AMINOACIDOS, AMINOACIDOS, PEPTIDOS Y PROTEINASPEPTIDOS Y PROTEINAS

Blga. Roxana Mestas ValdiviaArea de Química BiológicaDepartamento de Biología

Universidad Nacional de San Agustín

FUNCIONES DE LAS PROTEÍNAS

Como las glucoproteínas que forman parte de las membranas.Las histonas que forman parte de los cromosomasEl colágeno, del tejido conjuntivo fibroso.La elastina, del tejido conjuntivo elástico.La queratina de la epidermis.

Ovoalbúmina, de la clara de huevoGliadina, del grano de trigoLactoalbúmina, de la leche

Son las más numerosas y especializadas.Actúan como biocatalizadores de las reacciones químicas

Estructural

Enzimática

Hormonal

Insulina y glucagónHormona del crecimientoCalcitoninaHormonas tropas

DefensivaInmunoglobulinarombina y fibrinógeno

Transporte

HemoglobinaHemocianinaCitocromos

Reserva

En los microorganismos, plantas y animales se encuentran unos 300 aminoácidos.

Solamente 20 aminoácidos son codificados por el DNA para formar las proteínas.

Muchas proteínas contienen aminoácidos modificados y partes no proteicas (grupos prostéticos)

Los aminoácidos son compuestos sólidos, cristalinos, de elevado punto de fusión, solubles en agua, con actividad óptica y con comportamiento químico anfótero.

AMINOACIDOS

ESTRUCTURA DE LOS AMINOACIDOS

Esenciales: arginina, histidina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, fenilalanina, treonina, triptófano y valina.

No-esenciales: alanina, asparagina, ácido aspártico, cisteína, ácido glutámico, glutamina, glicina, prolina, serina y tirosina.

CLASIFICACION DE LOS AMINOACIDOS

1. Por su valor nutricional

No polares: alifáticos: G, A, V, L, I, MNo polares: aromáticos: F, Y, WPolar: sin carga: S, P, T, C, N, QPolar: con carga positiva: K, H, RPolar: con carga negativa: D, E

2. Por su cadena lateral basado en la polaridad

No polares alifáticos

No polares aromáticos

Polar sin carga

Polares cargados positivamente

Polares cargados negativamente

3. Por su afinidad con el agua

AMINOACIDOS NO ESTANDARAMINOACIDOS NO ESTANDARAMINOÁCIDOS MODIFICADOS POSTRADUCCIONALMENTE EN

PROTEÍNAS

Aminoácidos que no están en proteínas

sirve como sustancia protectora

de la presión osmótica

DERIVADOS DE AMINOACIDOS

•Actividad óptica: todos los aminoácidos, excepto la glicina, poseen un carbono asimétrico (carbono alfa), enlazado a cuatro radicales diferentes: un grupo amino, un grupo carboxilo, un radical R y un hidrógeno. Debido a esta característica, los aminoácidos presentan actividad óptica, es decir, son capaces de desviar el plano de luz polarizada que atraviesa una disolución de aminoácidos.

Si un aminoácido desvía el plano de luz polarizada hacia la derecha, se denomina dextrógiro Si un aminoácido desvía el plano de luz polarizada hacia la izquierda, se denomina levógiro

Propiedades de los aminoácidosPropiedades de los aminoácidos

Un aminoácido tendrá una configuración D si el grupo -NH2 se halla situado a la derecha

Un aminoácido tendrá una configuración L si el grupo -NH2 se halla situado a la izquierda

La disposición L o D es independiente de la actividad óptica. Por ello, un L-aminoácido podrá ser levógiro o dextrógiro, e igual ocurrirá con la configuración D.

•Comportamiento químico: los aminoácidos, en disolución acuosa, muestran un comportamiento anfótero, es decir, pueden ionizarse, dependiendo del pH, como un ácido (los grupos -COOH liberan protones), como una base (los grupos -NH2 captan protones) o como un ácido y una base a la vez. En este último caso, los aminoácidos se ionizan doblemente, apareciendo una forma dipolar iónica llamada zwitterion.

VALORES DE pK DE LOS AMINOACIDOSVALORES DE pK DE LOS AMINOACIDOS

Es aquel pH en que el aminoácido tiene una carga eléctrica neta igual a cero, por lo tanto “la concentración de la forma aniónica es igual a la concentración de la forma catiónica.”

Se dice que a ese pH el aminoácido tiene su mínima solubilidad, es característico de cada aminoácido y no se mueve en un campo eléctrico.

Punto Isoeléctrico o Punto Isoiónico (pI)

CALCULO DEL PUNTO ISOELÉCTRICOCALCULO DEL PUNTO ISOELÉCTRICO

La mayor parte de los aminoácidos tienen un grupo amino y un grupo ácido, en este caso el pH isoeléctrico es la media de los pKs de los grupos amino y ácido.

Ejemplo: pI de la Glicina

En cualquier aminoácido el “punto isoeléctrico” se calcula con los pKa vecinos al “zwitterion” (carga eléctrica = cero)

El “punto isoeléctrico” depende si el aminoácido es básico, neutro o ácido:

aminoácido básico: pI = 7,5 a 11,2; aminoácido neutro: pI = 5 a 6,3;aminoácido ácido: pI = 2,8 a 3,2.

Ejemplo: pI de la LisinaEjemplo: pI de la Lisina

Titulación de la glicina

Titulación del ácido glutámico

Titulación de la histidina

grupos químicos aromáticos absorben luz uvABSORCION DE LUZ UVABSORCION DE LUZ UV

EL ENLACE PEPTIDICOEL ENLACE PEPTIDICO

Los aminoácidos polimerizan formando polipéptidos mediante enlaces peptídicos El enlace peptídico es un enlace amida formado por unión del grupo α-carboxilo y el

grupo α- amino de dos aminoácidos Los aminoácidos unidos se llaman residuos de aminoácido Los residuos se nombran con la terminación “il” comenzando por el extremo N-terminal

EL enlace peptídico es plano y rígidoLos seis atomos del grupo peptídico están en el mismo plano debido al carácter de doble enlace parcial del enlace peptídico

Características estructurales del enlace Características estructurales del enlace peptídicopeptídico

Características estructurales del enlace Características estructurales del enlace peptídicopeptídico

La conformación del esqueleto peptídico puede describirse en términos de dos ángulos diedros:

Phi(Φ) y Psi (Ψ)Phi (Φ) es el ángulo diedro para el enlace N-Cα.Psi (Ψ) es el ángulo diedro para el enlace Cα-C.

Hay libre rotación alrededor alrededor de los enlaces Cα-CO y Cα-N

Características estructurales del enlace Características estructurales del enlace peptídicopeptídico

Conformaciones CIS y TRANSPrácticamente todos los enlaces peptídicos en proteínas se disponen en configuración TRANS (excepto Prolina).

PEPTIDOS Y PROTEINASPEPTIDOS Y PROTEINAS

Péptido: hasta 50 aminoácidos. Oligopéptido: péptido pequeño. Polipéptido: péptido grande. Proteínas oligoméricas: formadas por subunidades

idénticas llamadas protómeros. Proteínas simples y conjugadas (grupo prostético)

PEPTIDOSPEPTIDOS

Pentapéptido serilgliciltirosilalanil-leucina o Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu

SGYAL

El glutation es un tripéptido constituido por tres aminoácidos: glicina, cisteína y ácido glutámico (γ-glutamil-L-cisteinilglicina). Es un antioxidante intracelular para lo cual usa el grupo tiol de la cisteína como agente reductor. Protege a las células de productos oxidantes derivados del metabolismo de oxígeno.

La oxitocina es un péptido de nueve aminoácidos (un nonapéptido). Hormona sexual. Estimula la secreción de la leche y la contracción uterina durante el parto.

La vasopresina es una hormona pequeña (oligopéptido) constituida por nueve aminoácidos. Interviene en la regulación del equilibrio hídrico

PROTEINAS

Las proteínas son polímeros lineales de α-aminoácidos con amplia variabilidad estructural y funciones biológicas muy diversas.

CLASIFICACION DE LAS PROTEINAS

1. Por su composición

A) Simples u holoproteínas: son aquellas que por hidrólisis total dan sólo α-aminoácidos, como es el caso de la ubiquitina, una proteasa intracelular formada por 53 aa.

B) Conjugadas o heteroproteínas: son aquellas que por hidrólisis producen no solamente aminoácidos sino también otros compuestos orgánicos o inorgánicos. La porción no aminoacídica se denomina grupo prostético.

Apoproteína solo la cadena polipeptídica holoproteína apoproteína + grupo prostético

2. Por su grupo prostético:

albúminas: proteínas que son solubles en agua o en disoluciones salinas diluidas.

globulinas: requieren concentraciones salinas más elevadas para permanecer en disolución.

prolaminas: solubles en alcohol. Son ricas en prolina. glutelinas: sólo se disuelven en disoluciones ácidas o

básicas. Se encuentran en el trigo. escleroproteínas: son insolubles en la gran mayoría de

los disolventes. Forman parte de los tejidos de sostén y revestimiento (colágeno, elastina, queratina).

Protaminas: solubles en agua y en amoniaco diluido. Son polipéptidos básicos.

Histonas: solubles en agua y ácidos diluidos. Insolubles en amoniaco diluido.

2. Por su solubilidad

proteínas globulares: constituídas por cadenas polipeptídicas plegadas estructuralmente de modo que adoptan formas esférica y globulares compactas. Su función en la célula es dinámica

proteínas fibrosas: constituídas por cadenas polipeptídicas de modo paralelo a lo largo de un eje, formando fibras o láminas. Las proteínas fibrosas, por lo general, tienen funciones estructurales.

3. Por su conformación

NIVELES ESTRUCTURALES DE LAS PROTEINAS

Es la secuencia de aminoácidos de la proteína. Nos indica qué aminoácidos componen la cadena polipeptídica y el orden en que dichos aminoácidos se encuentran. La función de una proteína depende de su secuencia y de la forma que ésta adopte.

ESTRUCTURA PRIMARIA

ESTRUCTURA SECUNDARIA

Es la disposición de la secuencia de aminoácidos en el espacio. 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 las α-hélices y las hoja-β plegadas, Estas se estabilizan por puentes de hidrógeno entre el nitrógeno y el oxígeno de los grupos –NH y –C=O

ALFA HELICE

Estructura rígida en forma de varilla que se forma cuando una cadena polipeptídica se retuerce en una conformación helicoidal a la derecha

Un puente de H entre el CO de un aminoácido y el NH del cuarto por detrás

3,6 aa por vuelta de hélice La estructura se repite cada

5.4 Å a lo largo del eje de la hélice

1,5 Amstrong (0,15 nm) de distancia entre vuelta y vuelta

Dextrógira Las cadenas laterales de los

aa se dirigen hacia afuera

Repulsión o atracción electrostática entre residuos. Impedimento estérico (entre residuos adyacentes y entre

residuos separados por 3 ó 4 aminoácidos). La prolina y la glicina tienen un efecto desestabilizador de la

alfa hélice.

FACTORES QUE AFECTAN A LA ESTABILIDAD DE LA HELICE α

HOJAS BETA PLEGADAS

En la conformación β el esqueleto de la cadena polipetídica se encuentra en zigzag.

Estructura unida por puentes de hidrógeno, los cuales son perpenticulares a los ejes de las cadenas.

Los grupos R de los aminoácidos se proyectan hacia arriba o hacia abajo del plano de la hoja plegada.

La distancia axial entre los residuos adyacentes es 3.5 Å.

Son elementos de conexión entre hélices alfa y/o láminas beta.

Determinan un cambio de dirección de las cadenas polipeptídicas.

Se forma un puente de hidrógeno entre un residuo (n) y el situado tres aminoácidos después (n + 3)

La prolina y la glicina abundan en los giros beta

GIROS BETA (β)

COLAGENO

Proteína más abundante de los vertebrados.

Se encuentra en el tejido conjuntivo de tendones, cartílagos, matriz orgánica de huesos y córnea del ojo.

Hélice levógira más compacta que la alfa hélice. Superhélice dextrógira formada por enrollamiento de 3 hélices (tropocolágeno)

Gli, Ala, 4-0H-Pro, 5-0H-Lys muy abundantes.

El tripéptido Gly-X-Pro aparece repetido numerosas veces a lo largo de la cadena del colágeno

Pauling y Corey postularon su modelo de hoja beta tras analizar los datos de difracción de rayos X de la fibroína de la seda, proteína formada por hojas beta antiparalelas ordenadas. La mayoría de estas proteínas están formadas por repeticiones de la secuencia:-[Gly-Ala-Gly-Ala-Gly-Ser-Gly-Ala-Ala-(Ser-Gly-Ala-Gly-Ala-Gly)8]n-

Dado que los residuos de las cadena laterales se disponen alternativamente a uno y otro lado de la cadena polipeptídica, los hidrógenos de la glicina se situarían a un lado de la cadena y los grupos metilo e hidroximetilo, de la alanina y serina, se situarían al otro lado de la cadena permitiendo un estrecho empaquetamiento de las cadenas. La flexibilidad de la fibroína de la seda se debe a que las cadenas se mantienen unidad solo por fuerzas de van der Waals entre las cadenas laterales

FIBROINA DE LA SEDA

ESTRUCTURAS SUPERSECUNDARIAS

Son combinaciones de elementos de estructura secundaria que forman patrones definidos.

También se denominan motivos estructurales y son la base para la clasificación estructural de las proteínas

ESTRUCTURA TERCIARIA

La Estructura Terciaria describe el plegamiento de la cadena polipeptídica para ensamblar los diferentes elementos de la estructura secundaria en un ordenamiento particular.

En el interior se agrupan residuos residuos hidrofóbicos. Los polares se exponen al exterior.

La ausencia de agua facilita las interacciones ióniacas y los enlaces de hidrógeno

Presentan dominios estructurales

MANTENIMIENTO DE LA ESTRUCTURA TERCIARIA

La Mioglobina de cachalote Representación de cintas que incluye las cadenas laterales de los residuos hidrofóbicos Leu, Ile, Val y Phe (azul) y el grupo hemo (rojo).

La ribonucleasa es una proteína globular pequeña (Mr 13,700), es una enzima secretada por el páncreas al intestino delgado, donde cataliza la hidrólisis de ciertos ácidos ribonucleicos. Esta proteína presenta conformación de α-hélice y hojas β plegadas, con cuatro puentes disulfuro entre los diferentes lazos de la cadena polipeptídica

El Citocromo C actúa como un componente de la cadena respiratoria en mitocondrias. Es una hemoproteína (Mr 12,400) formada por una única cadena cadena polipeptídica de aproximadamente 100 residuos y un único grupo hemo. Esta proteína está formado por α-hélice, giros β y segmentos extendidos o plegados irregularmente

La lisozima (Mr 14,600), es una enzima que abunda en la clara de huevo y en las lágrimas humanas y cataliza la rotura hidrolítica de los ;olisacáridos de las paredes celulres de algunas bacterias. Presenta segmentos α-hélice y hojas β plegadas, con cuatro puentes disulfuro entre los diferentes lazos de la cadena polipeptídica

DOMINIOS ESTRUCTURALES

Región de la cadena polipeptídica que puede plegarse de manera estable e independiente

ESTRUCTURA CUATERNARIA

Asociación no covalente de varias cadenas polipeptídicas. Cada una de estas cadenas polipeptídicas recibe el nombre de protómero.

Subunidades = monómeros = protómeros

Las subunidades se organizan de manera simétrica

Ventajas de la asociación Mayor estabilidadRegulación alostérica Estabilidad mismo tipo de

enlaces que la estructura terciaria

HOMO MULTIMEROS

Es muy común encontrar copias de la misma cadena asociadas no covalentemente. Estos complejos, son generalmente

simétricos. Debido a que las proteínas son inherentemente objetos asimétricos, los multímeros presentan casi siempre simetría rotacional alrededor de uno o mas ejes. La mayoría de las enzimas de las vías metabólicas se agregan en esta

forma, formando dimeros, trimeros, tetrámeros, hexámeros, octámeros decámeros, dodecámeros. La razón de esta

asociación es para adquirir propiedades regulatorias como cooperatividad y alosterismo.

HETERO MULTIMEROS

Diferentes proteínas (cadenas polipeptídicas plegadas en su estructura terciaria) se agregan para formar una

unidad .

Las diferentes cadenas tienen diferentes funciones, todas relacionadas, por ejemplo, una cadena es

responsable de la unión, otra es responsable de la regulación y una tercera de la actividad enzimática

PROTEINAS HIDROSOLUBLES Y PROTEINAS DE MEMBRANA

DESNATURALIZACION DE DESNATURALIZACION DE PROTEINASPROTEINAS

Una proteína se desnaturaliza cuando se altera su estructura nativa Esto ocasiona cambios en sus propiedades físicas, químicas y

biológicas. Se produce por tratamiento con agentes físicos y agentes químicos.

Agentes desnaturalizantes Ácidos y bases fuertes Disolventes orgánicos (alcoholes, cetonas, cloroformo) Detergentes (SDS) Agentes reductores (mercaptoetanol) Compuestos polares neutros (urea, guanidina) Sales a elevada concentración Aumento de temperatura Agresión mecánica (agitación, trituración)

¿Cuándo se desnaturaliza una proteína?

Desnaturalización y renaturalización

de la RNasa

PURIFICACION DE PROTEINASPURIFICACION DE PROTEINAS

1. Obtención del extracto crudo

2. Fraccionamiento del extracto crudo por precipitación con sulfato amónico y diálisis

3. Cromatografía en columna: Por su carga: cromatografía de intercambio iónico Por su masa: cromatografía de filtración molecular Por sus propiedades biológicas: cromatografía de afinidad

4. Electroforesis en gel: Electroforesis en poliacrilamida-SDS Enfoque isoeléctrico Electroforesis bidimensional

Diálisis

CromatografíaCromatografíade exclusiónde exclusiónmolecularmolecular

CromatografíaCromatografíade intercambio de intercambio iónicoiónico

CromatografíaCromatografíade afinidadde afinidad

Separación de proteínas por electroforesisSeparación de proteínas por electroforesisen geles de poliacrilamida-SDSen geles de poliacrilamida-SDS

Determinación de la masa molecular de una proteína por electroforesis en poliacrilamida-SDS

Separación de proteínas por electroenfoqueSeparación de proteínas por electroenfoque

Electroforesis bidimensional de proteínasElectroforesis bidimensional de proteínas

Espectrometría Espectrometría de masade masa

Secuenciamiento de proteínasSecuenciamiento de proteínas

Alineamiento múltipleAlineamiento múltiple

Análisis FilogenéticosAnálisis FilogenéticosEvolución de familias de proteínasCreación de árboles taxonómicosReconstrucción evolutiva de rutas metabólicas

Predicción de estructuras 3DPredicción de estructuras 3D