4-1_ AMINOACIDOS

Las proteínas son cadenas de amino ácidos, cada uno de ellos unido a su vecino por un tipo específico de enlace covalente: el enlace peptídico.

AMINO ÁCIDOS

Lo que es más notable es que las células pueden producir numerosas proteínas que tienen propiedades y actividades absolutamente diferentes uniendo los mismos 20 amino ácidos en varias combinaciones y secuecias.

Con estos 20 elementos o "tabiques", organis-mos diferentes pueden construir una amplia diversidad de productos, como los que se mencionan en la lámina siguiente.

AMINO ÁCIDOS

enzimas hormonas, anticuerpos, las proteínas del

cristalino Plumas

el cuerno de un rinoceronte,

telarañas las proteínas de la leche, antibióticos, el veneno de un hongo,

y una cantidad increible de otras substancias con diferentes actividades biologicas.

Productos tales como:

AMINO ÁCIDOS

Desde el punto de vista químico, los aminoácidos (AA) son ácidos orgánicos (carboxílicos) con un grupo amino en posición alfa. Según esta definición, los cuatro sustituyentes del carbono alfa (Cα) en un aminoácido son: el grupo carboxilo un grupo amino un átomo de hidrógeno una cadena lateral R, característica de cada AA

Fórmula Básica de los Amino Ácidos

Grupo Carboxilo

Grupo Amino

Átomo de Hidrógeno

R Cadena Lateral

PROLINA

ATENCIÓN el Aminoácido Prolina Constituye una excepción

puede considerarse como un α-aminoácido que está N-sustituído por su propia

cadena lateral, lo cual forma un anillo pirrolidínico

Anillo Pirrolidínico

Proline

LOS VEINTE AMINO ÁCIDOS ENCONTRADOS NATURALMENTE FORMANDO PARTE DE LAS PROTEÍNAS

Asimetría Óptica de los Amino Ácidos

En todos los AA que se encuentran naturalmente en las proteínas, excepto en la glicina (Gly), el carbono α es asimétrico y por lo tanto, son ópticamente activos.

Esto indica que existen dos enantiómeros (isómeros ópticos), uno de la serie D y otro de la serie L.

RECUERDE Los amino ácidos que se encuentran en las proteínas son invariablemente de la

serie L.

Amino ácidos de la serie D se pueden encontrar en algunos casos muy concretos: en algunos péptidos con acción antibiótica en los peptidoglicanos de la pared celular, En péptidos opioides de anfibios y reptiles.

Ley de ‘CORN’ El átomo de carbono central es llamado carbono alfa y, excepto en la glicina, en todos los aminoácidos es un centro quiral. En relación con este centro estereogénico, todos los aminoácidos encontrados en las proteínas son de configuración-L. La distribución atómica en esta configuración puede ser recordada empleando la ley llamada de CORN (maíz). Imagíne el aminoácido colocado con el átomo de H directamente frente a sus ojos. Si leyendo en el sentido de las manecillas del reloj se deletrea CORN, el aminoácido es de la serie L. Si el aminoácido es de configuración D la palabra CORN se leerá en sentido contrario.

Isómeros ópticos de la Alanina

CLASIFICACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS

La mayoría de los amino ácidos se encuentran formando parte de las proteínas.

Sin embargo, debe recordarse que hay algunos que pueden desempeñar otras funciones.

Los amino ácidos pueden entonces dividirse inicialmente en dos grupos:

Amino ácidos proteicos Amino ácidos no proteicos

PROPIEDADES DE LOS AMINOÁCIDOS

Gracias a la capacidad de disociación del grupo carboxilo, del grupo amino y de otros grupos ionizables de sus cadenas laterales (carboxilo, amino, imidazol,

fenol, guanidino, etc).

los amino ácidos son excelentes amortiguadores.

Los amino ácidos como amortiguadores

La tabla de la gráfica anterior muestra los pKa de algunos de los 20 amino ácidos proteicos.

Los grupos ácido-base débiles presentan una capacidad amortiguadora máxima en la zona próxima al pKa.

Debe destacarse el hecho de que estos valores de pKa calculados para los amino ácidos en solución pueden

verse modificados por las características del entorno proteico.

Debe destacarse también, que el único grupo lateral con un pKa próximo al pH fisiológico es la cadena lateral

de la histidina. Por ello, las proteínas ricas en este amino ácido se comportarán como excelentes

amortiguadores fisiológicos.

Propiedades Electrolíticas de las Proteínas

De la disociación de los grupos funcionales de los amino ácidos depende, en gran medida, las propiedades biológicas de las proteínas. En el modelo de interacción proteína-ligando, la carga eléctrica de cada uno de los participantes juega un papel fundamental. Por este motivo, la función de las proteínas es extraordinariamente sensible al pH del medio.

Propiedades Electrolíticas de las Proteínas

• Cambios en el pH se traducen en cambios en el número de cargas de la proteína.

• Estos cambios pueden inhibir la inter-acción de la proteína con un ligando determinado.

• Por este motivo, muchas proteínas (sobre todo enzimas) sólo pueden funcionar en un margen relativamente estrecho de pH, el llamado pH óptimo de actividad enzimática que es carac-terístico de cada enzima

Propiedades Electrolíticas de las Proteínas

En soluciones de pH bajo, la mayor parte de los grupos disociables estarán protonados, y por lo tanto habrá un gran número de cargas positivas en la proteína

A pH elevado, los grupos disociables no estarán protonados, con lo cual habrá mayor número de cargas negativas

Aquí radica la importancia del manteni-miento de valores constantes de pH en el medio interno del organismo

Alanina Ala A Hidrofóbico Arginina Arg R Básico e hidrofílico, por la presencia del grupo amino libre Asparagina Asn N Sitio de unión covalente (N-glicosídico) de los carbohidratos Aspártico Asp D Ácido e hidrofílico, por la presencia del grupo carboxilo libre Cisteína Cys C oxidación del grupo sulfhidrilo (-SH) forma enlaces (S-S) Fenilalanina Phe F Fuertemente hidrofóbico Glicina Gly G Amfifílico, puede existir en todo tipo de ambientes Glutámico Glu E Ácido e hidrofílico, por la presencia del grupo carboxilo libre Glutamina Gln Q Moderadamente hidrofílico Histidina His H Básico e hidrofílico Isoleucina Ile I Hidrofóbico Leucina Leu L Hidrpfóbico Lisina Lys K Fuertemente básico e hidrofílico Metionina Met M Hidrofóbico Prolina Pro P Su presencia provoca torcimientos de la cadena proteica Serina Ser S Sitio de unión covalente (O-glicosídico) de los carbohidratos Tirosina Tyr Y Moderadamente hidrofílico por la presencia del grupo -OH Treonina Thr T Sitio de unión covalente (O-glicosídico) de los carbohidratos Triptofano Trp W Poco frecuente en las proteínas vegetales Valina Val V HIdrofóbico

LOS 20 AMINO ÁCIDOS ENCONTRADOS EN LAS PROTEÍNAS

Aminoácidos esenciales

Arginina Histidina Isoleucina Leucina Lisina

Metionina Fenilalanina Treofina Triptofano Valina

Los organismos heterótrofos pueden sintetizar la mayoría de los aminoácidos, aquellos que no pueden sintetizarse deben ser incorporados con la dieta, denominándose aminoácidos esenciales.

En el ser humano son 10:

Ácido Glutámico y Glutamina

Clasificación de los Amino Ácidos

Alifáticos no polares: Glicina, Alanina, Valina, Leucina, Isoleucina, Prolina Aromáticos: Fenilalanina, Tirosina, Triptofano Cargados acídicos: Aspártico, Glutámico, Cargados básicos: Histidina, Lisina, Arginina Polares pero sin carga neta: Serina, Treonina, Asparagina, Glutamina Sulfurados: Cisteína, Metionina

Por su destino metabólico los aminoácidos se han clasificado en glucogénicos y cetogénicos:

Los aminoácidos glucogénicos son: ácidos aspártico y glutámico y sus amidas, asparagina y glutamina, histidina, prolina, arginina, glicina, alanina, serina, cisteína, metionina y valina

Los aminoácidos cetogénicos puros son dos nada más : leucina y lisina Los Aminoácidos que pueden ser destinados a cualquiera de los dos caminos metabólicos son: fenilalanina, tirosina, triptofano, isoleucina y treonina

Aminoácidos glucogénicos y cetogénicos

En blanco los aminoácidos glucogénicos En amarillo los cetogénicos En Azul los que pueden ir hacia cualquier vía

Alanina

Aminoácidos especiales

Amino Ácidos Aromáticos

Fenilalanine, Phe, F Sin carga

Absorbe UV Hidrofóbico (2.5)

Peso Molec. = 147 Mole % = 3.5

pI=5.48

Tirosina, Tyr, Y Carga débil Absorbe UV

No hidrofílico (0.08) Peso Molec. = 163

Mole % = 3.5 pI=5.66

Forma puentes de H

Triptofano, Trp, W Sin carga

Absorbe UV Hidrofóbico (1.5)

Peso Molec. = 186 Mole % = 1.1

pI=5.89 Forma puentes de H

El aa más grande

Aminoácidos Aromáticos En este grupo se encuentran los aminoácidos cuya cadela

lateral posee un anillo aromático. La fenialalanina es una alanina que lleva unida un grupo benzílico. La tirosina es como la fenilalanina con un hidroxilo en su anillo aromático (fenol), lo que lo hace menos hidrófobo y mas reactivo. El triptófano tiene un grupo indol.

Amino Ácidos Cargados Acídicos

Ácido Aspártico, Asp, D

Acídico Carga negativa Hidrofílico (-3.0)

Peso Molec. = 115 Mole % = 5.5

pI = 2.77

Ácido Glutámico, Glu, E

Acídico Carga negativa

Hidrofílico (-2.6) Peso Molec. = 129

Mole % = 6.2 pI = 3.22

Glutámico, aspártico y serina

Amino Ácidos Cargados Básicos

Histidina, His, H

Cadena lateral imidazol Básico

Reactivo Carga positiva débil

Hidrofílico (-1.7) Peso Molec. = 137

Mole % = 2.1 pI=7.59

Lisina, Lys, K

Cadena lateral amina Básico

Reactivo Carga positiva fuerte

Hidrofílico(-4.6) Peso Molec. = 128

Mole % = 7.0 pI=9.74

Arginina, Arg, R

Cadena lateral guanidina Básico

Reactivo La más fuerte Carga positiva

Hidrofílico(-7.5) Peso Molec. = 156

Mole % = 4.7 pI=10.76

Aminoácidos básicos Dentro de los aminoácidos con cadenas laterales muy polares encontramos tres aminoácidos básicos: lisina, arginina e histidina

Amino Ácidos Polares pero sin carga neta

Serina, Ser, S

Sin carga Forma puentes de H

HIdrofílico (-1.1) Peso Molec. = 87

Mole % = 7.1 pI=5.68

Treonina, Thr, T

Sin carga Forma puentes de H HIdrofílico(-0.75) Peso Molec. =101

Mole % = 6.0 pI=5.87

Asparagina, Asn, N Sin carga

Forma puentes de H HIdrofílico(-2.7)

Peso Molec. =114 Mole % = 4.4

Amida del Aspartato pI=5.41

Glutamina, Gln, Q

Sin carga Forma puentes de H

HIdrofílico(-2.9) Peso Molec. = 128

Mole % = 3.9 Amida del glutamato

pI=5.65

Amino Ácidos Azufrados

Cisteína, Cys, C Análogo azufrado de la Ser

Carga débil Forma Enlaces disulfuro

No hidrofílico (0.17) Peso Molec. = 103

Mole % = 2.8 pI = 5.07

Metionina, Met, M

Iniciador de la Síntesis de proteínas

Sin carga Hidrofóbico (1.1) Peso Molec. =131

Mole % = 1.7 pI = 5.74

Amino Ácidos Alifáticos (1)

Glicina, Gly, G El aa más pequeño

Sin carga Anfifílico (0.67)

Peso Molec. = 57 Mole % = 7.5

pI=5.97 Sin cadena lateral

Alanina, Ala, A Semejante a la Gly

Sin carga Hidrofóbico (1.0) Peso Molec. = 71

Mole % = 9.0 pI=6.01

Valina, Val, V Sin carga

Hidrofóbico(2.3) Peso Molec. = 99

Mole % = 6.9 pI=5.97

pK -NH2=9.60 pK -COOH=2.35

Amino Ácidos Alifáticos (2)

Leucina, Leu, L

Sin carga Isómero de la Ile Hidrofóbico (2.2)

Peso Molec. = 113 Mole % = 7.5

pI=5.98

Isoleucina, Ile, I

Sin carga Isómero de la Leu Hidrofóbico (3.1)

Peso Molec. = 113 Mole % = 4.6

pI=6.02

Prolina, Pro, P Sin carga

Promueve giros en la cadena proteica

No hidrofóbico (-0.29) Peso Molec. = 97

Mole % = 4.6 pI=6.48

Titulación ácido Aspártico

Titulación Lisina

Titulación Valina

ENLACE PEPTÍDICO

Formación

Hidrólisis

La distancia de enlace determinada por Pauling y Corey para el enlace peptídico fue de 1.32 Å, intermedia entre los 1.49Å de un enlace simple C-N y los 1.27Å de un enlace doble C=N.

El esqueleto de toda proteína esta constituido por una repetición de N-Ca-C. Esta unidad de repetición está enlazada mediante enlaces peptídicos. Se conoce como grupo peptídico al N y C unidos por el enlace peptídico y sus cuatro sustituyentes, el oxígeno del carbonilo, el hidrógeno del amino y los carbonos alfas unidos al N y C. Unidos al esqueleto del polipéptido encontramos, hidrógenos del grupo amino, oxígenos del grupo carbonilo e hidrógenos y las cadenas laterales de los carbonos alfa.

La representación más correcta del grupo peptídico sería la que aparece en la parte inferior de la imagen, un híbrido de resonancia en el cual los electrones están compartidos entre el oxígeno del carbonilo, el carbono del carbonilo y el nitrógeno del grupo amida. Los seis átomos del grupo peptídico se encuentran en el mismo plano debido al caracter parcial de doble enlace que presenta el enlace peptídico.

ENLACE PEPTÍDICO. POLIPÉPTIDOS

Extremo amino terminal

Extremo carboxi terminal

L-Aspartil-L-fenilalanina metil-éster (aspartame)

AMINOÁCIDOS NO PROTEICOS

Se conocen más de un centenar, sobre todo en plantas superiores, aunque su función no siempre es conocida. Se pueden dividir en tres grupos: 1.- D-AMINOÁCIDOS: – La D-Ala y el D-Glu forman parte del peptidoglicano

de la pared celular de las bacterias. – La gramicidina S es un péptido con acción antibiótica

que contiene D-Phe. – En ciertos péptidos opioides de anfibios y reptiles

también aparecen D-aminoácidos.

AMINOÁCIDOS NO PROTEICOS

2.- α-AMINOÁCIDOS NO PROTEICOS: – La L-ornitina y la L-citrulina son importantes

intermediarios en el metabolismo de la eliminación del nitrógeno

– la creatina (un derivado de la G) juega un papel importante como reserva de energía metabólica.

– También pertenecen a este grupo la homoserina y la homocisteína.

AMINOÁCIDOS NO PROTEICOS

3.- ω-AMINOÁCIDOS: En estos AA, el grupo amino sustituye al último carbono (carbono w), no al carbono α. – La β-Alanina forma parte de algunos coenzimas, – El ácido ɣ-aminobutírico es un importante neurotransmisor.

4.- Otro aminoácido no proteico importante es la DOPA, derivada del aminoácido proteico tirosina. La L-DOPA es el intermediario en la síntesis de la dopamina, la adrenalina o la melanina. La dopamina es una sustancia química de comunicación entre neuronas (neurotransmisor) importantísima.

Aminoácidos Modificados Las modificaciones postraduccional de los 20 aminoácidos codificados genéticamente conducen a la formación de 100 o más derivados de los aminoácidos. Las modificaciones de los aminoácidos juegan con frecuencia un papel de gran importancia en la correcta funcionalidad de la proteína. Son numerosos los ejemplo de modificación postraduccional de aminoácidos. – La formación postraduccional de puentes disulfuro, claves en la

estabilización de la estructura terciaria de las proteínas está catalizada por una disulfuro isomerasa.

– En las histonas tiene lugar la metilación de las lisinas. – En el colágeno abunda el aminoácido 4-hidroxiprolina, que es el

resultado de la hidroxilación de la prolina.