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UNIVERSIDAD MAYOR
Facultad de Medicina
Ximena Arias Página 1 20/08/2013
Apuntes de Biomoléculas: Proteínas
Profesores: Ximena Arias - Maribel Arnes - Roberto Bravo
Temario:
1. Concepto de proteína 2. Los aminoácidos:
2.1 Estereoquímica 2.2 Clasificación 2.3 Propiedades ácido–base. 2.4 Propiedades químicas.
3. El enlace peptídico 4. Estructura de las proteínas:
4.1 Estructura Primaria 4.2 Estructura Secundaria 4.3 Estructura Terciaria 4.4 Estructura Cuaternaria
5. Propiedades de las proteínas:
5.1 Especificidad 5.2 Desnaturalización
6. Clasificación de las proteínas 7. Funciones de las proteínas
UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA
Autores: Ximena Arias I.; Roberto Bravo M.
Ximena Arias Página 2 20/08/2013
1.- CONCEPTO DE PROTEÍNA
Su nombre proviene del griego “protos” que significa primero o más importante.
Se descubrieron en 1838 y hoy se sabe que son las macromoléculas más abundantes de las células
vivas. Están presentes en todas las células y en todas partes de ellas y suponen más del 50% del
peso seco de los animales.
Las proteínas desempeñan papeles cruciales en prácticamente todos los procesos biológicos. El
alcance de sus funciones puede comprenderse por los siguientes ejemplos: catálisis enzimática,
transporte y almacenamiento de iones o moléculas pequeñas, movimiento coordinado, soporte
mecánico, protección inmune, generación y transporte de los impulsos nerviosos, y control del
crecimiento y la diferenciación.
Cada proteína tiene una estructura funcional lógica y propia.
Las proteínas están constituidas básicamente por unidades elementales (monómeros) denominadas
aminoácido.
Hay 20 aminoácidos diferentes, implicados en la formación de las proteínas, conocidos como los
aminoácidos estándares.
Las propiedades físicas y químicas de estas unidades básicas van a determinar muchas de las
características estructurales de las proteínas, así como criterios biológicos y funcionales. Razón por
la cual es necesario primero hablar de los aminoácidos.
2. - LOS -AMINOÁCIDOS
Los α-aminoácidos constituyentes de las proteínas se caracterizan por poseer un átomo de
hidrógeno (H), un grupo carboxilo (-COOH), un grupo amino (-NH2) y un grupo variable
denominado cadena lateral o Radical (R) enlazados a un átomo de carbono central llamado
carbono alfa (C). El carbono central debe su nombre de C por encontrarse adyacente al grupo
carboxilo.
Son entonces denominados -aminoácidos.
Por lo tanto todo aminoácido tiene un esqueleto común y un esqueleto diferencial representado por
su cadena lateral.
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Autores: Ximena Arias I.; Roberto Bravo M.
Ximena Arias Página 3 20/08/2013
Los -aminoácidos se diferencian exclusivamente por su cadena lateral y para indicar cada
aminoácido habitualmente se utilizan notaciones abreviadas, la de tres letras es la más común, pero
también es utilizada la de una letra. Por ejemplo, Glicina, también conocida como glicocola, se
puede abreviar como “Gly” o “G”.
Los enlaces alrededor del carbono alfa son tetraédricos, recordemos que cuando un átomo de
carbono tiene cuatro sustituyentes diferentes unidos a él, forma una molécula asimétrica y se dice
que es un carbono quiral o estereocentro. Todos los aminoácidos, con excepción de la glicina,
presentan un carbono que es quiral.
2.1 ESTEREOQUÍMICA DE LOS AMINOACIDOS:
El agrupamiento tetraédrico de cuatro grupos diferente alrededor del carbono confiere actividad
óptica a los aminoácidos. Si una molécula contiene un carbono quiral, existen dos estereoisómeros
(isómeros ópticos) distinguibles, se trata de imágenes especulares que no se pueden superponer una
a la otra: ENANTIÓMEROS.
Todos los aminoácidos estándares, con excepción de la glicina, presentan configuración D y L.
Todos, excepto la glicina son ópticamente activos, es decir, pueden hacer girar el plano de la luz
polarizada.
Las células distinguen con gran eficiencia los estereoisómeros y la naturaleza muestra una marcada
preferencia por la forma “L”. Salvo contadas excepciones, todos los aminoácidos constituyentes de
las proteínas presentan configuración L.
ESQUELETO DIFERENCIAL
ESQUELETO COMUN
C
O
CH
NH2
R
OH
GRUPO -CARBOXILO
GRUPO -AMINO
CARBONO
CADENA LATERAL
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Por convención, todos los compuestos de configuración comparable a la del L-gliceraldehído son
denominados L, aun cuando no sean levógiros, y se le asigna la configuración D a los relacionados
con la disposición del D-gliceraldehído, aunque no sean dextrógiros.
L-Gliceraldehido (monosacárido) L-Serina (α-aminoácido)
Al observar la estructura de Fischer del L-gliceraldehído la denominación “L”, esta de acuerdo a la
posición del grupo hidroxilo (OH), que se encuentra a la izquierda; en la L-serina esta de acuerdo a
la posición del grupo amino (NH2), se encuentra a la izquierda.
De aquí que omitiéremos la designación de isómero óptico en nuestra discusión de las proteínas,
puesto que siempre se supondrá que se trata del isómero “L” a menos que indique lo contrario.
2.2. CLASIFICACION DE LOS AMINOACIDOS
2.2.1. CLASIFICACIÓN NUTRICIONAL.
Los aminoácidos estándares se clasifican como esenciales (indispensables) y no esenciales
(dispensables), los primeros deben encontrarse obligatoriamente en la dieta.
Sin embargo los términos esenciales y no esenciales pierden nitidez cuando el interés de
clasificación se centra en el ámbito metabólico.
Consideraremos esencial a aquellos aminoácidos que no pueden ser sintetizados por el organismo a
la velocidad y en la cantidad requerida y deben ser suministrados por la dieta. Estos aminoácidos
son: Leucina, Isoleucina, Lisina, Metionina, Fenilalanina, Treonina, Triptófano y Valina. En el caso
de los lactantes se debe agregar Histidina, necesaria para el crecimiento (Algunos estudios señalan
que este aminoácido también es esencial para el adulto).
HH2N
CH2OH
COOH
HHO
CH2OH
CHO
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2.2.2. CLASIFICACIÓN ELEMENTAL SEGÚN SU CADENA LATERAL.
Los aminoácidos estándares se clasifican de acuerdo a la polaridad de su cadena lateral en Apolares
y Polares.
A su vez los aminoácidos polares pueden subdividirse de acuerdo a los grupos funcionales que
presentan en su cadena lateral polar como: Acidos, Básicos y Neutros.
Para poder clasificar fácilmente los aminoácidos en cada uno de los tipos descritos, es necesario
recordar las características físico-químicas de los principales grupos orgánicos, así es como
podemos generalizar que:
SABIENDO RECONOCER LA CADENA LATERAL DE UN AMINOACIDO ES POSIBLE
DETERMINAR SU NATURALEZA POLAR O APOLAR DE ACUERDO A LOS PRINCIPIOS GENERALES DE LA QUIMICA ORGANICA.
Tabla N°1: Clasificación de los aminoácidos de acuerdo a su cadena lateral.
APOLARES POLARES
BÁSICOS
POLARES
NEUTROS POLARES ACIDOS
Glicina
Alanina
Valina
Leucina
Isoleucina
Prolina
Fenilalanina
Tirosina*
Triptófano
Lisina
Histidina
Arginina
Metionina
Asparagina
Glutamina
Serina
Treonina
Cisteína**
Acido Aspártico
Acido Glutámico
** La Tirosina a pesar de ser clasificada como un aminoácido apolar, su cadena lateral es básica desde el punto de
vista de las propiedades ácido - base.
*La Cisteina a pesar de ser clasificada como un aminoácido polar neutro, su cadena lateral es básica del punto de
vista de las propiedades ácido – base.
Aminoácidos
Según
cadena
lateral
APOLAR
HIDRÓFOBOS
POLAR
HIDROFÍLICOS
ÁCIDOS
BASICOS
NEUTROS
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Tabla N°2: Clasificación elemental y estructura de los aminoácidos estándares. (En rojo se señala
el esqueleto diferencial de los -aminoácidos)
Cadena Lateral
Apolares
Glicina (Gly)
O
NH2
CH OH
H
Aminoácidos con cadena
lateral hidrógeno
Prolina (Pro)
C
O
CHNH
CH2
CH2CH2
OH
Aminoácidos con cadena
lateral hidrocarbonada ciclada
con el grupo -amino
Alanina (Ala)
C
O
CH
NH2
CH3
OH
Aminoácidos con cadena
lateral hidrocarbonada
C
CH
O
NH2
CH
CH3
CH3 OH
Valina (Val)
Leucina (Leu)
C
CH
O
CH2
NH2
CH
CH3
CH3
OH
C
CH
O
NH2
CH
CH2
CH3
CH3
OH
Isoleucina (Ile)
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Cadena Lateral
Apolares
Fenilalanina (Phe)
O
CH2
NH2
OH
Aminoácidos con cadena
lateral aromática
Tirosina (Tyr)
O
CH2
NH2
OH
OH
Triptófano (Trp)
O
CH2
NH2
NH
OH
Cadena Lateral
Polar Básica
O
NH2
NH2
CH2
CH2CH2
CH2 OH
Lisina (Lys)
Aminoácidos de cadena
lateral con grupo
amina
O
CH2
NH2
CNH
CH
NCH
OH
Histidina (His)
C
NH
O
NH
NH2
NH2
CH2 CH2
CH2 OH
Arginina (Arg)
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Cadena Lateral
Polar Neutra
Asparagina (Asn)
CH2
C
O
O
NH2
NH2
OH
Aminoácidos de cadena
lateral con grupo
amida
Glutamina (Gln)
C
O
O
CH2
CH2
NH2
NH2
OH
O
CH
NH2
OH
CH3
OH
Treonina (Thr)
Aminoácidos de cadena
lateral con grupo hidroxilo O
NH2
CH2
OH OH
Serina (Ser)
Metionina (Met)
O
CH
NH2
S CH2
CH2CH3 OH
Aminoácidos de cadena
lateral con grupo
tioéter
O
NH2
SH
CH2
OH
Cisteína (Cys)
Aminoácidos de cadena
lateral con grupo
sulfhidrilo
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Cadena Lateral
Polar Ácida
OH
OH
NH2O
O
C
CH2
Acido Aspártico (Asp)
Aminoácidos de cadena
lateral con grupo
carboxílico
C
O
CH2
O
CH2
OHOH
NH2
Acido Glutámico (Glu)
Además de los aminoácidos estándares se han encontrado otros aminoácidos como componentes de
sólo ciertos tipos de proteínas. Cada uno de éstos deriva de uno de los 20 aminoácidos estándares
mediante una reacción de modificación que tiene lugar una vez que se ha incorporado el
aminoácido estándar en la proteína.
Tabla N°3: Estructura de otros aminoácidos encontrados en ciertos tipos de proteínas que son
derivados de los aminoácidos estándares.
4-hidroxiprolina
C
O
CHNH
CH2
CH2
OH
OH
O
NH2
NH2 CH2CH2
CH2 OH
OH
-hidroxilisina
C
O
CH
O
CH2
OHOH
NH2C
OH O
Acido carboxiglutámico
O
NH2
CH2
OOHPO3H2
o-fosfoserina
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Ximena Arias Página 10 20/08/2013
Existen otros aminoácidos biológicamente importantes, como -alanina, D-Alanina, sarcosina,
ornitiona, L-homoserina, ácido -aminobutírico, D-ácido glutámico, L-tiroxina, a los cuales se los
encuentra libres o integrando moléculas no proteínicas, es decir, estos aminoácidos no se
encuentran en las proteínas.
2.3 PROPIEDADES ÁCIDO-BASE DE LOS AMINOÁCIDOS
Todos los -aminoácidos obtenidos por hidrólisis de proteínas, presentan un grupo ácido (grupo -
carboxilo) y un grupo básico (grupo -amino), razón por la cual se les considera neutros. Sin
embargo, ciertas propiedades físicas y químicas no son consistentes con la estructura básica.
Se podría pensar que los -aminoácidos presenten propiedades físicas semejantes a las aminas y
ácidos carboxilicos estructuralmente similares.
Si analizamos la glicina, -aminoácido más pequeño, sería de esperar que fuera un líquido con un
punto de fusión entre la etanamina y el ácido etanoico, pero la glicina es un sólido con un punto de
fusión muy superior, semejante al de un compuesto iónico.
H2NCH2CH3 H2NCH2COOH CH3COOH
pf = -80,6 °C pf = 233 °C pf = 16,6 °C
Al contrario de las aminas y ácidos carboxílicos, los aminoácidos son sólidos cristalinos, no-
volátiles, y funden con descomposición a altas temperaturas.
Esto se explica considerando las propiedades ácido-base de los -aminoácidos y la proximidad
mutua de los grupos -carboxilo y -amino.
C
O
CH
NH2
R
OH
GRUPO -CARBOXILO
GRUPO -AMINO CARBONO
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Ximena Arias Página 11 20/08/2013
La existencia, en una misma molécula, de grupos ácidos y básicos, da a los aminoácidos
propiedades eléctricas particulares. Como se ha visto, el grupo carboxilo se comporta como un
ácido o dador de protones, mientras que le grupo amino acepta protones; actúa como base.
En estado cristalino o en soluciones acuosas, estos compuestos se encuentran disociados, con
cargas positivas y negativa sobre la misma molécula. Por esta razón, se dice que los aminoácidos
son iones dipolares, anfolitos o anfóteros.
La carga eléctrica del aminoácido dependiendo del pH del medio ambiente en le cual esta disuelto,
es decir, pueden ionizarse como:
a) Un ácido, el grupo -COOH libera el protón, quedando como el anion (-COO-)
b) Una base, el grupo -NH2 captan protones, quedando como el cation (-NH3+)
c) O pueden aparecer como ácido y base a la vez. En este caso los aminoácidos se ionizan
doblemente, apareciendo una forma dipolar iónica llamada zwitterion (sal interna), con carga
neta cero.
Los -aminoácidos son realmente compuestos ionicos.
C
O
CH
NH3+
R
O-
C
O
CH
NH3+
R
OH
C
O
CH
NH2
R
O-
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Recuerda que el grupo amino y el ácido carboxílico tienen formas conjugadas de carácter
ácido/base, las cuales dependen del pH de la solución donde se encuentran.
GRUPO CARBOXILO
Forma Acida Forma Básica + H+
R C
O
OH
R
C
O
O-
+ H+
GRUPO AMINO
Forma Acida Forma Básica + H+
R NH3+
R – NH2 + H+
Las constantes de equilibrio, Ka, para las formas ácidas son de alrededor de 10-2
para el grupo
carboxilo (Ka1) y de aproximadamente 10-9
para el grupo amino (Ka2). Por lo tanto, los valores de
pKa1 2 y pKa2 9.
Cuando el pH es inferior a 2, casi todos los grupos carboxilos están en forma de ácido conjugado
(sin carga) y casi todos los grupos aminos están en su forma de ácido conjugado (con carga +1). El
aminoácido encuentra principalmente como la especie Protonada.
Cuando el pH es superior a 9, casi todos los grupos carboxilos están en forma de base conjugada
(con carga –1) y casi todos los grupos aminos están en su forma de base conjugada (sin carga). El
aminoácido se encuentra preferentemente como la especie No-Protonada.
Cuando el pH esta entre 2 y 9, casi todos los grupos carboxilos están en su forma de base conjugada
(con carga –1) y casi todos los grupos aminos están en su forma de ácidos conjugados (con carga
+1). El aminoácido se encuentra mayoritariamente como la especie Zwitterion.
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En conjunto, por tanto, un aminoácido puede adoptar varias formas con carga, que depende del pH.
C
O
CH
NH3+
R
OH
C
O
CH
NH3+
R
O-
C
O
CH
NH2
R
O-
Si el pH es inferior a 2 los
grupos amino y carboxilo
se encuentran en formas de
ácido conjugado.
Carga neta = +1
Si el pH está entre 2 y 9 el grupo
amino se encuentra en forma de
ácido conjugado y el grupo
carboxilo en forma de base
conjugada
Carga Neta = 0
Si el pH es superior a 9 los
grupos amino y carboxilo se
encuentran en formas de
base conjugada.
Carga Neta = -1
Si el aminoácido se coloca en un campo eléctrico, la forma anionica de este viaja hacia el electrodo
positivo, la forma cationica viaja hacia el electrodo negativo y el ion dipolar permanece
estacionario.
+ -
-OOC-CH-NH2 (forma aniónica)
| R
(forma catiónica) HOOC-CH-NH3+
| R
-OOC-CH-NH3
+ |
R (ion dipolar- no hay migración)
Electrodo positivo Electrodo negativo
Electrodos
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Ximena Arias Página 14 20/08/2013
Hay un valor de pH, característico para cada aminoácido, en el cual la disociación de cargas
positivas y negativas se iguala y, por lo tanto, la carga total del aminoácido es nula. A este valor de
pH se le denomina punto isoeléctrico (pI). Cualquier aminoácido en el cual las cargas positivas y
negativas están equilibradas (Zwitterion) se encuentra en su punto isoeléctrico.
Si la cadena lateral de un aminoácido posee un grupo ionizable, en su ionización se debe tomar en
cuenta este valor de pKaR (pKa de cadena lateral).
Dependiendo de las características ácido-base de la cadena lateral tendremos distintos sistemas en
equilibrio.
Caso 1: Aminoácido con cadena lateral Apolar o Polar Neutra
En general, los aminoácidos que poseen una cadena lateral neutra, sin algún otro grupo ácido o
básico en su estructura, presentan dos valores de pKa. Un valor cercano a 2, para la pérdida de un
protón del ácido conjugado del grupo -carboxilo (pKa1), y el otro, cercano a 9, para la pérdida del
protón del ácido conjugado del grupo -amino (pKa2). El punto isoeléctrico es el promedio entre los
valores de pKa, es decir cercano a 6 (cercano a neutro)
EJEMPLO: ALANINA
En equilibrio se tendrá:
y el punto isoeléctrico estará dado por
pKa1 + pKa2
pI = = 6,01
2
O
CH3
H3N
OH
+ O
CH3
H3N
O
O
CH3
H2N
O
pKa1=2,34 pKa2=9,69 + _ _
Carga +1
pH < pKa1
Carga 0
pH = pI
Carga –1
pH > pKa2
O
CH3
H2NOH
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Deben considerarse como excepción en este grupo a la tirosina, un aminoácido apolar, y la cisteína,
un amonoácido polar neutro, cuyos grupos actúan como ácidos débiles. (ver tabla 3)
Caso 2: Aminoácido con cadena lateral Polar Ácida
Este tipo de aminoácido presenta tres valores de pKa. El pKa1 y el pKa2 característicos y el
pKaR para la pérdida de un protón del ácido carboxílico de la cadena lateral (R). El punto isoeléctrico
estará dado por el promedio entre el pKa1 y el pKaR, es decir cercano a 3 (ácido).
EJEMPLO: ACIDO ASPÁRTICO
En equilibrio se tendrá:
y el punto isoeléctrico estará dado por
pKa1 + pKaR
pI = = 2,77
2
Carga +1
pH < pKa1
Carga 0
pH = pI
Carga –1
pKa2 < pH < pKaR
Carga -2
pH > pKaR
OH
O
H2N
HO
O
NH3
+
OH
O
OH
O
NH3
+
O-
O
OH
O
NH3
+
O-
O
O-
O
pKa1 = 1,88 pKaR = 3,65 pKa2 = 9,60
NH2O
-
O
O-
O
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Caso 3: Aminoácido con cadena lateral Polar Básica
Este tipo de aminoácido presenta también tres valores de pKa. El pKa1 y el pKa2 característicos
y el pKaR para la pérdida de un protón de la amina (acido conjugado) de la cadena lateral (R). El punto
isoeléctrico estará dado por el promedio entre el pKa2 y el pKaR, es decir entre 8 y 10 (básico).
EJEMPLO: LISINA
En equilibrio se tendrá:
y el punto isoeléctrico estará dado por
pKa2 + pKaR
pI = = 9,74
2
En general, los valores de pKR para los grupos ionizables se encuentran alejados del pH habitual en
nuestro organismo (cercano a la neutralidad), con excepción de la histidina cuyo pKR es 6,00. la
histidina es el único aminoácido que actúa como amortiguador al pH fisiológico (pH 7).
O H
O
H 3 N
+
NH 3 +
pKa 1 = 2,18 pKa
2 = 8,95 pKa R = 10,53
O-
O
H 3 N
+
NH 3 +
O-
O
H 2 N
NH 3 +
O-
O
H 2 N
NH 2
Carga +2
pH < pKa1
Carga +1
pKa1< pH < pKa2
Carga 0
pH = pI
Carga -1
pH > pKaR
OH
O
H2N
NH2
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Autores: Ximena Arias I.; Roberto Bravo M.
Ximena Arias Página 17 20/08/2013
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 10.76
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 5.97
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
Leucina* 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
Valina* Val V 2.32 9.62 5.97
* aminoácidos esenciales para el ser humano
2.4 PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DE LOS AMINOÁCIDOS
Las propiedades físicas de los aminoácidos son coherentes con su estructura de sal interna de
elevada polaridad.
Son sólidos cristalinos de elevado punto de fusión, a menudo con descomposición, que originan
soluciones acuosas que poseen constantes dieléctricas relativamente elevadas.
Son insolubles en disolventes no polares, y su moderada solubilidad en agua depende del pH en el
que se encuentren. Siendo menos soluble en agua cuando se encuentra como Zwitterion, es decir,
cuando el pH = pI y más soluble a pH extremos, es decir, muy ácidos o muy básicos.
La estructura precisa de un aminoácido se encuentra determinada por el pH del medio en el que está
disuelto.
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Autores: Ximena Arias I.; Roberto Bravo M.
Ximena Arias Página 18 20/08/2013
Los aminoácidos participan en muchas reacciones químicas. Algunas de ellas comprenden a los
grupos -carboxilo y -amino, otras son específicas de las cadenas laterales y sirven para
identificar en una muestra la existencia de un aminoácido en particular.
Un reactivo muy utilizado para el reconocimiento de -aminoácidos es la ninhidrina. El grupo -
amino da con esta sustancia un compuesto de color púrpura. La prolina, en cambio, da un color
amarillo.
La ninhidrina también se utiliza en la determinación colorimétricas de concentración de
aminoácidos. La reacción es notablemente sensible y permite medir pequeñas cantidades de
aminoácidos del orden nanomolar (10-9
molar).
Los aminoácidos reaccionan con o-ftalaldehído para dar un derivado indólico fluorescente. La
técnica fluorométrica permite medir concentraciones menores a 10-15
molar, siendo por tanto más
sensible que la colorimétrica.
Dos moléculas de aminoácidos pueden establecer enlaces covalentes entre el carbono carboxilo del
grupo -carboxilo de uno y el nitrógeno del grupo -amino de otro. Esta unión, denomina
peptídica o enlace peptídico, es del tipo amida y se produce con pérdida de agua.
3.- EL ENLACE PEPTÍDICO
Las proteínas están formadas por la unión de aminoácidos mediante un enlace peptídico.
La formación del enlace peptídico es un ejemplo de reacción de condensación que es un tipo de
reacción frecuente en las células vivas.
ENLACE PEPTIDICO
NH2
C
CH
R
N
C
COOHR
H
O
H
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Ximena Arias Página 19 20/08/2013
El producto formado cuando se unen dos aminoácidos se llama dipéptido. El carbono carboxilo del
grupo -carboxilo se une al nitrógeno del grupo -amino, liberándose una molécula de agua y
formando un enlace peptídico.
Es posible seguir agregando unidades aminoacídicas con el mismo tipo de unión para formar
tripéptidos, tetrapéptidos, pentapéptidos, etc.
Cada vez que se añade un aminoácido a la cadena, debe eliminarse una molécula de agua. Así la
porción de cada aminoácido que permanece en la cadena se denomina residuo de aminoácido.
NH2 C COOH
H
R
+ NH2 C COOH
H
R
NH2 C C
H
R
N C COOH
R
H
O
H
+ OH2
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Ximena Arias Página 20 20/08/2013
El grado de complejidad que es posible en la estructura de un péptido es verdaderamente
asombroso. Por ejemplo:
a) A partir de 2 aminoácidos distintos existen 2 arreglos posibles para dipéptido.
b) A partir de 3 aminoácidos distintos existen 6 arreglos posibles para dipéptido.
c) A partir de 4 aminoácidos distintos existen 24 arreglos posibles para dipéptido.
d) A partir de 8 aminoácidos distintos existen 40320 arreglos posibles para dipéptido.
Los estudios de difracción de rayos X de cristales de aminoácidos y de dipéptidos y tripéptidos
simples demostraron que los átomos asociados con el enlace amida C-N de un péptido son
coplanares. Esto indicaba la existencia de una resonancia, es decir, que el oxígeno carbonilo y el
nitrógeno amida compartían parcialmente dos pares de electrones.
Resonancia del enlace peptídico
El enlace peptídico tiene un comportamiento similar al de un enlace doble, es decir, presenta una
cierta rigidez a la unión C-N y no permite la rotación libre de esos átomos. Esta limitación tiene
varias consecuencias:
a) Los cuatro átomos directamente vinculados al enlace peptídico (O, C, N e H) se encuentran en
el mismo plano, es decir son coplanares, al igual que los carbono unidos al carbono y al
nitrógeno del enlace amida.
b) Aunque el enlace peptídico es coplanar, el grupo de átomos alrededor del enlace peptídico
puede darse en dos configuraciones posibles, trans y cis.
R
C N
O
H
R
R
C N+
O-
H
R
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Ximena Arias Página 21 20/08/2013
c) En realidad, suele estar favorecida la forma trans, dado que en la configuración cis pueden
interferir los grupos R voluminosos sobre los carbono adyacentes.
d) En la configuración favorecida, el oxígeno y el hidrógeno del enlace peptídico quedan en
posición trans al igual que los dos carbonos alfa (C). Del mismo modo, la cadena lateral (R) y
el hidrógeno, unidos al carbono alfa (C) se proyectan fuera del plano que contienen a los otros
átomos.
La rigidez del enlace peptídico limita el número de conformaciones (estructura tridimensional) que
un polipeptido puede adoptar.
La rotación es libre en los enlaces C-C y N-C. Los angulos de rotación de los enlaces se
denominan pór convención (psi) para el enlace C-C y (phi) para el enlace N-C. En la
siguiente figura se muestra la conformación extendida de la cadena que corresponde a = +180° y
= +180°
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Ximena Arias Página 22 20/08/2013
Toda cadena polipeptídica tiene un extremo en el cual queda un aminoácido con su grupo -
amino libre; por convención, se considera a éste como el comienzo 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 el cual queda un aminoácido con su grupo -
carboxilo libre; por convención, se considera a éste como el final de la cadena (se escribe en el
extremo derecho) y se le llama extremo carboxilo o residuo C-terminal.
Los aminoácidos constituyentes de péptidos o proteínas pierden en la unión peptídica el OH del
grupo -carboxilo de un aminoiácido y un H del grupo -amina de otro aminoácido, por ello, una
vez integradas en la cadena, las unidades que forman el polímero son restos o residuos de
aminoácidos.
En general, se denominan polipéptidos los polímeros formados por más de 10 residuos de
aminoácidos.
Cuando la cadena polipeptídica tiene 50 unidades de aminoácidos, lo cual corresponde a una masa
molecular aproximadamente mayor a 6000, la molécula es considerada una proteína. Por debajo de
esa masa, se acostumbra a designarlos simplemente como péptidos.
No hay un límite preciso entre péptidos y proteínas; el valor de 6000 como masa molecular es
arbitrario y se ha elegido porque es la masa aproximada de insulina, hormona producida en el
páncreas y primera proteína cuya estructura completa fue conocida con exactitud.
Los enlaces peptídicos pueden hidrolizarse hirviéndolos en ácidos fuertes (HCl 6,0M) o bien con
bases fuertes (NaOH 6,0M), dando como producto a los aminoácidos constituyentes.
Los enlaces peptídicos también se pueden hidrolizar mediante ciertas enzimas denominadas
enzimas proteolíticas o proteasas. Muchas de estas enzimas son específicas con relación al enlace
que fragmentan, por ejemplo, la Trombina rompe el enlace peptídico en donde se encuentre el
residuo de aminoácido argenina y cualquier otro residuo de aminoácido que no sea prolina.
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4.- ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS
Las proteínas son polímeros naturales (polipéptidos) de elevado peso molecular y los monómeros
que se combinan para formarla son los -L-aminoácidos.
Si las proteínas poseen sólo -aminoácidos se clasifican como Proteínas Simples y si contiene un
componente químico diferente de los -aminoácido llamado grupo prostético; los cuales pueden
ser iones metálicos o moléculas orgánicas pequeñas, las proteínas se clasifican como Proteínas
Conjugadas.
Las proteínas conjugadas a la vez se clasifican de acuerdo al grupo prostético que presenten, por
ejemplo:
Lipoproteína, contiene lípidos (1-lipoproteína de la sangre)
Glucoproteína, contiene glúcidos (inmunoglobulina G)
Metaloproteína, contiene un metal específico (ferritina)
Fosfoproteína, contiene fosfato (Caseina)
De esta manera se puede clasificar las proteínas conjugadas por medio del siguiente esquema:
Proteína
Conjugada
Constituida el 99% por: trazas de:
CADENA
POLIPEPTÍDICA
UNIDAD NO
POLIPEPTÍDICA
Copolímeros de
-L- aminoácidos
Iones Metálicos o Moléculas
Orgánicas no proteicas
De la conformación final adoptada por la proteína (estructura tridimensional) dependerá la función
que ésta tenga en el ámbito celular.
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Cada proteína tiene un orden definido de residuos de aminoácidos y la conformación posterior que
adopte una proteína depende de su secuencia de aminoácidos y de las fuerzas de interacción
intermoleculares (puente salino o ion-ion, dipolo-dipolo, ion –dipolo, puente de hidrógeno, Van der
Waals) y un enlace covalente llamado puente disulfuro.
La estructura de las proteínas es muy compleja, razón por la cual resulta conveniente describirla en
distintos niveles de organización.
La organización de una proteína viene definida por cuatro niveles estructurales denominados:
estructura primaria, estructura secundaria, estructura terciaria y estructura cuaternaria.
El siguiente esquema representa la organización de la proteína hemoglobina.
4.1 ESTRUCTURA PRIMARIA
La estructura primaria corresponde a la secuencia definida de los residuos de aminoácidos presentes
en la proteína. Nos indica qué aminoácidos componen la cadena polipeptídica y el orden en que
dichos aminoácidos se encuentran.
Para mayor comprensión de la estructura primaria debes tener en cuenta los siguientes hechos.
a) El enlace peptídico es planar. Cada enlace peptídico tiene carácter parcial de doble enlace u
no puede rotar.
b) El oxígeno carbonilo (C=O) tiene carga parcial negativa y el nitrógeno amida (N-H) carga
parcial positiva, lo que da lugar a un pequeño dipolo eléctrico.
c) Los átomos de oxígeno e hidrógeno de cada enlace peptídico se encuentran en disposición
trans.
d) Cada enlace peptídico en relación con el siguiente guardan una suerte de disposición
preferentemente trans.
e) Las cadenas laterales ( R) de cada aminoácido, guardan una disposición preferentemente
trans una con la otra.
f) Toda proteína posee un extremo amino terminal y un extremo carboxilo terminal.
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El siguiente esquema muestra una estructura primaria de un polipéptido constituido por 10
aminoácidos, por lo que esta compuesto por 9 enlaces peptídicos.
4.2. ESTRUCTURA SECUNDARIA
La estructura secundaria es la disposición espacial regular de los residuos de aminoácidos, es decir,
formas regulares de plegado de la cadena polipeptídica.
Los aminoácidos, a medida que van siendo enlazados durante la síntesis de proteínas y gracias a la
capacidad de giro de sus enlaces, adquieren una disposición espacial estable y regular, la estructura
secundaria.
Existen unas pocas clases básicas de estructuras secundarias, siendo las más importantes:
La forma -hélice: En esta estructura el esqueleto polipeptídico se encuentra compactamente
enrollado alrededor del eje longitudinal de una molécula, y los grupos R de los residuos de los
aminoácidos sobresalen del esqueleto helicoidal ( = -57 y = - 47).
Las interacciones adicionales que se producen entre las cadenas laterales de los aminoácidos
pueden estabilizar o desestabilizar la estructura -hélice.
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Restricciones a la estabilidad de la -hélice:
1.- Repulsión o atracción electrostática entre cadenas laterales próximas. Por ejemplo, a pH fisiológico
la cadena lateral de la ácido glutámico se encuentra como ion carboxilo (-COO-) y los de la lisina
como ion amino (-NH3+), lo que originaría una atracción electrostática desestabilizadora de la
hélice
2.- Efecto estérico de tamaño. Por ejemplo, la serina, el triptofano y la leucina presentan cadenas
laterales voluminosas por lo que su proximidad genera un efecto estérico (muy cercano: 3 o 4
residuos), desestabilizadora de la hélice.
3.- Efecto Prolina, no es posible la rotación alrededor del enlace N-C de la prolina y además no se
puede formar interacciones puente de hidrógeno con su enlace peptídico, generando una acción
desestabilizadora de la hélice.
4.- Interacciones entre los aminoácidos de los extremos de la hélice y el dipolo electrico inherente a
esta estructura. Los aminoácidos cargados negativamenete se encuentran situados cerca del
extremo N-terminal del segmento helicoidal, ejerce una acción estabilizadora de la hélice; un
aminoácido cargado positivamente situado en el extremo N-terminal es desestabilizante de la
helice. En el caso del extremo C-Terminal ocurre lo contrario.
La forma hoja -plegada o lamina plegada: El esqueleto de la cadena polipeptídica se
encuentra extendido en zig-zag en lugar de plegarse como en la -hélice. La -plegada
antiparalela presenta = -139° y = +135° y la paralela presenta = -119° y = +113°.
Las interacciones adicionales que se producen entre las cadenas laterales de los aminoácidos
pueden estabilizar o desestabilizar la estructura -plegada.
Cuando dos o más hojas plegadas paralela o antiparalelas se encuentran densamente
empaquetadas en una proteína los grupos R de las superficies de contacto deben ser relativamente
pequeños para permitir el empaquetamiento (Glicina y/o Alanina).
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Tabla N°4: Características de las dos formas de estructuras secundarias más comunes
-hélice hoja -plegada
El esqueleto es compacto.
Hélice es dextrogira.
Se repite cada 18 residuos, que representan
cinco vueltas.
Se estabiliza por una interacción
intermolecular puente de hidrógeno entre los
enlaces peptídicos, de tal manera que cada
oxigeno carbonilo del residuo n, esta unido
por puente de hidrogeno al nitrógeno amida
del residuo n+4, en dirección N C
terminal. Por lo tanto, hay un puente de
hidrogeno cada 4 enlaces peptídicos
Los puentes de hidrógeno intrahelicoidales
son casi paralelos al eje de la hélice con los
grupos carbonilo apuntando hacia el extremo
C-terminal.
La hélice es de tipo 3,6 r13
Cada giro de hélice se compone de 3,6
residuos de aminoácidos.
Se forma una estructura anular de 13 átomos
(el oxígeno carbonilo, 11 átomos de columna
y el hidrógeno amídico)
Los cuatro primeros y los cuatro últimos
residuos no participan en los puentes de
hidrogeno
Todos los grupos R quedan proyectados
hacia fuera de la hélice.
El interior de la hélice es hidrofóbica
El esqueleto de la cadena polipéptidica se
encuentra extendida en zig-zag.
También se estabiliza por una interacción
intermolecular puente de hidrógeno entre
los enlaces peptídicos, que pueden ser
intracatenarios, es decir, entre residuos de
la misma cadena polipeptídica, o bien
intercatenarios, es decir, entre residuos de
cadenas polipeptídicas distintas.
Los grupos R de las cadenas laterales por
lo general son pequeños (glicina y alanina)
para favorecer el empaquetamiento.
Los grupos R de las cadenas laterales de
residuos de aminoácidos adyacentes
sobresalen de la estructura en direcciones
opuestas.
Las cadenas polipeptídicas pueden ser
paralelas (con la misma orientación amino-
carboxilo en el polipeptido) o antiparalelas
(con orientaciones opuestas).
El giro o codo es un conector habitual
entre cadenas antiparalelas.
Las conexiones entre la cadenas
polipeptídica paralelas son con una torsión
generalmente hacia la derecha.
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Las hojas -plegadas tienden a ser dextrogiratorias a causa de que la conformación ligeramente
torcida es más estable que la lineal. Esta tendencia, implica la observación de dos agrupaciones
particularmente estable: el barril y la silla . Estas estructuras forman el núcleo de muchas
proteínas.
En los codos o giro , que se encuentran habitualmente en aquellos lugares donde la cadena
polipeptídica cambia abruptamente de dirección, a menudo se encuentran residuos de prolina y/o
glicina.
Existen otras estructuras repetitivas, a menudo presentes en sólo una proteína o un pequeño número
de proteínas especializadas. Muchas veces son consideradas estructuras supersecundarias o
proteínas fibrosas. Por ejemplo, la hélice del colágeno que en realidad es una triple hélice de tres
cadenas polipeptídicas, cada una de ellas con aproximadamente 1000 residuos de aminoácidos.
Otros ejemplos de proteínas fibrosas son:
Las -queratina, en las cuales predomina la estructura -hélice, son las proteínas más importantes
del pelo y las uñas y forman una parte importante de la piel animal.
La -queratinas, como lo indica su nombre, contienen muchas estructuras de hoja -plegada, y se
encuentran principalmente en aves y reptiles, en estructuras como las plumas y las escamas.
Fibroína, en las cuales predomina la estructura hoja -plegada, se presenta en la seda de la araña y
del gusano de seda.
Elastina, forman fibras elásticas que se hallan en los ligamentos y en los vasos sanguíneos.
Las proteínas fibrosas comprenden las principales proteínas de la piel, tejido conjuntivo y de las
fibras de los animales como el pelo y la seda.
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4.3. ESTRUCTURA TERCIARIA
La estructura terciaria informa sobre la disposición de la estructura secundaria de un polipéptido al
plegarse sobre sí misma originando una conformación globular. Razón por la cual, algunos autores,
a menudo, las denominan proteínas globulares.
La conformación globular facilita la solubilidad en agua y así realizar funciones de transporte,
enzimáticas, hormonales, etc.; a diferencia de las proteínas fibrosas que son insolubles en agua y de
forma filamentosa o alargada, y por ende, la mayoría de ellas desempeña funciones estructurales en
las células y tejidos animales.
La mioglobina es una proteína globular típica: con sólo una ojeada a su estructura tridimensional,
comparándola con el colágeno, por ejemplo, se revela inmediatamente esta diferencia cualitativa.
Muchas proteínas globulares llevan un grupo prostético, moléculas pequeñas que pueden estar
enlazadas de modo covalente o no covalente a la proteína y capacitarla para que cumpla funciones
especiales. En el caso de la mioglobina, el grupo prostético corresponde a ferroporfirina (grupo
“hemo”), el cual esta unido de forma no covalente con la cadena polipeptídica.
A diferencia de la estructura secundaria, la estructura terciaria de la mayor parte de las proteínas es
específica de cada molécula y es determinante en su función.
(a) Estructura terciaria de la mioglobina (b) Grupo hemo
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El plegamiento para formar la estructura terciaria no es inmediato, primero se agrupan conjuntos de
estructuras secundarias denominadas dominios que luego se articulan para formar la estructura
terciaria definitiva.
La mayoría de las proteínas globulares pequeñas tienden a presentar un dominio, mientras que las
más grandes presentan más de un dominio (Dominio es una región compacta plegada localmente).
Los dominios están unidos entre sí mediante una hebra de seguimiento (generalmente irregular).
Los diferentes dominios pueden realizar funciones diferentes e incluso un mismo tipo de dominio
puede existir en proteínas diferentes.
A pesar de la gran diversidad de las estructuras terciarias, hay algunas características que son comunes
a todas ellas:
a) Hacia el interior de la estructura quedan proyectados los grupos R hidrofóbicos (excepto en las
proteínas de membrana que es al revés).
b) Hacia el exterior de la estructura quedan proyectados los grupos hidrofílicos (excepto en las
proteínas de membrana que es al revés)
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c) Las hojas -plegadas están generalmente enrolladas o envueltas en estructuras cilíndricas. Por
ejemplo, la hexoquinasa (dominio 2) y piruvato quinasa (dominio 1)
d) La cadena polipeptídica puede doblarse o girarse de diversas maneras para ir desde un segmento de
hoja -plegada o -helice al siguiente.
e) Los giros pueden ser de dos tipos:
i) Giros : involucra 4 aminoácidos; el carbonilo del residuo n unido por puente de
hidrógeno al hidrógeno amida del residuo n+3.
ii) Giros : involucra 3 aminoácidos; el carbonilo del residuo n unido por puente de
hidrógeno al hidrógeno amida del residuo n+2.
f) La formación de los giros en la cadena polipeptídica durante el plegamiento y la dirección y ángulo
de estos giros, están determinadas por el número y la localización de aminoácidos específicos
promotores de su formación, como Prolina, Serina y Glicina
g) Las zonas de las proteínas globulares que no pueden clasificarse como estructura -hélice, lamina
-plegada o giro , se les denomina zonas de ovillo aleatorio o zonas irregulares.
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Mientras que la estructura secundaria viene determinada por las interacciones de corto alcance entre
residuos de aminoácidos, la estructura terciaria es el resultado de interacciones de largo alcance en
la secuencia de aminoácidos.
INTERACCIONES QUE ESTABILIZAN LA ESTRUCTURA TERCIARIA
INTERACCIONES CARGA - CARGA
PUENTE SALINO
Principalmente interacciones entre aminoácidos
ácidos y básicos ionizados.
Dependientes del pH del medio
INTERACCIONES PUENTES DE
HIDROGENO INTERNOS
Cadenas laterales dadoras o receptoras de puente
-OH de Serina o Treonina
-NH2 de Asparagina no ionizado
-COOH de Acido Glutámico no ionizado
-NR2 del anillo de Histidina.
INTERACCIONES FUERZAS DE VAN
DER WAALS
Cadenas laterales apolares
ENLACE PUENTES DISULFURO
Enlace covalente que se produce entre residuos de
Cisteína.
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A pesar de que cada proteína tiene una estructura única, parece ser que varios modelos de
plegamiento terciario aparecen repetidamente en proteínas que, por otra parte, son muy diferentes
en cuanto a función biológica y secuencia de aminoácidos.
a) Plegamiento barril /. Esta estructura se observa en muchas enzimas; a menudo se encuentra
un sitio de fijación de cofactores o sustratos en un bolsillo cerca del extremo del barril.
b) Otro de los motivos estructurales es el Haz de cuatro hélices. Las hélices adoptan una ligera
inclinación de modo que forman un bolsillo interior que a menudo contiene un sitio de fijación
para metales u otros cofactores esenciales para la función biológica
c) Un tercer motivo tiene una hoja en conformación silla formando un núcleo estable, rodeado a
menudo por un número determinado de regiones -helicoidales. Se encuentra esta estructura en
muchas enzimas.
d) Finalmente, en otro motivo aparece un sandwich de hojas , superpuestas de tal manera que las
cadenas de las hojas forman una estructura cruzada parecida a un tejido cuando se observan
desde arriba. Esto hace que exista un bolsillo hidrofóbico entre las hojas que suele ser un sitio
de unión de una molécula planar e hidrofóbica.
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4.4 ESTRUCTURA CUATERNARIA
Este nivel de organización es propio de aquellas proteínas formadas por más de una cadena
polipeptídica. Cada una de estas cadenas polipeptídicas recibe el nombre de protómero. (o
subunidad)
La estructura cuaternaria corresponde a agregados específicos de dos o más cadenas polipeptídicas
plegadas.
Las subunidades pueden ser idénticas o muy diferentes entre si.
El número de subunidades varía desde dos como en la hexoquinasa, cuatro como en la
hemoglobina, o muchos como la cápside del virus de la poliomielitis, que consta de 60 subunidades
proteicas.
La estructura tridimencional de la desoxihemoglobina, una proteína con cuatro polipéptidos, dos
alfa-globinas (una se muestra en blanco y la otra en azul claro) y dos beta-globinas (una se muestra
en azul oscuro y la otra en tono púrpura). En rojo se representa al grupo hem (complejo pegado a la
proteína que contiene hierro, y sirve para transportar oxígeno).
a) Una representación en cintas b) Un modelo de esfera
Las interacciones entre las subunidades son las mismas que presentan las estructuras terciarias.
Interacciones no covalentes (Puente salino, Puente de hidrógeno, fuerzas de Van der Waals) y
covalentes (Puente disulfuro).
La secuencia de aminoácidos en una cadena polipeptídica determina las propiedades y la estructura
de la proteína.
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La Ley de Anfinsen establece que las estructuras secundarias, terciarias y cuaternarias son
determinadas por la estructura primaria (secuencia de aminoácidos).
5.- PROPIEDADES DE LAS PROTEINAS
5.1. Especificidad.
La especificidad se refiere a su función; cada una lleva a cabo una determinada función y lo realiza
porque posee una determinada estructura primaria y una conformación espacial propia; por lo que
un cambio en la estructura de la proteína puede significar una pérdida de la función.
Además, no todas las proteínas son iguales en todos los organismos, cada individuo posee proteínas
específicas suyas que se ponen de manifiesto en los procesos de rechazo de órganos transplantados.
La semejanza entre proteínas, es un grado de parentesco entre individuos, por lo que sirve para la
construcción de "árboles filogenéticos"
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5.2. Desnaturalización.
La funcionalidad de las proteínas está estrictamente relacionada con una determinada conformación
tridimensional. A la conformación fisiológicamente activa de una proteína se denomina estructura
nativa.
La conformación nativa es muy sensible a los cambios que pueden ocurrir en su entorno.
La desnaturalización es un fenómeno que tiene lugar cuando estos cambios del entorno dan lugar a
una alteración de la estructura nativa o natural de la proteína que provoca una pérdida de su
actividad biológica, es decir, se pierde la conformación tridimensional resultando una estructura no
nativa.
La conformación no nativa consiste en la pérdida de la estructura cuaternaria, terciaria y/o
secundaria, como consecuencia de la ruptura las fuerzas de interacción que las estabilizan.
La desnaturalización se puede producir por agentes desnaturalizantes (ver tabla anexa).
AGENTES DENATURANTES DE PROTEINAS
CALOR Rompe las interacciones hidrofóbicas y los puentes de
hidrogeno.
RADIACION DE MICROONDAS Rompe las interacciones hidrofóbicas y los puentes de
hidrogeno.
RADIACION ULTRAVIOLETA Idem a las anteriores
AGITACION MECANICA VIOLENTA Provoca debilitamiento de las fuerzas de Interacción,
alargando su longitud.
DETERGENTES Afecta los puentes de hidrogeno y los puentes salinos
SOLVENTES ORGÁNICOS (ETANOL,
ACETONA, 2-PROPANOL)
Interfieren con los puentes de hidrogeno y las
interacciones hidrofóbicas
ACIDOS Y BASES FUERTES Rompen puentes de hidrogeno, puentes salinos y si su
efecto es muy prolongado puede provocar hidrólisis
del enlace peptídico
SALES DE METALES PESADOS Interfieren con los puentes salinos y los puentes
disulfuro
UREA Interfiere y rompe los puentes disulfuro
Todas las proteínas desnaturalizadas (no nativas) tienen la misma conformación, muy abierta y con
una interacción máxima con el disolvente, por lo que una proteína soluble en agua cuando se
desnaturaliza se hace insoluble en agua y precipita.
En algunos casos, si las condiciones naturales de la proteína se restablecen, una proteína
desnaturalizada puede volver a su anterior plegamiento o conformación, proceso que se denomina
renaturalización.
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La modificación de alguna interacción que contribuya en forma esencial la conformación nativa,
puede ser suficiente para denaturalizar una proteína. Este proceso puede ser reversible y en tal caso
de habla de renaturalización.
En algunos casos la renaturalización recupera el 95% a 100% de la actividad biológica, como
ocurre cuando están implicados puentes disulfuros en las posiciones esenciales.
DENATURACION Y RENATURALIZACION DE UNA PROTEINA CON PUENTES
DISULFUROS.
Adición de Urea
y
Mercaptoetanol
Estado Nativo
Biológicamente Activo
Estado Desplegado (no nativo)
Enlaces disulfuro reducidos
Eliminación de Urea y
Mercaptoetanol
SH
SH
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6.- CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS
HOMOPROTEÍNAS
HETEROPROTEÍNAS
Formadas solamente por aminoácidos Formadas por una fracción proteínica y
por un grupo no proteínico, que se
denomina “grupo prostético”
1) Globulares
a) Prolaminas: Zeína (maíz), gliadina
(trigo), hordeína (cebada)
b) Gluteninas: Glutenina (trigo),
orizanina (arroz).
c) Albúminas: Seroalbúmina (sangre),
ovoalbúmina (huevo), lactoalbúmina
(leche)
d) Hormonas: Insulina, hormona del
crecimiento, prolactina, tirotropina
e) Enzimas: Hidrolasas, Oxidasas,
Ligasas, Liasas, Transferasas... etc.
1) Glucoproteínas
a) Ribonucleasa
b) Mucoproteínas
c) Anticuerpos
d) Hormona luteinizante
e) Nucleoproteínas
f) Nucleosomas de la cromatina
g) Ribosomas
2) Fibrosas
a) Colágeno: en tejidos conjuntivos,
cartilaginosos
b) Queratinas: En formaciones
epidérmicas: pelos, uñas, plumas,
cuernos.
c) Elastinas: En tendones y vasos
sanguíneos
d) Fibroínas: En hilos de seda, (arañas,
insectos)
2) Lipoproteínas :
a) HDL
b) VLDL
c) Apoproteínas
3) Metaloproteínas
a) Cromoproteínas
b) Hemoglobina, hemocianina, mioglobina.
c) Citocromos
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7.- FUNCIONES DE LAS PROTEÍNAS
7.1 FUNCIÓN DE TRANSPORTE
En los seres vivos son esenciales los fenómenos de transporte, bien para llevar una molécula
hidrofóbica a través de un medio acuoso (transporte de oxígeno o lípidos a través de la sangre) o bien
para transportar moléculas polares a través de barreras hidrofóbicas (transporte a través de la
membrana plasmática). Los transportadores biológicos son siempre proteínas.
Transporte de protones a través de
membranas
Transporte a través de membranas
(cotransporte sodio-aminoacido)
7.2 FUNCIÓN ESTRUCTURAL
Las células poseen un citoesqueleto de naturaleza proteica que constituye un armazón alrededor
del cual se organizan todos sus componentes, y que dirige fenómenos tan importantes como el
transporte intracelular o la división celular. En los tejidos de sostén (conjuntivo, óseo, cartilaginoso) de
los vertebrados, las fibras de colágeno forman parte importante de la matriz extracelular (de color
claro en la figura) y son las encargadas de conferir resistencia mecánica tanto a la tracción como a la
compresión.
Componentes del citoesqueleto Matriz extracelular
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Ximena Arias Página 41 20/08/2013
7.3 ENZIMÁTICA
La gran mayoría de las reacciones metabólicas tienen lugar gracias a la presencia de un
catalizador de naturaleza proteica específico para cada reacción. Estos biocatalizadores reciben el
nombre de enzimas. La gran mayoría de las proteínas son enzimas.
7.4 FUNCIÓN HORMONAL
Las hormonas son sustancias producidas por una célula y que una vez secretadas ejercen su
acción sobre otras células dotadas de un receptor adecuado. Algunas hormonas son de naturaleza
proteica, como la insulina y el glucagón (que regulan los niveles de glucosa en sangre) o las hormonas
segregadas por la hipófisis como la hormona del crecimiento, o la calcitonina (que regula el
metabolismo del calcio).
Acción hormonal en células adyacentes Acción hormonal en células lejanas
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7.5 RECONOCIMIENTO DE SEÑALES QUÍMICAS
La superficie celular alberga un gran número de proteínas encargadas del reconocimiento de
señales químicas de muy diverso tipo. Existen receptores hormonales, de neurotransmisores, de
anticuerpos, de virus, de bacterias, etc. En muchos casos, los ligandos que reconoce el receptor
(hormonas y neurotransmisores) son, a su vez, de naturaleza proteica.
7.6 FUNCIÓN DE DEFENSA
La propiedad fundamental de los mecanismos de defensa es la de discriminar lo propio de lo
extraño. En bacterias, una serie de proteínas llamadas endonucleasas de restricción se encargan de
identificar y destruir aquellas moléculas de DNA que no identifica como propias. En los vertebrados
superiores, las inmunoglobulinas se encargan de reconocer moléculas u organismos extraños y se unen
a ellos para facilitar su destrucción por las células del sistema inmunitario.
Inmunoglobulina G La respuesta inmune
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7.7 FUNCIÓN DE MOVIMIENTO
Todas las funciones de motilidad de los seres vivos están relacionadas con las proteínas. De los
muchos tipos de movimientos que muestran los seres vivos, el que mejor conocemos es la contracción
muscular necesaria para el movimiento corporal. Todos los músculos, al igual que otros sistemas
contráctiles que encontremos, se basan en la interacción de dos proteínas principales, la actina y la
miosina. Sin embargo, existen algunos tipos de movimientos dirigidos, movimientos de células
individuales y de partes de células, que no dependen del sistema actina-miosina, sino que utilizan otros
mecanismos proteicos. Así, por ejemplo, los fenómenos como el batido de los cilios (foto de la
izquierda) y los flagelos (figura de la derecha), el movimiento de los cromosomas y de las organelas en
el interior de las células, se realiza mediante interacciones de diversas proteínas con los microtúbulos,
estructuras filamentosas formadas por una proteína denominada tubulina.
7.8 FUNCIÓN DE RESERVA
La ovoalbúmina de la clara de huevo, la lactoalbúmina de la leche, la gliadina del grano de
trigo y la hordeína de la cebada, constituyen una reserva de aminoácidos para el futuro desarrollo del
embrión.
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7.9 FUNCIÓN REGULADORA
Muchas proteínas se unen al DNA y de esta forma controlan la transcripción génica. De esta
forma el organismo se asegura que la célula, en todo momento, tenga todas las proteínas necesarias
para desempeñar normalmente sus funciones.
Las distintas fases del ciclo celular son el resultado de un complejo mecanismo de regulación
desempeñado por proteínas como la ciclina.
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