Aminoácidos y Proteínas

1. Aminoácidos y Proteínas MSc. MARY LORENA VALLECILLO M.

2. α-AMINOÁCIDOS (AA): estructura • Unidad estructural básica de las proteínas • El grupo amino está unido al C- α , el C contiguo al grupo carboxilo. • Al C- α también está unido un H y una cadena lateral R. • Se han descrito más de 100 AA pero sólo 20 de ellos participan en la síntesis de proteínas. α

3. AMINOÁCIDOS: estructura • Los AA difieren entre sí por el grupo R (grupo sustitutivo). • R: adjudican diferentes propiedades a cada uno de los AA y determinan su función biológica.

4. AMINOÁCIDOS: estructura • A pH fisiológico el pKa de los grupos carboxilo y amino de los AA es aproximadamente 2 y 10 respectivamente. • El grupo –COOH pierde un protón y el grupo amino capta un protón para dar la forma Zwitterion (in vivo).

5. Estructura de los aminoácidos • Por su estructura, los AA se ionizan en solución acuosa de manera que pueden funcionar como ácidos y como bases (anfolíticos). • Los AA que poseen un g. amino y un g. carboxilo (Gly, Leu, Ile) se convierten en iones dipolares (Zwitteriones). • Estos iones en soluciones acuosas son eléctricamente neutros y no emigran ni se someten a campos eléctricos. • La ionización de un AA depende del pH de la solución. • Punto isoeléctrico: pH en el cual la molécula no tiene carga neta

6. Estereoquímica de los AA • Se presentan en dos formas isoméricas, imágenes especulares no superponibles. • Los isómeros de la serie L poseen el grupo alfa amino a la izquierda. • Los AA que se encuentran en las proteínas son de la serie L y tienen mayor participación metabólica celular. • Los AA de la serie D participan en las paredes celulares bacterianas. • Todos los AA excepto la Gly pueden existir en las formas D y L.

7. Propiedades de los AA de las proteínas

8. Nomenclatura de los AA Tres letras Una letra +: Esencial en la niñez *: Esencial durante toda la vida

9. AMINOÁCIDOS Clasificación Propiedades químicas de las cadenas laterales • Cadenas alifáticas • Cadenas con hidroxilo o azufre • Aromáticos • Básicos • Ácidos y sus amidas

10. Aminoácidos con cadenas laterales alifáticos • El grupo R se extiende más y se hace más hidrófobo. • Los aminoácidos hidrófobos se encuentran normalmente en el interior de las moléculas proteicas.

11. Aminoácidos con cadenas laterales hidroxilo o azufre • Cadenas laterales son débilmente polares • Son en general más hidrófilos que sus análogos alifáticos • La metionina es bastante hidrófoba • Puede producirse una oxidación entre pares de cadenas laterales de cisteína para formar un enlace disulfuro (cistina)

12. Aminoácidos básicos • Llevan grupos básicos en sus cadenas laterales. • Existen a valores de pH próximos a la neutralidad • La histidina es el menos básico de los tres • Son muy polares • Suelen hallarse normalmente en las superficies exteriores de las proteínas Histidina Lisina Arginina

13. Aminoácidos ácidos y sus amidas • Son los únicos aminoácidos que llevan cargas negativas a pH 7. • Están acompañados por sus amidas, la asparagina y la glutamina. - Tienen cadenas laterales sin carga, aunque son claramente polares, también son hidrófilos y tienden a encontrarse en la superficie de las moléculas de proteína, en contacto con el agua.

14. Aminoácidos aromáticos • Presentan cadenas laterales aromáticas. • La fenilalanina junto con los AA alifáticos (val, leu, ile), es uno de los AA más hidrófobos. • La tirosina y el triptófano también presentan un carácter ligeramente hidrófobo

15. Aminoácidos modificados • Algunos AA son modificados (cadenas laterales) postranscripción. Por ejemplo: • Fosfoserina (síntesis de serina a partir de 3-fosfoglicerato) • 4-hidroxiprolina: colágeno • Hidroxilisina: colágeno • Ácido γ-carboxiglutámico: estructura de la osteocalcina (10-25% prot no colágena del hueso ) dependiente de Vit K

16. FORMACIÓN DE PÉPTIDOS Y POLIPÉPTIDOS • Los AA se unen o polimerizan por medio de enlaces peptídicos: la unión química entre el grupo α-carboxilo de un AA con el grupo α-amino de otro AA, con la liberación de una molécula de agua. • La reacción más importante de los AA es la formación de un enlace peptídico. Éste enlace carece de carga a cualquier pH de interés fisiológico. • Es un enlace covalente por formación de un enlace amida

17. Enlace peptídico y formación de péptidos DIPEPTIDO

18. PÉPTIDOS Y POLIPÉPTIDOS • Las cadenas que contienen unos pocos residuos de AA se denominan oligopéptidos: - 2 AA dipéptido - 3 AA tripéptido… • Si la cadena es muy larga se llama polipéptido. • Grupo amino que no ha reaccionado en un extremo (amino terminal o N-terminal) • Grupo carboxilo sin reaccionar en el otro extremo (carboxilo terminal o C-terminal)

19. Enlace peptídico y formación de péptidos TETRAPEPTIDO Cada vez que se añade un AA a la cadena, debe eliminarse una molécula de agua.

20. Estabilidad y formación del enlace peptídico • En un entorno acuoso este proceso no está favorecido termodinámicamente. • Las proteínas se hidrolizan en disolución acuosa cuando está presente un catalizador. • La formación del enlace peptídico se acopla con la hidrólisis de compuestos de fosfato de alta energía (ATP) (activación de los AA).

21. Actividad biológica: Péptidos • Péptidos vasoactivos: angiotensina II, bradicinina • Hormonas: oxitocina, vasopresina, somatostatina, TRH, GRH, ACTH, insulina, glucagón, gastrina, secretina, colecistoquinina, VIP (péptido intestinal vasoactivo) • Neurotransmisores: encefalinas, sustancia P

22. PROTEINAS: polipéptidos de secuencia definida • Cada proteína tiene un orden definido de residuos de AA. • Son polipéptidos largos: Mb humana tiene 153 AA. • Hay proteínas que son similares pero NO idénticas.

23. Transportadores de Sustancias Hb Componentes Estructurales Colágeno tela de arana Contracción Muscular Actina y miosina Respuesta Inmunitaria Coagulación sanguínea Hormonas Insulina Componentes de esqueleto intracelular Catalizadores de rxs qq Enzimas PROTEÍNAS FUNCIONES

24. Clasificación de las proteínas • Desde un punto de vista químico, existen dos grandes grupos de proteínas: • Proteínas simples: formadas exclusivamente por a-aminoácidos, como es el caso de la ubiquitina, una proteasa intracelular formada por 53 AA. • Proteínas conjugadas: que contienen además de la cadena polipeptídica un componente no aminoacídico llamado grupo prostético, que puede ser un azúcar, un lípido, un ácido nucleico o simplemente un ión inorgánico. • La proteína en ausencia de su grupo prostético no es funcional, y se llama apoproteína. • La proteína unida a su grupo prostético es funcional, y se llama holoproteína(holoproteína = apoproteína + grupo prostético). • Son proteínas conjugadas la hemoglobina, la mioglobina, los citocromos, etc.

25. Clasificación • En cuanto a su forma molecular, podemos distinguir: • Proteínas globulares: la cadena polipeptídica aparece enrollada sobre sí misma dando lugar a una estructura más o menos esférica y compacta. Ejem: Mioglobina y Hemoglobina • Proteínas fibrosas: tienen funciones estructurales. • Proteínas de: piel, tejido conjuntivo, pelo y seda. • Son siempre alargadas • Son menos abundantes que las globulares • Ejem: queratina, colágeno, elastina, fibroina

26. Estructura 1` (secuencia de AA) Estructura 2` Plegado de la cadena polipéptica (local) Estructura 4 Asociación de varias cadenas polipeptídicas Estructura 3` Nivel de plegado superior (global) Niveles de organización estructural de las proteínas

27. Estructura primaria • Acomodamiento de las cadenas de AA (orden secuencial de AA), estabilizado por enlaces peptídicos, puentes disulfuros (cisteína). Al alterar este orden también se altera el tipo o las propiedades de la proteína. • Está determinada por un gen concreto.

28. Se encuentran con > frecuencia son la hélice α, la lamina β y la hélice 310 Estructura secundaria

29. Estructura 2ª. • Son rearreglos especiales originados por el establecimiento de puentes de H entre los grupos que conforman los enlaces peptídicos de los AA cercanos. • alfa hélice: es un ordenamiento helicoidal en el que el g. R de los AA se orienta hacia el exterior de la hélice. • Se estabiliza por la formación de puentes de H entre los componentes del enlace peptídico de AA cercanos en la estructura 1ª. de la proteína. • Ejem: proteínas fibrosas: colágeno, alfa queratina. • β laminar: • El esqueleto se ordena en forma de zigzag. • Los grupos R de AA se orientan en direcciones opuestas con un patrón alternante y hacia afuera - se estabiliza por puentes de H. • Los AA no tienen que estar próximos en la estructura 1ª. • Típica de proteínas fibrosas: fibroina (seda)

30. ESTRUCTURA TERCIARIA

31. ESTRUCTURA TERCIARIA • Las proteínas globulares no solo poseen estructuras 2ª. sino que, además, también se pliegan formando estructuras terciarias compactas. • Es una modificación en el espacio. • Es el plegamiento tridimensional total de la cadena de una proteína. • Esta conformación facilita la solubilidad en agua y, por ende, la realización de funciones de transporte, enzimáticas, hormonales, etc. Ejem: mioglobina

32. Estructuras de las proteínas globulares • La mayoría de las proteínas están formadas por más de un dominio; • Dominio: región compacta, plegada localmente, de la estructura 3ª. • Los principales patrones de plegado: • Los producidos alrededor de un empaquetamiento de hélices alfa • Los construidos sobre un entramado de estructuras laminas beta

33. ESTRUCTURA TERCIARIA Esta conformación se mantiene estable gracias a la existencia de enlaces entre los radicales R de los aminoácidos. Aparecen varios tipos de enlaces: • Los puentes de hidrógeno • Interacciones de Van der Waals • Los puentes eléctricos entre AA de carga diferente llamados también “atracciones electrostáticas” • Las interacciones hidrófobas formación de un núcleo hidrofóbico o interface hidrofóbica • El puente disulfuro

34. Estructura 4ª. • Es el nivel más complejo de organización. • Se refiere a interacciones no covalentes que unen varias cadenas polipeptídicas en una sola molécula. Ejem: la hemoglobina que tiene 4 cadenas. • Cada una de estas cadenas polipeptídicas recibe el nombre de subunidades. • El número de subunidades (cadenas) varía desde dos como en la hexoquinasa, cuatro como en la hemoglobina, o muchos como la cápsida del virus de la poliomielitis, que consta de 60 unidades proteicas.

35. Niveles de estructura proteica Estructura cuaternaria • Homotípicas: asociación de cadenas polipeptídicas idénticas o casi idénticas • Heterotípicas: interacciones entre subunidades con estructuras muy distintas

36. Propiedades • Se llama desnaturalización de las proteínas a la pérdida de las estructuras de orden superior (secundaria, terciaria y cuaternaria), quedando la cadena polipeptídica reducida a un polímero estadístico sin ninguna estructura tridimensional fija • La desnaturalización provoca diversos efectos en la proteína: • Cambios en las propiedades hidrodinámicas de la proteína: aumenta la viscosidad y disminuye el coeficiente de difusión • Una drástica disminución de su solubilidad, ya que los residuos hidrofóbicos del interior aparecen en la superficie • Pérdida de las propiedades biológicas ESTADO NATIVO ESTADO DESNATURALIZADO

37. DESNATURALIZACION • Los agentes que provocan la desnaturalización de una proteína se llaman agentes desnaturalizantes. Se distinguen agentes físicos (calor) y químicos (detergentes, disolventes orgánicos, pH, fuerza iónica). • Como en algunos casos el fenómeno de la desnaturalización es reversible, es posible precipitar proteínas de manera selectiva mediante cambios en: (1) la polaridad del disolvente (2) la fuerza iónica (3) el pH (4) la temperatura