces covalentes entre el carbono carboxilo delgrupo α-carboxilo de un aminoácido y el nitrógenodel grupo α-amino de otro. Esta unión, denominag penlace peptídico, corresponde al grupo funcionalamida y se produce con pérdida de agua.

NH C COOH

H

+ NH C COOH

H

NH C C

H

N C COOH

RO

+ OHNH2 C COOH

R

+ NH2 C COOH

R

NH2 C C

R

N C COOH

HH

+ OH2

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Enlace peptídicoEnlace peptídico

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Es posible seguir agregando unidadesEs posible seguir agregando unidadesaminoacídicas con el mismo tipo de uniónpara formar tripéptidos, tetrapéptidos,pentapéptidos, etc.Cada vez que se añade un aminoácido a lacadena, debe eliminarse una molécula deagua. Así la porción de cada aminoácido quepermanece en la cadena se denominapermanece en la cadena se denominaresiduo de aminoácido.

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Cadena PeptídicaCadena PeptídicaToda cadena peptídica tiene un extremo en elp pcual queda un aminoácido con su grupo α-aminolibre; por convención, se considera a éste como elcomienzo de la cadena (se escribe en el extremo(izquierdo) y se le llama extremo amino o residuo N-terminal.

Toda cadena polipeptídica tiene un extremo en elcual queda un aminoácido con su grupo α-carboxilo libre; por convención se considera a éstecarboxilo libre; por convención, se considera a éstecomo el final de la cadena (se escribe en el extremoderecho) y se le llama extremo carboxilo o residuoC terminal

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C-terminal.

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Cuando la cadena polipeptídica tiene 50 unidades dep p paminoácidos, lo cual corresponde a una masamolecular aproximadamente mayor a 6000, lamolécula es considerada una proteína. Por debajo dep jesa masa, se acostumbra a designarlos simplementecomo péptidos.

No hay un límite preciso entre péptidos y proteínas;el valor de 6000 como masa molecular es arbitrario yse ha elegido porque es la masa aproximada dese ha elegido porque es la masa aproximada deinsulina, hormona producida en el páncreas yprimera proteína cuya estructura completa fueconocida con exactitud

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conocida con exactitud.