Aminoácidos y Proteínas

Bioquímica Kinesiología

UNLaM 2016

Proteínas

• Constituyen las moléculas orgánicas más abundantes de las células (50% del peso seco).

• Son macromoléculas, formadas por aminoácidos(monómeros) unidos mediante uniones peptídicas.

• Fundamentales para estructura-función de sistemas biológicos.

• Fundamentales para estructura-función de sistemas biológicos.

• Formadas por unidades estructurales, los α-aminoácidos.

• Aproximadamente 20 aminoácidos conforman todas las proteínas.

• También existen otros aminoácidos no proteicos.

Proteínas- Funciones

Defensa

Aminoácidos

• Son las unidades estructurales (monómeros) que conforman las proteínas.

• Todos a excepción de la Prolina, tienen similar estructura química.estructura química.

Aminoácidos- estructura química

Grupo ácido carboxílico

Grupo amino

αααααααα

Darán la identidad a los 20 αααα-aminoácidos

Iminoácidos (Prolina)

Aminoácidos- propiedades químicas

• Estereoisomería

• Comportamiento anfotérico

• Propiedades ácido-base

• Punto isoeléctrico

Aminoácidos- Estereoisomería

Esteroisomería- Act. Óptica

• Los aminoácidos aislados de los organismos vivosson en su grandísima mayoría pertenecientes a la serie L.

• La hidrólisis de una proteína dará lugar a aminoácidos con actividad óptica Recordamos: (+) dextrógiro , (-)

• La hidrólisis de una proteína dará lugar a aminoácidos con actividad óptica Recordamos: (+) dextrógiro , (-) levógiro

• Existen algunos aminoácidos aislados de bacterias y microorganismos que pertenecen a la serie D (excepción que confirma la regla de más arriba= L).

Propiedades ácido-base de los aminoácidos: anfoterismo

ácido neutro básico

El comportamiento anfótero se refiere a que, en disolución acuosa, losaminoácidos son capaces de ionizarse, dependiendo del pH, como un ácido (cuandoel pH es básico), como una base (cuando el pH es ácido) o como un ácido y unabase a la vez (cuando el pH es neutro). En este último caso adoptan un estadodipolar iónico conocido como zwitterión.

Propiedades ácido-base de los aminoácidos: Punto Isoeléctrico

GlicinaGlicina

El pH en el cual

un aminoácido

tiende a adoptar

una forma dipolar

neutra

(zwitterion) se

denomina Punto

Isoeléctrico (pI).

Clasificación de los aminoácidosEsencialesEsenciales No esencialesNo esencialesValinaValina Alanina Alanina Leucina Leucina TirosinaTirosinaIsoleucina Isoleucina GlutaminaGlutaminaFenilalanina Fenilalanina Glicina Glicina Triptofano Triptofano Ácido aspárticoÁcido aspárticoTriptofano Triptofano Ácido aspárticoÁcido aspárticoMetioninaMetionina Ácido glutámico Ácido glutámico TreoninaTreonina SerinaSerinaLisinaLisina ProlinaProlina

HistidinaHistidina (infancia)(infancia) AsparraginaAsparraginaCisteínaCisteínaArgininaArginina

Unión peptídica

Unión amida

Dipéptido

Agua

1. En un enlace peptídico, los átomos del grupo carboxilo y delgrupo amino se sitúan en un mismo plano, con distancias yángulos fijos. Es importante observar que los seis átomos (Cα,C=O, NH y Cα) son co-planares

2. El amino libre de un extremo y el carboxilo libre del otro extremode la cadena reciben el nombre de N-terminal y C-terminal

Enlace peptídico

de la cadena reciben el nombre de N-terminal y C-terminalrespectivamente. Por convenio, los aminoácidos se numerandesde el N-terminal.

3. El enlace peptídico tiene un comportamiento similar al de unenlace doble, es decir, presenta una cierta rigidez que inmovilizaen un plano los átomos que lo forman. Se genera además unmomento dipolar que estabiliza la molécula y deja los distintos Ren posición Trans

4. Además es un enlace más corto que otros enlaces C-N. Esto leimpide girar libremente, los únicos enlaces que pueden girar sonlos Cα-C y los Cα-N que no corresponden al enlace peptídico.

Enlace peptídico

los Cα-C y los Cα-N que no corresponden al enlace peptídico.

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La organización de una proteína viene definida por cuatro niveles estructurales ( o cuatro niveles de organización) denominados:

1. ESTRUCTURA PRIMARIA

Estructura de las proteínas

1. ESTRUCTURA PRIMARIA2. ESTRUCTURA SECUNDARIA3. ESTRUCTURA TERCIARIA 4. ESTRUCTURA CUATERNARIA

Cada una de estas estructuras informa de la disposición de la anterior en el espacio.

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Niveles de organización de las proteínas

Estructura primaria• Viene dada fundamentalmente por la secuencia (orden) de los aminoácidos que componen la proteína. Se caracteriza porque se estabiliza por uniones covalentes tipo amida.

• Debido al carácter bi-funcional de los aminoácidos, la cadena lineal (secuencia) una proteína (polímero de aminoácidos), tiene un sentido (extremos NH2 y COOH cadena lineal (secuencia) una proteína (polímero de aminoácidos), tiene un sentido (extremos NH2 y COOH terminales).

• Por convención, se escribe la secuencia de izquierda a derecha desde el extremo NH2 al COOH.

• Las interacciones entre los restos laterales de los aminoácidos dan origen a la estructura secundaria , cuya conformación toma forma en el espacio.

• Esta conformación se estabiliza por Puentes de hidrógeno , no covalentes intercatenarios. Ante la presencia del aminoácido cisteina también pueden estabilizarse por uniones covalentes

Estructura secundaria

cisteina también pueden estabilizarse por uniones covalentes “Puente Disulfuro” .

• La estructura secundaria puede ser:– Conformación ɑ (Hélice)

– Conformación β (Hoja plegada )

– Conformaciones menos frecuentes Existen sectores de los polipéptidos cuya estructura no está bien definida: los enroscamientos aleatorios o “ad-random”.

• El colágeno posee unadisposición en hélice especial,mas alargada que la α-hélice,debido a la abundancia deprolina e hidroxiprolina.

Hélice de colágeno

• Estos aa poseen unaestructura que dificulta laformación de enlaces dehidrógeno, por lo que se formauna hélice más extendida, consólo tres aminoácidos porvuelta.

Estructura terciaria• Está dada por el plegamiento de la cadena polipeptídica en el espacio , adquiriendo una forma tridimensional .

• Es en general muy diversa, pero se distinguen dos formas básicas:

– Globulares: Las proteínas globulares suelen ser solubles en agua ysoluciones salinas (y son estabilizadas por hidratación y concentración deiones. Pertenecen a este grupo las enzimas, proteínas de membrana(receptores, anticuerpos), proteínas de transporte, etc. Poseen α-hélices(receptores, anticuerpos), proteínas de transporte, etc. Poseen α-hélicesinternas y láminas β el exterior (hacia el solvente).Ej.Anticuerpo

– Fibrosas o filamentosas: En general estructurales (β-queratina,colágeno, elastina); poco solubles en agua. Ej Colágeno

αααα - hélice 3(αααα - hélice) colágenoAnticuerpo

Estructura terciaria

• Este plegamiento está estabilizado por interacciones electrostáticas (no covalentes) de diverso tipo:

– Fuerzas de Van der Waals: de naturaleza débil, sólo se ponen de manifiesto entre grupos muy próximos.

– Uniones iónicas: entre los grupos COO- y NH +, – Uniones iónicas: entre los grupos COO- y NH3+,

así como entre éstos grupos e iones presentes en el medio (Na+,K+,Cl-,etc.).

– Puentes de hidrógeno: en mayor medida entre COO-, NH3

+, NH+,SH y NH2, N, S de residuos (R) laterales.

– Interacciones hidrofóbicas: entre residuos no polares (leucina, isoleucina, valina, fenilalanina, triptófano, metionina, etc.).

Estructura terciaria

• Además, pueden estabilizarse mediante uniones covalentes, como el puente disulfuro (S-S), que se establece entre dos cisteínas:

Estabilización de estructura terciaria

Estructura cuaternaria• Cuando dos o más cadenas polipeptídicas se unen entre sí para dar la estructura final de la proteína nativa, se dice que esta posee estructura cuaternaria.

• Esto genera complejos macromoleculares complejos de elevado peso molecular.

• En la estructura cuaternaria, cada cadena polipeptídica recibe el nombre de subunidad.

• Las fuerzas que estabilizan éstas proteínas son las mismas que las que hemos visto hasta ahora, por suerteN

Estructura cuaternaria

Estructura cuaternaria -Hemoglobina

La función de una proteína depende de su secuenciade aminoácidos y de la forma que ésta adopte. Elcambio de un solo aa de la secuencia de la proteínapuede tener efectos muy importantes, como el cambiode un solo aa en la hemoglobina humana que provocala anemia falciforme.

Importante

Clasificación de las proteínas• Hemos visto que de acuerdo a su forma, las proteínas

pueden ser globulares o fibrosas.

• De acuerdo a su composición, además pueden ser:

– Las compuestas únicamente por aminoácidos, – Las compuestas únicamente por aminoácidos, denominadas proteínas simples,

– Las que se encuentran asociadas a otras moléculas (DNA, lípidos, azúcares, moléculas orgánicas, metales, etc.), denominadas proteínas conjugadas. En este caso la

Holoproteína = Apoproteína + Grupo Prostético.

Clasificación de las proteínasSIMPLES Albuminas Solubles en agua

Prolaminas Vegetales. Ricas en Prolina

Protaminas Alto contenido de Arg

Glutelinas Vegetales, forma el glúten

Escleroproteínas Colágenos, queratinas.

Predominan Gly, Pro e hidroxi-

Pro. Insolubles en agua.

CONJUGADAS Nucleoproteínas Histonas, unión a DNA CONJUGADAS Nucleoproteínas Histonas, unión a DNA (empaquetamiento)

Lipoproteínas Portan lípidos de variada índole (colesterol, fosofolípidos, etc.)

Glucoproteínas Están modificadas por azúcares en Ser, Thr (Anticuerpos, receptores)

Cromoproteínas El grupo prostñetico les confiere color (hemoproteínas)

Proteoglicanos Matriz del Tejido Conjuntivo,

modificadas con GAGs

Fosfoproteínas Grupos fosfato en Ser

Propiedades de las proteínas

Solubilidad Desnaturalización y renaturalización Especificidad Capacidad

amortiguadora

De función De especie

� La solubilidad de estas moléculas se debe a losradicales R que, al ionizarse, establecen puentes dehidrógeno con las moléculas de agua. Así, laproteína queda recubierta de una capa de moléculasde agua que impide que se pueda unir a otrasproteínas, lo que provocaría su precipitación.

Solubilidad

proteínas, lo que provocaría su precipitación.

� La solubilidad dependedel pH, temperatura,concentración iónica...

Capa de moléculas de agua

Desnaturalización: Consiste en la pérdida de todas las estructuras de orden superior (secundaria, terciaria y cuaternaria) quedando la proteína reducida a un polímero con estructura primaria.

Consecuencias inmediatas son:- Disminución drástica de la solubilidad de la

proteína, acompañada frecuentemente de

Desnaturalización y renaturalización

proteína, acompañada frecuentemente deprecipitación

- Pérdida de todas sus funciones biológicas- Alteración de sus propiedades hidrodinámicas

Renaturalización:En algunas situaciones, cuando se retira el agente que provocó la desnaturalización , se puede volver a la proteinaNativa .Este proceso se denomina Renaturalización

Conformación nativa- desnaturalizada

La especificidad es doble:

• De especie: cada proteína es exclusiva de cadaespecie, incluso de individuo, siendo sólo funcional

Especificidad

especie, incluso de individuo, siendo sólo funcionalen esos organismos.

• De función: cada proteína realiza sólo unadeterminada función. La exactitud de su secuencia ,asegura la función.El centro activo se relaciona con un solo sustrato

Las proteínas, al estar constituidas poraminoácidos, tienen un comportamiento anfótero.Tienden a neutralizar las variaciones de pH delmedio, ya que pueden comportarse como un ácidoo una base y, por tanto, liberar o retirar protones(H+) del medio-

Capacidad amortiguadora

(H+) del medio-

La carga depende de los grupos polares de losradicales R de los aminoácidos. Según sea esacarga tienen la capacidad de ceder o aceptarprotones , cumpliendo así función Buffer.