ENZIMAS: Clase 3 aminoacidos 2015-1

BIOQUIMICACLASE 3

digitalizado por Melilds 1


Aminoácidos: estructura, clasificación y propiedades. Enlace peptídico: estructura y propiedades de los péptidos. Péptidos de interés biológico Niveles de organización de proteínas:

fibrosas globulares

TEMA 3

AMINOACIDOS Y PROTEINAS


AMINOACIDOS• Unidad básica que químicamente contiene una función amina y otra

ácido.


CLASIFICACION DE LOS AMINOACIDOS SEGÚN SUS CADENAS LATERALES


Los aminoácidos en solución:A pH neutro: son predominantemente iones dipolares (ZWITERION), en vez de no iónico

El grupo amino está protonizado (-NH3 )El grupo carboxilo está disociado (-COO¯ )


En solucion acida:El grupo carboxilo no esta ionizado(-COOH) El grupo amino esta ionizado (NH3+ )

En solucion alcalinaEl grupo carboxilo esta ionizado(-COO- )El grupo amino no ionizado (-NH2)


ESTADO DE IONIZACIÓN COMO FUNCIÓN DEL pH


EN FUNCION DE LA POLARIDAD DE SUS GRUPOS R

CLASIFICACION DE LOS AMINOACIDOS:

AA con cadenas laterales sin carga a pH fisiologico:tienen cadenas laterales constituidas por grupos alquilo Gli,Ala,Val,Leu,Isol


CLASIFICACIONDE LOS AMINOACIDOS:

AA con anillo Fen,Tir,Trip

benceno ,fenolico indol

AA con grupos hidroxialcoholio:Ser,su R es hidroximetil,Thr, su R es etanolAA que contienen S: Cys,el R es tiometil


CLASIFICACIONDE LOS AMINOACIDOS:

AA.monoamino dicarboxilicos:Asp,Glu.A pH fisiologico los grupos acido carbo xilico de la cadena lateral estan despro tonados y por lo tanto cargados (-)

Acidos monocarboxilicos dibasicos:Lys,Arg,HisEl grupo R contiene uno o dos atomos de N que actuan como base al unir un proton.Tanto el grupo guanidino de la Arg como el amino de Lys estan protonados a pH fisiologico por lo tanto estan en su forma cargada


CURVAS DE VALORACION DE LOS AMINOACIDOS

Y VALORES DE PK


pKa de un grupo:

Es el valor del pH al cual la concentracion del grupo protonado es igual a la concentracion del grupo no protonadoEc. Henderson –Haselbach

pH=pk + log [sal]/[ácido]

Cuando el acido esta semi convertido en sal


PUNTO ISOELÉCTRICO: pI

• Es el pH en el cual el aa tiende a adoptar una forma dipolar neutra, con tantas cargas (+) como (-): carga neta cero.

• El pI, es el pH en el que la molécula se disocia por igual en ambos sentidos.

• Se obtiene de la semisuma de:• pI=pK1+pK2/2

• Así, para la Gli (pK1=2.22 y pK2=9.86) es de 6.04

14

CURVA DE TITULACION DE LA GLICINA (alfa aminoácido)

Las especies ionicas que predominan en puntos clave en la titulación se señalan encima de la gráfica.

Es considerado como ACIDO DIBASICO en su forma totalmente protonada ya que puede donar 2 H+ en su titulación.Esta titulación con NaOH comprende 2 fases:

1. H3 N+ CHR COOH + OH

H 3N+ CH RCOO- + H2O

2. H 3N+ CH R COO- + OH

--- H 2N CH R COO- + H2O

digitalizado por Melilds


CURVA DE TITULACION DE GLICINA 0.1 M A 25º C

Las regiones de máximo nivel “tampón” corresponden a los recuadros centrados alrededor de pK1 = 2,34 y pK2 = 9,60

pI: El valor de pI es una constante y es el promedio de los dos valores de pKa que determinan los limites del zwiterion.

A pH 5.97 la mayoría de las moléculas estarían en la forma de iones híbridos y no se desplazarían en ningún polo en un campo eléctrico.

CURVA DE VALORACION DE LA ALANINA



DISOCIACION DEL ACIDO GLUTÁMICO

T

Forma totalmenteProtonadaTiene carga neta (+)

Tiene carga neutra (una (+) y otra (-)

Tiene una carga (-)

Tiene dos cargas (-)

Cuando el aa contienen otros grupos acidos ò basicos,el poder amortiguador gana posibilidades. Asi,tiene 3 grupos disociables cuyos pK son: pK1=2.1, pK2=3.9 y pK3 = 9.8



PUNTO ISOELECTRICO

pK1+Pk2 aproximad 3.0

La proporcion de moleculas en la forma IV ( 2 cargas -)es tan pequeña que puede considerarse como despreciable a la hora del calculo del pI


Forma totalmente tiene 1 carga es neutra tiene 1 carga (-)Protonada neta (+) tiene 1 carga + y 1 carga -

DISOCIACION DE LA ARGININA

Presenta dos grupos basicos y uno acido ,donde el pK1=2,2, pk2=9.2 y pK3=12.5


PUNTO ISOELECTRICO

Aproximadamente:10.85

Semisuma de Pk2 y Pk3

La proporcion de moleculas en la forma I (2 cargas +) es tan pequeña que pueden considerarse como despreciables a la hora de calcular el pI



pka


Los procesos bioquímicos se producen in vivo, en el margen de pH fisiológico próximo a 7

• pKa de los grupos carboxilo ≈ 2 (a pH 7 ha perdido el protón)

• pKa de los grupos amino ≈ 10 (a pH 7 está protonado)


PEPTIDOS: ESTRUCTURA Y FUNCION

• Las proteínas están formadas por la unión de aa mediante un enlace peptídico.

• Este enlace se produce entre el COOH de un aa y el NH2 de otro, de forma que desaparecen sus propiedades amortiguadoras.

• Sin embargo siempre existe un grupo amino y uno carboxilo terminal que pueden actuar como amortiguadores.

• Hay aa que aportan grupos ionizables en sus cadenas laterales: Asp, Glu, Arg, Lys, Hist


siete de los 20 aa tienen cadenas facilmente ionizables donando o aceptando protones


FORMACION DEL ENLACE PEPTIDICO


ESTRUCTURA DE UN PENTAPEPTIDO

Leu AlaTir


PÉPTIDOS DE INTERES BIOLOGICO

Hormonas: Oxitocina (nonapéptido),

Vasopresina (nonapéptido), Somatostatina (tetradecapéptido)

Antibióticos:Valinomicina (decapéptido)Gramicidina (decapéptido)

Ambos son péptidos cíclicos, que contienen aminoácidos de la serie D, además de otros aminoácidos no proteicos.


PÉPTIDOS PROTEICOS • Bradicinina (nonapeptido) y Calidina (decapeptido) Agentes hipotensores liberados de proteínas plasmáticas especificas y actúan sobre musculo liso.• Oxitocina y Vasopresina (dos nonapeptidos ciclicos)• Secretados como hormonas por pituitaria.• La Oxitocina estimula la contracción del musculo

uterino en las mujeres embarazadas y la contracción de los músculos lisos de las glándulas mamarias.

• La Vasopresina estimula la constriccion de los vasos sanguíneos, aumenta la presión sanguínea y tiene un efecto antidiurético al estimular la reabsorción de agua en los riñones. Se le conoce como la Hormona antidiurética. digitalizado por Melilds 31

HN Cis Tir Ile

S

S

Cis Asn Gln

Pro Leu Gli ( C-NH2)

0

OCITOCINA .

NANOPEPTIDOS CON ACCION HORMONAL

HN Cis TIR Fen

S

S

Cis Asn Gln

Pro Arg Gln (C NH2)

0

VASOPRESINA.


• Gramicidina S• Penicilina bencílica• AspartameDipeptido sintético con propiedades Edulcorante


Neurotrasmisores:

Agentes vasoactivos:Angiotensina II ( octapéptido). Bradiquinina (nonapéptido).

Cofactores enzimáticosGlutation: tripéptido que actúa como cofactor en algunas

reacciones redox.

Encefalinas (pentapéptido),

Endorfinas (pentapéptidos).

Sustancia P (undecapéptido).

PÉPTIDOS DE INTERES BIOLOGICO ( Cont.)


• Angiotensina I: un decapéptido que se deriva del extremo N terminal de una α-globulina especifica del plasma producida en el hígado y reconocida como el sustrato de la renina. La renina es una enzima proteolítica producida en el riñón y secretada al plasma.

• Angiotensina II: un octapéptido con una mayor actividad vasopresora.

• Ambos péptidos elevan la presión sanguínea por su potente actividad vasoconstrictora.

α-globulina plasmáticaRenina

Angiotensina I (decapéptido)Enzima Convertidora

Angiotensina II (octapéptido)


Renina

Enzima convertidora de angiotensina (ECA)

Aminopeptidasa

ANGIOTENSINA II

ANGIOTENSINA III

His-Leu

Leu-Proteina

Asp

Leu-proteinaANGIOTENSINOGENO

ANGIOTENSINA I



GLUTATION• Tripeptido: gama, glutamil, cisteinil glicina• Es un péptido simple y el más abundante en los

sistemas biológicos.• Funciones:

– Esencial en el hombre para la actividad de varias enzimas y de la insulina.

– Ayuda a mantener la integridad y funcionabilidad de los eritrocitos.

– Participa al transporte de los aa a través de las membranas celulares.

– Participa en el mantenimiento del estado de oxidación de Fe++


GLUTATION

GLUTAMIL-CISTEINIL-GLICINA

H3N O 00C-CH-CH2-CH2-C-NH-CH-C-NH-CH-COO-

H2C O

SH Glutation oxidado

Glu Cis Gli S SGlu Cis Gli


Proteínas


Clasificacion de las proteinas según su funcion

TransporteReservaMovimiento HormonalInmunologicaEstructuralHomeostaticaEnzimatica


CLASIFICACION EN BASE A LA FUNCION BIOLOGICA

Proteinas cataliticas:enzimas Proteinas almacenadoras:caseina ,reserva aa,Ca y P Ovoalbumina:reserva aa para el embrion,Ferritina:

alacena Fe en el bazo y el higado Proteinas de transporte:Hb,transporta 02

Sueroalbumina:transporta acidos grasos Proteinas contractiles:Miosina y Actina que particpan en

la contraccion muscular Proteinas de defenza:anticuerpos Proteinas reguladoras:Insulina,Somatotropina


Proteinas estructurales:α-queratina presente en la piel,cabello,plumas,plumas,etc.Colageno,presente en tendones ,tejido conectivo,cartilago y matriz osea Elastina,presente en el tejido conectivo

Proteinas respiratorias o de transferencia de electrones: citocromos que forman parte del transporte electronico

Proteinas de la vision: Rodopsina,sensible a la luz y participa en los fenomenos moleculares asociados con el proceso de la vision

Proteinas toxicas o toxinas


NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE PROTEÍNAS

1. Estructura Primaria2. E. Secundaria3. E. Terciaria4. E. Cuaternaria

1. E.Primaria:Se refiere a la secuencia de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos e incluye los enlaces disulfuro

Ser-Ala-Met-Cys-Pro-Leu-Lys-His-Val-Ala-Ala-Ala


La primera que se determinó

INSULINA SANGERpor


Secuencia de aminoácidos de la insulina bobina estabilizada con dos enlaces intercatenarios y uno intercatenario de disulfuro


FORMACION DE CISTINA


Estructura primaria


2.-E. Secundaria: Se refiere a las disposiciones regulares y repetitivas en el espacio, de residuos de aminoácidos adyacentes en una cadena polipeptídica.

Existen unas pocas clases básicas de estructura secundaria, siendo las más importantes la hélice y la conformación

Las cadenas laterales que son capaces de actuar como donadoras en los puentes de H son: Tir (-O-H), Tre (-O-H) Ser (-O-H), Trip (=N-H). Hist (=N-H), Cist (-S-H)


Proteínas 2. Secundaria:

a. hélice alfa (estructura helicoidal)

1. es elástica

2. presente en proteínas fibrosas como pelo, piel, uñas

3. Estabilizada por puen-

tes de hidrógeno a lo

largo de la hélice

Ser-Ala-Met-Cys-Pro-Leu-Lys-His-Val-Ala-Ala-Ala



Proteínas 2. Secundaria:

a. lámina plegada beta –

1. No es elástica

2. Presente en proteínas como seda, fibroína

3. Estabilizada por puentes de

hidrogeno a lo largo de la lámina o entre laminas Esta formada por

dos o mas

cadenas polipeptidicas. cadigitalizado por Melilds 52




Proteínas

3. E. Terciaria:Forma general que toma toda la cadena polipetídica.Es la estructura tridimensional completa.

Cuatro factores determinan eso:a. puentes de hidrógenob. enlaces iónicosc. interacciones hidrofóbicasd. puentes disulfuro

La conformación es filamentosa, formándose proteínas insolubles de función estructural, p.ej. la queratina, o conformación globular, apareciendo proteínas solubles con función dinámica, p.ej los enzimas.


FUERZAS QUE ESTABILIZAN LA ESTRUCTURA TERCIARIA



FUNCION Y EVOLUCIÓN DE LAS PROTEINAS: MIOGLOBINAS Y GRUPO HEMO

MIOGLOBINA: proteína que almacena oxigeno en el musculo rojo en prácticamente todas las especies.ESTRUCTURA:- Posee una cadena polipeptidica única- Contiene 8 segmentos con estructura secundaria de

hélice α (nombrados de la A a la H), separados por segmentos no helicoidales.

- Se pliega dando una molécula prácticamente esférica muy compacta con un hueco en el interior donde se sitúa el grupo prostético hemo, lugar de unión al oxigeno.

- El hemo se une de forma no covalente en la hendidura hidrofóbica o bolsillo hemo..digitalizado por Melilds 59



THE TETRAMERIC STRUCTURE OF HEMOGLOBIN

• Proteina globular conjugada y oligomerica

• Estructuralmente es un tetrámero compuesto de dos cadenas alfa (141 aa) y dos cadenas betta (146 aa)

• Cada cadena está asociada a un Hem


ESTRUCTURA CUATERNARIATETRAMERO


LA HEMOGLOBINA• Se encuentra en células especializadas,

los eritrocitos.• Une oxigeno en los pulmones y lo

transporta vía sangre arterial, a los tejidos donde lo libera.

• Además une CO2 procedente del metabolismo en los tejidos, y lo transporta, vía sangre venosa, a los pulmones para ser eiminado.


ESTRUCTURA Y

DESNATURALIZACION


PLEGAMIENTO O ENSAMBLAMIENTO DE PROTEÍNAS

• Una proteína recién sintetizada posee solamente su estructura primaria. Para que sea plenamente funcional ha de plegarse correctamente en una forma tridimensional única.

1. AutoensamblamientoLa proteína se pliega sin ninguna otra ayuda

2. Ensamblamiento dirigidoLa proteína se pliega gracias a la acción de otras proteínas


FACTORES QUE DETERMINAN EL PLEGADO DE LAS PROTEÍNAS GLOBULARES

La secuencia de aminoácidos de una proteína determina su estructura tridimensional nativa o natural.El plegado de una proteína está favorecido energéticamente en condiciones fisiológicas (ΔG<0)Una proteína tiende a plegarse de modo cooperativo, mediante interacciones que se forman o rompen de manera concertadaIn vivo, el plegado ocurre a veces con ayuda de otras proteínas denominadas chaperoninas:

Ayudan a plegarseImpiden que se pliegue o asocien prematuramente



Las proteínas pueden inactivarse mediante calor, cambios de pH, agitación, perdiendo su estructura 2ª, 3ª ó 4ª

Desnaturalización: Ruptura de los enlaces peptídicos mediante hidrólisis. Puede ser reversible e irreversible.

Quizá su propiedad más característica es su especificidad, lo que quiere decir que cada especie, incluso los individuos de la misma especie, tienen proteínas distintas que realizan la misma función. Ello es debido a que se forman a través del mensaje genético: DNA —› RNA —› Proteína.


Proteínas

1. Cambios en estructura terciaria altera actividad biológicaa. pHb. calorc. uso de substancias químicas

todas éstas causan desnaturalización: usualmente irreversible

ejemplo: albúmina

2. Anemia falciforme: valina substituye ácido glutámicodigitalizado por Melilds 70

DESNATURALIZACION TERMICA DE LA RIBONUCLEASA

Molécula nativa Molécula desnaturalizada


Cristalografía de Rayos X


CLASIFICACION DE LAS PROTEINAS SEGÚN SU ESTRUCTURA


CLASIFICACION• Holoproteinas o proteinas simples

Proteinas fibrosasProteinas globulares

• Heteroproteinas o proteinas conjugadasCromoproteinas o pigmentosGlucoproteinasLipoproteinasNucleoproteinas Fosfoproteinas


CLASES DE PROTEINAS EN FUNCION A SU ESTRUCTURA

Proteinas fibrosas:con cadenas polipeptidica dispuestas en grandes hebras u hojas. Constan mayoritariamente de un único tipo

de estructura secundaria Forman parte de las estructuras que dan

soporte, forma y protección externa a los vertebrados

Son claros ejemplos de estructura y función

Proteinas globulares: con cadenas polipeptidica plegadas en forma

globular o esférica Tienen varios tipos de estructura

secundaria La mayoría de las enzimas y proteínas

reguladorasE

stru

ctur

a y

func

ión

Queratinas

Colágeno

Elastina

Fibroinas

Triple hélice de colágenoModificación postraduccional de los aa del colágenoFibras del colágeno

Mioglobina Hemoglobina- Estructura y función. Grupo hemo- Curva unión O2 a la Mioglobina


Colágeno•Proteina fibrosa. Es la proteína más abundante de vertebrados. Principal constituyente del tejido conjuntivo. Forma aproximadamente un 30% de la proteína del cuerpo.

Esta concentrado en tejidos que soportan peso:cartílago , huesos

Tejidos que transmiten fuerza:tendones , ligamentos

Tejidos de protección:dermis, fascias

Órganos y viceras del organismo:hígado – bazo-pulmón – vasos sanguíneos digitalizado por Melilds 76


COMPOSICIÓN:

Tiene una estructura repetitiva en la secuencia de aa:

Cada 3 aa, uno es Gli

Gli-x-y-Gil-x-y-Gli-x-y

X= Prolina y: Hidroxiprolina

También se encuentra : Lisina e Hidroxilisina.


COLÁGENO

Proteína fibrosa, constituida por empaquetamiento de moléculas de tropocolágeno o monómero de colágenoTropocolágeno: tres helicoides entrecruzados, cada uno de peso moléculas en torno a los 300 kDa. Alrededor de 1000 aminoácidos, con una gran cantidad de residuos de Gly, así como de Pro, normal o hidroxilada.Los residuos de Lys pueden aparecer asimismo modificados, bien como 5-hidroxilisina, o como lisina aldehídica (Al-lisina)Es muy abundante en todos los tejidos de origen mesodérmico, particularmente en tendones, dermis, fascias y hueso.


Helicoide triple deltropocolágeno

(fragmento, 14 aa/helicoide)

Cada helicoide es levógiro,pero se entrelazan en

forma dextrógira


Hélice de colágeno levógira,

3aac/ vueltaTriple hélice de colágeno: enrollamiento dextrogiro

Triple hélice de colágeno (corte sagital)


ESTRUCTURA DE LAS FIBRAS DE COLAGENO

TROPOCOLÁGENO

ESTABILIZADA POR:

Puentes de H intercalares

Repulsiones entre Pro e OH-pro

Enlaces cruzados (Lys - OHLys) (Lys- Lys)Dan dureza


FIBRAS DEL COLAGENO


AMINOACIDOS PRESENTES DERIVADOS DEL COLÁGENO


Formación de entrecruzamiento covalente entre cadenas de colageno a traves de:

lisina y al-lisina,dos al-lisinas

La hidroxilación de prolina favorece la formación de enlaces H entre las cadenas

(requiere ácido ascórbico)Hidroxilación de prolina

Hidroxilación de lisina (requiere ácido ascórbico)

La lisina hidroxilada es el punto de unión de oligosacáridos al colágeno


Hidroxilación de prolina

Enzima.- procolágeno:prolina monooxigenasa (prolil hidroxilasa), requiere ácido ascórbico

La hidroxilación de prolina favorece la formación de enlaces H entre las cadenasdigitalizado por Melilds 86


Hidroxilación de lisina

Enzima.- Procolágeno:lisina monooxigenasa(lisil hidroxilasa), requiere ácido ascórbico

La lisina hidroxilada es el punto de uniónde oligosacáridos al colágeno



CHO

CH2

CH2

CH2

CHN C

OH

Al-Lisina(Lisina aldehídica)

Forma enlaces cruzados(entrecruzamientos) covalentesentre los helicoides del colágeno

Enzima.- lisil aminooxidasa

Al-Lisina



Las cadenas de tropocolágeno aparecen unidas unas a otrasen la microfibrilla mediante:

• Cadena lateral de al-lisina unida a cadena lateral de lisina no modificada a través de base de Schiff y posterior reducción

• Cadena lateral de al-lisina unida a otra al-lisina a través de condensación aldólica.

- Enlaces de hidrógeno entre el grupo -C=O de la prolina y el -N-H de la glicina, siempre intercatenarios



(glicosiladas)






Tipo I Mayoritario (huesos, piel, tendones)

Tipo II Cartílago, vítreo

Tipo III Vasos sanguíneos, cicatrices

Tipo IV Membrana basal, cristalino

Tipo V Superficies celulares

Tipo VI Íntima de la aorta

Tipos de colágeno


Enfermedades del colágeno



Elastina:

Tramos sin estructura definida entrecruzadospor desmosina


ELASTINATramos sin estructura definida entrecruzados con desmosinas


ELASTINA

Proteína amarilla fluorescente, fibrosa, insoluble

•Principal componentes de los pulmones y paredes de los grandes vasos sanguíneos

•Contiene 1/3 Gli, 1/3 Ala, Val, Pro

•Contiene menos Hidroxi Pro

•No contiene Hidroxi-Lys


Los enlaces cruzados son mas complejos que el colageno.Las condenzaciones entre residuos lisilo y lisil –semialdehido forman enlaces cruzados con 2 a 4 cadenas polipepticas o desmosina


ELASTINA


Formación de entrecruzamiento covalente entre cadenas deelastina a través de cuatro lisinas, (vía formación de

desmosina)digitalizado por Melilds 107

QUERATINA

µ - Queratinas• Estructura: hélices alfa intracruzadas por

puentes disuelfuro.• Características: Estructuras resistentes e

insolubles de dureza y flexibilidad variable.• Localización: Cabellos, lana, uñas, garras,

cuernos, pezuñas.


1. Un par de hélices se enrollan entre sí para formar el ovillo enrolado a izquierda.

2. Dos ovillos enrollados vuelven a unirse para formar la protofibrilla de 4 moléculas

3. Ocho protofibrilla se unen para formar microfibrilla



Las α-queratinas presentan mayor % de Cis para formar puentes disulfuros, aumentando la rigidez.Mediante agentes reductores y calor húmedo se cambia el patrón de enlaces disulfuro.Con agentes oxidantes, se restablece los puentes disulfuro diferentes.


- Queratina

Estructura: Conformacion betaCaracterísticas: Filamentos suaves y flexiblesLocalización: Fibroza de la seda, telas de araña,

escamas, plumas.Estructura primaria: (Gly –Ser-Gly-Ala-Gly-Ala)nEsta secuencia forma lamina beta con una cara de Gli

y otra de Ala-Ser.



Hemoproteínas:Hemoglobina y Mioglobina


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