ProteProte íínas nas Del griego Del griego ““proteiosproteios”” que significa que significa lo primerolo primero ..DefiniciDefinicióón:n:

•• ““ Son polSon pol íímeros de condensacimeros de condensaci óón de n de αα––aminoamino áácidos con cidos con configuraciconfiguraci óón Ln L ””

•• Son molSon molééculas complejas de alta masa molar (Insulina: 6000culas complejas de alta masa molar (Insulina: 6000--Queratina Queratina 20x1020x1066 kDakDa) que contienen C, H, O, N y a veces S y P.) que contienen C, H, O, N y a veces S y P.

•• Tienen gran importancia biolTienen gran importancia biolóógica pues:gica pues:Las estructuras celulares estLas estructuras celulares estáán constituidas por ellas.n constituidas por ellas.Las reacciones quLas reacciones quíímicas que ocurren al interior de las cmicas que ocurren al interior de las céélulaslulasson catalizadas por enzimas que son de naturaleza proteica.son catalizadas por enzimas que son de naturaleza proteica.Cumplen funciones especCumplen funciones especííficas muy diversas en el organismoficas muy diversas en el organismohumano como por ejemplo:humano como por ejemplo:Hemoglobina (transporte de oxigeno)Hemoglobina (transporte de oxigeno)FibrinFibrinóógeno (coagulacigeno (coagulacióón sangun sanguíínea)nea)Anticuerpos (responsables de la inmunidad)Anticuerpos (responsables de la inmunidad)Hormonas (regulan equilibrio funcional)Hormonas (regulan equilibrio funcional)

•• Cada proteCada proteíína tiene una secuencia na tiene una secuencia úúnica de aminonica de aminoáácidoscidos

ClasificaciClasificaci óón de las Proten de las Prote íínasnas1. PROTEINAS NATIVAS1. PROTEINAS NATIVAS

ProteProte íínas Simplesnas Simples (formadas (formadas ssóólo por aminolo por amino áácidoscidos ). Como ejemplos: ). Como ejemplos:

-- AlbAlbúúmina mina

-- Globulinas Globulinas

ProteProte íínas Conjugadasnas Conjugadas (*) (tienen (*) (tienen grupo prostgrupo prost ééticotico ): Como ejemplos:): Como ejemplos:

-- FosfoproteFosfoproteíínasnas

-- HemoproteHemoproteíínasnas

-- NNúúcleoproteinascleoproteinas

2. PROTE2. PROTEÍÍNAS DERIVADASNAS DERIVADAS (modificadas por el hombre)(modificadas por el hombre)

-- AlcaliproteAlcaliproteíínasnas

-- ÁÁcidoprotecidoproteíínasnas

(*) (*) Las proteLas prote íínas conjugadasnas conjugadas ademademáás de su porcis de su porcióón aminoacn aminoacíídica tienen un dica tienen un grupo de grupo de diferente naturalezadiferente naturaleza que se llama que se llama grupo prostgrupo prost ééticotico ..

Ej.: Ej.:

casecaseíína: na: fosfoprotefosfoproteíínana, , grupo prostgrupo prost ééticotico : fosfato.: fosfato.

cromosomascromosomas: : nucleoproteinanucleoproteina, , ggruporupo prostprost ééticotico : : áácido nucleico.cido nucleico.

Estructura de Estructura de αα--aminoamino áácidoscidosLas unidades que forman las proteLas unidades que forman las proteíínas se llaman nas se llaman αα--aminoaminoáácidos y su cidos y su estructura es la siguiente: estructura es la siguiente:

•• Si R Si R ≠≠ H el C H el C αα es asimes asiméétrico y el aminotrico y el aminoáácido tiene actividad cido tiene actividad óóptica.ptica.

EjsEjs::

HH CC

RR

CCOOOOHH

NNHH 22

αααααααα

cadena lateralcadena lateral

H C

CH3

COOH

NH2

H C COOH

NH2

CH3CHCH3

alaninaalanina valinavalina

Estructura de Estructura de αα--aminoamino áácidoscidos

•• Todos los aminoTodos los aminoáácidos naturales tienen configuracicidos naturales tienen configuracióón L:n L:

EjsEjs::

NH2 C H

CH2OH

COOH

NH2 C H

CH(CH3)2

COOH

OH C H

CH2OH

CHO

LL--serinaserina LL--valinavalinaLL--gliceraldehgliceraldeh íídodo

1

2

3

1

2

3

1

2

3

patrpatr óón de comparacin de comparaci óónn

ClasificaciClasificaci óón de Aminon de Amino áácidos (cidos ( aaaa))

I.I. ÁÁcidos.cidos. monoaminomonoamino monocarboxmonocarbox íílicoslicos ((neutrosneutros ))a.a. ÁÁcidos alifcidos alifááticos: ticos: GlicinaGlicina, , alaninaalanina, , valinavalina (*), (*), nornor--leucinaleucina, , leucinaleucina , ,

isoleucinaisoleucina , , serinaserina, , treoninatreonina ..b.b. ÁÁcidos cidos concon nnúúcleos aromcleos aromááticos: ticos: fenilaninafenilanina , tirosina, , tirosina, triptofanotriptofano ..c.c. ÁÁcidos que cidos que contienencontienen azufreazufre: : CisteinaCisteina, cistina, , cistina, metioninametionina ..

II.II. ÁÁcidos cidos monoaminodicarboxmonoaminodicarbox íílicoslicos ((áácidoscidos ))ÁÁcido cido aspaspáárticortico, , áácido cido glutglutáámicomico..

III. III. ÁÁcidos cidos diaminomonocarboxdiaminomonocarbox íílicoslicos ((bbáásicossicos ))Lisina, Lisina, argininaarginina , , histidinahistidina (en ni(en niñños).os).

IV.IV. AminoAminoáácidos con cidos con nnúúcleos heteroccleos heteroc ííclicos.clicos.Prolina, Prolina, hidroxiprolinahidroxiprolina..

Hay 20 aminoHay 20 aminoáácidos naturales conocidos.cidos naturales conocidos.

(*) Los nombres (*) Los nombres en celesteen celeste son los llamados son los llamados aminoamino áácidos esencialescidos esenciales (son 8 y para ni(son 8 y para niññososhistidinahistidina ) los cuales deben proporcionarse en la dieta. Son tambi) los cuales deben proporcionarse en la dieta. Son tambiéén de la serie n de la serie L.L. ..

Abreviaturas de AminoAbreviaturas de Amino áácidoscidos

HisHisHistidina:Histidina:SerSerSerinaSerina

ArgArgArgininaArgininaProProProlinaProlina

LysLysLisinaLisinaTrpTrpTriptofanoTriptofano

GluGluÁÁcido cido glutglutáámicomicoGlnGlnGlutaminaGlutamina

AspAspÁÁcido cido aspaspáárticorticoAsnAsnAsparraginaAsparragina

MetMetMetioninaMetioninaPhePheFenilalaninaFenilalanina

CysCys --CysCysCistinaCistinaIleIleIsoleucinaIsoleucina

CysCysCisteCisteíínanaLeuLeuLeucinaLeucina

HypHypHidroxipolinaHidroxipolinaValValValinaValina

TyrTyrTirosinaTirosinaAlaAlaAlaninaAlanina

ThrThrTreoninaTreoninaGlyGlyGlicinaGlicina

Ion Ion dipolardipolar o o ZwitteriZwitteri óónnTodos los aminoTodos los aminoáácidos al estado de cristal o en solucicidos al estado de cristal o en solucióón acuosa se encuentran n acuosa se encuentran como como ““iióón dipolar"n dipolar"

NH2 C

H

COOH

R

NH3

+C

H

COO

R

NH2 C

H

COO

R

NH3

+C

H

R

COOH

OH H+

-

-

-

predominante en medio predominante en medio bbáásicosico predominante en medio predominante en medio áácidocido

"" ionion dipolardipolar ""

carga elcarga el ééctrica cero (0)ctrica cero (0)

Punto isoelPunto isoel ééctrico o punto ctrico o punto isoiisoi óóniconico ((pIpI))Es aquel pH en que el aminoEs aquel pH en que el aminoáácido tiene una carga elcido tiene una carga elééctrica neta igual a cero, por lo tanto ctrica neta igual a cero, por lo tanto ““la la concentraciconcentracióón de la forma anin de la forma anióónica es igual a la concentracinica es igual a la concentracióón de la forma catin de la forma catióónica.nica.””

•• Se dice que a ese pH el aminoSe dice que a ese pH el aminoáácido tiene su mcido tiene su míínima solubilidad, es caracternima solubilidad, es caracteríístico de stico de cada aminocada aminoáácido y no se mueve en un campo elcido y no se mueve en un campo elééctrico.ctrico.

CALCULO DEL PUNTO ISOELCALCULO DEL PUNTO ISOEL ÉÉCTRICOCTRICO (Ejemplo: Glicina)(Ejemplo: Glicina)

NH3

+CH2

C

O

OH

NH3

+CH2

C

O

O

NH2

CH2C

O

OpKa1 pKa2

Ka1 Ka 2

"" zwitterionzwitterion ""

carga elcarga el ééctrica: +1ctrica: +100 -1

(((((((( ))))))))2211 pKapKapKapKa2211

pIpIpHpH ++++++++================

•• El El ““punto isoelpunto isoel ééctricoctrico ”” se calcula con los se calcula con los pKa vecinospKa vecinos al al ““zwitterizwitterióónn””

carga elcarga elééctrica = cero)ctrica = cero)

Punto isoelPunto isoel ééctrico o punto ctrico o punto isoiisoi óóniconico ((pIpI))•• El El ““punto isoelpunto isoelééctricoctrico”” depende si el aminodepende si el aminoáácido es bcido es báásico, neutro o sico, neutro o áácido: cido:

aminoaminoáácido bcido báásico: pI = 7,5 a 11,2; aminosico: pI = 7,5 a 11,2; aminoáácido neutro: pI = 5 a 6,3; cido neutro: pI = 5 a 6,3; aminoaminoáácido cido áácido: pI = 2,8 a 3,2.cido: pI = 2,8 a 3,2.

Calculo del Calculo del pIpI de la lisina.de la lisina.

pIpI == ½½ pKa2 pKa2 ++ ½½ pKa3 ; pIpKa3 ; pI == ½½ (pKa2 + pKa3)(pKa2 + pKa3)pIpI == ½½ ( 8,95 + 10,53 )( 8,95 + 10,53 )pIpI == 9,749,74

NH3

+CH

C O

CH2

CH2CH2

NH3

+

OH

NH3

+CH

COO-

CH2

CH2CH2

NH3

+

NH2 CH

COO-

CH2

CH2CH2

NH3

+

NH2 CH

COO-

CH2

CH2CH2

NH2

OH-

H+

pKa 1 pKa 2 pKa 3

OH-OH-

H+H+

2,18 8,95 10,53

carga elcarga elééctrica: +2ctrica: +2 +1+1 00 --11

Reacciones quReacciones qu íímicas referidas al micas referidas al grupo NHgrupo NH 22

a)a) Los aminoLos aminoáácidos forman sales con los cidos forman sales con los áácidos.cidos.

NH3

+C COO-

R

H

H-Cl NH3

+C

R

H

COOHCl+ -

+

clorhidratos de aminoclorhidratos de amino áácidoscidos

Reacciones quReacciones qu íímicas referidas al micas referidas al grupo NHgrupo NH 22

b)b) MMéétodo de Van todo de Van –– Slyke (ReacciSlyke (Reaccióón cuantitativa).n cuantitativa).

NH3

+C COO-

R

H

C

R

H

COOHOHHNO2N2 OH2+

áácido cido hidroxihidroxi áácidocido

+ +(g)

•• Se puede calcular la cantidad de Se puede calcular la cantidad de NN22 liberado en condiciones normales,liberado en condiciones normales,que es que es proporcional a la cantidad de aminoproporcional a la cantidad de amino áácido.cido.

Reacciones quReacciones qu íímicas referidas al micas referidas al grupo NHgrupo NH 22

c)c) ReacciReaccióón de Sorensen.n de Sorensen.

NH3

+C COO-

R

H

CH

R

COO-N

CH2OH

CH2OH

OH- OH2H-CHO+ ++ 2formalina

Reacciones quReacciones qu íímicas referidas al micas referidas al grupo NHgrupo NH 22

d)d) ReacciReaccióónn de de SangerSanger: determina : determina N N –– terminalterminal ((enen ppééptidosptidos).).

F

NO2

NO2

NO2

NO2

NH CH COOH

R

FHNH2 CH COOH

R

+ +

1

3

2

4

2,42,4--dinitrofluorobencenodinitrofluorobenceno

2,42,4--DNFBDNFB o DNFBo DNFB

aminoamino áácido Ncido N --terminal "marcado"terminal "marcado"

aminoamino áácidocido

Reacciones quReacciones qu íímicas referidas al micas referidas al grupo COOHgrupo COOH

a)a) FormaciFormacióón de sales con Cu n de sales con Cu +2 +2 ; ; AgAg+ + ; ; PbPb+2+2

NH3

+C COO-

R

H

NH2 C COO-

R

H

OH- Cu2+

NH2 C COO-

R

H

sal insolublesal insoluble

( )2Cu

Reacciones quReacciones qu íímicas referidas al micas referidas al grupo COOHgrupo COOH

b)b) FormaciFormacióón de esteres n de esteres

C COO-NH3+

R

H

+ CH3O H+

NH3+

C

H

R

C

O

O CH3

H+

-

esterester

Reacciones de ColoraciReacciones de Coloraci óónn1.1. ReacciReacci óón de Milln de Mill óónn

2.2. Reconocimiento de AzufreReconocimiento de Azufre

3.3. ReacciReacci óón n XantoproteicaXantoproteica

4.4. ReacciReacci óón de n de BiuretBiuretEsta reacciEsta reaccióón es dada por sustancias que contienen mn es dada por sustancias que contienen máás de dos s de dos uniones uniones peptpeptíídicasdicas..La reacciLa reaccióón se debe a la coordinacin se debe a la coordinacióón de los iones cn de los iones cúúpricos con los pricos con los pares de electrones no compartidos del nitrpares de electrones no compartidos del nitróógeno peptgeno peptíídico y el dico y el oxoxíígeno del agua para formar un complejo coloreado de geno del agua para formar un complejo coloreado de coordinacicoordinacióón. n.

La reacciLa reacci óón de n de BiuretBiuret permite permite valoracivaloraci óón cuantitativa de proten cuantitativa de prote íínanaen materiales biolen materiales biolóógicos. El reactivo de gicos. El reactivo de BiuretBiuret es una solucies una solucióón n diluida de sulfato de cobre e hidrdiluida de sulfato de cobre e hidróóxido de sodio concentrado.xido de sodio concentrado.

LECHESLECHES--CHINAS. MCHINAS. Méétodo Kjeldhal (Ntodo Kjeldhal (N 2 2 ) MELAMINA (C) MELAMINA (C 33HH66NN66))

N

N

N

NH2

NH2NH2

PPééptidosptidosLos Los oligoligóómerosmeros (conjunto relativamente peque(conjunto relativamente pequeñño de unidades) formados por la o de unidades) formados por la uniuni óón de aminon de amino áácidos y pcidos y p éérdida de Hrdida de H 22OO se llaman se llaman ““peptidospeptidos””..

•• Cuando se unen dos aminoCuando se unen dos aminoáácidos se forma un cidos se forma un dipdip ééptidoptido que tiene 1 que tiene 1 enlace peptenlace pept íídicodico (*) form(*) formáándose tambindose tambiéén 1 mol de Hn 1 mol de H22O (*). No hay O (*). No hay rotacirotacióón libre alrededor de enlace peptn libre alrededor de enlace peptíídico.dico.

•• Cuando se unen tres aminoCuando se unen tres aminoáácidos se forma un cidos se forma un triptrip ééptidoptido que tiene que tiene dosdos enlaces enlaces peptpept íídicosdicos , y se forman tambi, y se forman tambiéén 2 moles de Hn 2 moles de H22O.O.

•• Las unidades de aminoLas unidades de aminoáácido que forman los pcido que forman los pééptidos se llaman ptidos se llaman residuosresiduos . Y se puede decir que los polip. Y se puede decir que los polipééptidos estptidos estáán caracterizados n caracterizados por la secuencia de sus residuos de aminopor la secuencia de sus residuos de aminoáácido.cido.

Los polipLos polipééptidos son relativamente rptidos son relativamente ríígidos pero sin embargo suficientemente gidos pero sin embargo suficientemente mmóóviles para adoptar una variedad de conformaciones. Por lo tanto viles para adoptar una variedad de conformaciones. Por lo tanto ellos ellos pueden pueden ““plegarseplegarse”” en muchas formas diferentes.en muchas formas diferentes.

PPééptidosptidos

•• Al dibujar una cadena de un polipAl dibujar una cadena de un polipééptido, el ptido, el aminoamino áácido Ncido N -- terminal o terminal o terminal aminoterminal amino se coloca a la izquierda y el se coloca a la izquierda y el aminoamino áácido Ccido C -- terminal o terminal o terminal terminal carboxicarboxi se coloca a la derecha.se coloca a la derecha.

•• La cadena que incorpora los enlaces peptLa cadena que incorpora los enlaces peptíídico se llama la dico se llama la cadena cadena principalprincipal y los sustituyentes R, Ry los sustituyentes R, R’’, R, R””, etc. son las , etc. son las cadenas lateralescadenas laterales

NH3+

CH C NH CH CO NH CH COO

R O R Rn

terminal aminoterminal amino terminal terminal carboxicarboxi

-

FormaciFormaci óón de un Dipn de un Dip ééptidoptido

Ejemplo Ejemplo alanilglicinaalanilglicina (formado por la uni(formado por la unióón de n de alaninaalanina y glicina)y glicina)

2 amino2 aminoáácidos unidos = 1 enlace peptcidos unidos = 1 enlace peptíídicodico

Los enlaces Los enlaces peptpeptíídicosdicos se reconocen con el reactivo de se reconocen con el reactivo de BiuretBiuret((CuSOCuSO44 + NaOH)+ NaOH)→→ se obtiene un color violeta.se obtiene un color violeta.

Cuando se unen mCuando se unen máás de dos aminos de dos aminoáácidos se forman los cidos se forman los oligopoligop ééptidosptidos (3 a 10 (3 a 10 aaaa).).

Si se unen de 10 a 50 aminoSi se unen de 10 a 50 aminoáácidos se llaman cidos se llaman polippolip ééptidosptidos y si se unen my si se unen máás s dede 50 amino50 amino áácidoscidos se llaman se llaman proteprote íínasnas ..

enlace peptídico

NH2 CH C NH CH2 COOH

CH3

O

Estructura de ProteEstructura de Prote íínasnas(Las prote(Las prote íínas estnas est áán organizadas en distintos niveles)n organizadas en distintos niveles)

--Puentes salinosPuentes salinos--Fuerzas Fuerzas VanderVander WalsWals..--Enlaces de HEnlaces de H--UnionesUniones disulfurodisulfuro, etc. (, etc. (--SS--SS--))

Varias subunidades de una proteVarias subunidades de una proteíína se na se combinan para formar agregados grandes un combinan para formar agregados grandes un Ej.: es la Hemoglobina formada por 4 unidades. Ej.: es la Hemoglobina formada por 4 unidades. Esta estructura tambiEsta estructura tambiéén se define como un n se define como un ““ordenamiento de las cadenas de subunidades ordenamiento de las cadenas de subunidades en relacien relacióón mutuan mutua””

CuaternariaCuaternaria

--Puentes salinos. Puentes salinos. --Fuerzas de Fuerzas de VanderVander WalsWals..--Enlaces de HEnlaces de H--UnionesUniones disulfurosdisulfuros, etc.(, etc.(--SS--SS--))

Doblez del Doblez del peptpeptíídodo en el espacio o solucien el espacio o solucióón por n por medio de interacciones de cadenas laterales medio de interacciones de cadenas laterales (Ej.: prote(Ej.: proteíínas globulares, protenas globulares, proteíínas nas fibrilaresfibrilares))

Terciaria Terciaria

Enlaces de HEnlaces de HArreglo de cadena polipeptArreglo de cadena polipeptíídica en el espacio dica en el espacio formando espiral llamada formando espiral llamada αα--hhéélicelice o lo lááminas u minas u hojashojas --ββ (hojas plegadas)(hojas plegadas)

Secundaria Secundaria

Enlaces covalentes Enlaces covalentes (Ej.: enlaces (Ej.: enlaces peptpeptíídicosdicos))

AminoAminoáácido presente y cido presente y secuenciasecuencia de de aminoaminoáácidoscidos

Primaria Primaria

Fuerzas de estabilizaciFuerzas de estabilizaci óónnRelacionada a: Relacionada a: Nivel deNivel deestructura estructura

Algunos autoresAlgunos autores resumenresumen estos 4 niveles de organizaciestos 4 niveles de organizacióón:n:

�� Estructura primaria: Estructura primaria: secuenciasecuencia

�� Estructura secundaria: Estructura secundaria: plegado localplegado local ((αα--hhéélice, lice, ββ--hoja plegada)hoja plegada)

�� Estructura terciaria:Estructura terciaria: plegado globalplegado global

�� Estructura cuaternaria: Estructura cuaternaria: asociaciasociaci óón de mn de m úúltiples cadenasltiples cadenas ..

Resumen de estructura de proteResumen de estructura de prote íínas nas

Niveles de Estructura de las Niveles de Estructura de las ProteinasProteinas

Propiedades de ProtePropiedades de Prote íínasnasDESNATURALIZACIDESNATURALIZACI ÓÓN (O DENATURACIN (O DENATURACI ÓÓN):N):

Es la precipitaciEs la precipitacióón irreversible que sufren las proten irreversible que sufren las proteíínas cuando son nas cuando son sometidas a ciertos agentes como la temperatura (>40sometidas a ciertos agentes como la temperatura (>40ººCC), ), áácidos y cidos y bases fuertes, solvente orgbases fuertes, solvente orgáánicos (alcohol, acetona, etc.). Se alteran nicos (alcohol, acetona, etc.). Se alteran sus propiedades qusus propiedades quíímicas, fmicas, fíísicas y biolsicas y biolóógicas naturales. Lo mgicas naturales. Lo máás s caractercaracteríístico es la pstico es la péérdida de las estructuras secundarias y terciaria. rdida de las estructuras secundarias y terciaria. No hay ruptura de No hay ruptura de ““enlaces peptenlaces peptíídicosdicos””..

Un ejemplo serUn ejemplo seríía un a un huevo cocidohuevo cocido ..

PRECIPITABILIDAD:PRECIPITABILIDAD:

I.I. CON SALES (como CON SALES (como NaNa22SOSO44 o (NHo (NH4 4 ))22SOSO44) a ciertas concentraciones ) a ciertas concentraciones se producen precipitaciones (se producen precipitaciones (““saltingoutsaltingout””). Si se agrega H). Si se agrega H22O O (disminuye concentraci(disminuye concentracióón) la proten) la proteíína se redisuelve.na se redisuelve.

II.II. CON SALES DE METALES (HgCON SALES DE METALES (Hg2+2+, Cu, Cu2+2+, Pb, Pb2+2+) y si la prote) y si la proteíína estna estáásobre su sobre su pIpI (cargada (cargada --) se producen precipitaciones que tambi) se producen precipitaciones que tambiéén son n son reversibles y pueden servir para su aislamiento y purificacireversibles y pueden servir para su aislamiento y purificacióón.n.