5 aa y proteínas
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Aminoácidos, péptidos y proteínas
Dra. Francis Rodríguez Departamento de Ciencias Fisiológicas Facultad de Ciencias Médicas UNAHfrancis.rodriguez@unah.edu.hnwww.bioquimicaunahteg.blogspot.com
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Funciones de los AA
• Sirven como bloque de construcción de proteínas.– Algunos se encuentran libres en plasma.
• Biosíntesis de porfirinas, purinas, pirimidinas y urea.• Neurotransmisión
• Intermediarios de ciertas rutas metabólicas: citrulina, ornitina
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Naturaleza química de los AA• Son ácidos carboxílicos que contienen un grupo
amino.– Carbono alfa: C al cual están unidos el grupo COOH y
el NH2
– Grupo R: cadena lateral, representa una variedad de estructuras.
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Clasificación de los AA1. AA alifáticos cuyo grupo R es no polar.2. Alifáticos cuyo grupo R es polar pero no tiene
carga.3. AA alifáticos cuyo grupo R es polar y se encuentra
en estado de ión positivo.4. AA alifáticos cuyo grupo R es polar y se encuentra
en estado de ión negativo.5. AA aromáticos.
Nelson y Cox. Lehninger principles of Biochemistry, 5th ed. 2009.
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Clasificación de los AA
Aromáticos(Phe, Tyr, Trp)
Alifáticos
No polares(Gly, Ala, Val, Leu, Met, Ile)
Polares
Sin carga(Ser, Thr, Cys, Pro, Asn,
Gln)
Con carga +(Lys, Arg, His)
Con carga –(Asp, Glu)
Nelson y Cox. Lehninger principles of Biochemistry, 5th ed. 2009.
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AA con cadenas laterales aromáticasüRelativamente no polares.üTodos participan en interacciones hidrofóbicas.üEl grupo hidroxilo de la tirosina es importante en reacciones enzimáticasüEl Trp, Tyr y en menos extensión la Phe absorben luz UV. (útil en la caracterización de proteínas en investigación)
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AA con cadenas laterales alifáticas(No polares)
Tienden a agruparse en las proteínas estabilizando las es t ruc tu ras med ian te interacciones hidrofóbicas
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• Son más hidrofílicos por sus grupos polares: -OH, -SH, amida que establecen enlaces con el agua.
AA con cadenas laterales alifáticas(Polares, sin carga)
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• Cadena lateral ionizable cerca del pH 7.– Carga neta es positiva.
• La His facilita muchas reacciones enzimáticas actuando como aceptor/donador de protones.
AA con cadenas laterales alifáticas(Polares, con carga positiva)
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AA con cadenas laterales alifáticas(Polares, con carga negativa)
• Cadena lateral ionizable cerca del pH 7.
• Carga neta es negativa.• Tienen un segundo grupo carboxilo.
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Nomenclatura de los AA• Nombres triviales o comunes, por ejemplo:
– Asparagina: 1° AA descubierto en 1806 (“Asparagus”)
– Glutamato: “wheat” gluten
– Tirosina: queso (del griego tyrus)
– Glicina: dulce (del griego glykos)
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Nomenclatura de los AA
Nelson y Cox. Lehninger principles of Biochemistry, 5th ed. 2009.
Sistema de 1 letra
Sistema de 3 letras
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Aminoácidos esenciales
• Esenciales sólo en la niñez:– His– Arg
• Esenciales durante toda la vida:– Ile, Leu, Lys, Met, Phe, Thr, Trp, Val
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Estructura de los AA• En la naturaleza existen más de 300 AA.
• Sin embargo, las proteínas que sintetiza el cuerpo humano están conformadas por sólo 20 AA.
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Estructura de los AA:El aminoácido # 21
• Selenocisteína: – Encontrado en proteínas muy importantes como algunas
reductasas y peroxidasas que participan en reacciones de transferencia de electrones.
– Un átomo de selenio reemplaza el sulfuro en un residuo de cisteína.
– Es introducido en las proteínas durante la traducción.– Se le conoce como el “AA # 21”– No es codificado por un codón de 3 letras como sucede
con los otros 20 AA.
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Estructura de los AA• Estereoisomería:– El carbono alfa es un centro quiral.– Los 4 grupos unidos al C-α pueden tomar únicamente
dos rearreglos espaciales.– Los AA tienen dos posibles estereoisómeros: L-AA y D-
AA.• Enantiómeros
– Excepto la glicina
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Estructura de los AA• Los AA que forman las proteínas sólo pertenecen a las
formas del enantiómero L, aun se desconoce el motivo por el que se ha elegido esta forma durante la evolución.
• Como excepción existen formas D en algunos péptidos que forman las paredes bacterianas y ciertos antibióticos peptídicos.– La serie D se forma a partir de la serie L por acción de la
enzima racemasa.
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AA poco comunes pero con funciones importantes
• Se forman por modificación de los residuos que ya están incorporados en un polipéptido.
• 4-hidroxiprolina• 5-hidroxilisina: proteínas de la pared celular (plantas), y
en colágeno (animales)• 6-N-metil-lisina: constituyente de la miosina• γ-carboxiglutamato: proteína de la coagulación
(protrombina) y otras proteínas de unión a Ca++.• Desmosina: derivado de 4 residuos de Lys, se
encuentra en la elastina.
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Los AA pueden actuar como bases o como ácidos
• Zwitterion: ión dipolar que actúa como base o como ácido.
• Punto isoeléctrico (pI): pH al cual la carga neta es cero.
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Funciones de los péptidos • En el sistema neuroendocrino: como hormonas,
neurotransmisores, neuromoduladores, y factores liberadores de hormonas.
• En reacciones de detoxificación del organismo. • En ciclo celular y apoptosis.• Agentes antimicrobianos: son parte de la inmunidad
innata• Inhibidores de enzimas: ECA• Péptidos sintéticos son usados como sustratos de
enzimas, antibióticos y agentes antitumorales
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Funciones de las proteínas
• Componentes estructurales.• Transportadores de sustancias.• Hormonas.• Catalizadores de reacciones biológicas. • Favorecedores de procesos de luminiscencia.• Componentes del esqueleto intracelular o citoesqueleto.• Elementos fundamentales en la contracción muscular
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Funciones de las proteínas
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Péptidos y proteínas • Polímeros de aminoácidos.• 2, 3 hasta miles de residuos de AA.– Oligopéptidos: pocos AA– Polipéptidos: muchos AA
• Unidos por un enlace peptídico
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Enlace peptídico• Es la unidad primaria estructural de las
cadenas polipeptídicas.
• Reacción de condensación entre el grupo carboxilo de un AA y el grupo amino de otro que produce un enlace amida (enlace covalente).
• Extremo amino terminal• Extremo carboxilo terminal
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Proteínas • Aprox el 20% del peso húmedo de la célula lo constituyen los
AA y proteínas.
• Un pequeño cambio, como la sustitución de un AA por otro, puede ocasionar la aparición de funciones no compatibles con el metabolismo y desarrollo celular.
• La secuencia de una proteína está determinada genéticamente.
CARRETERA CARRETIRA E por I
CORREO CORREA O por A
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Clasificación de las proteínas Por el número de subunidades o cadenas polipeptídicas:1. Una sola cadena polipeptídica: proteína monomérica.2. Dos o más cadenas asociadas de manera no covalente:
proteínas multiméricas o multisubunidades.– Oligoméricas: con pocas subunidades y éstas son llamadas
protómeros.– Por ejemplo: la hemoglobina es un tetrámero (2α 2β) o un dímero
de protómeros αβ
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Clasificación de las proteínas Por sus constituyentes:• Proteínas simples: sólo AA– Ejemplo: Ribonucleasa A y quimotripsina
• Proteínas conjugadas: asociadas de manera permanente a componentes químicos además de los AA.– Grupo prostético: parte que no es AA. Tiene un rol importante en
la función biológica.– En base a la naturaleza química de los g. prostéticos:
lipoproteínas, glicoproteínas, metaloproteínas, etc.– Algunas proteínas contiene más de un g. prostético
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Proteínas conjugadas
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Clasificación de las proteínas Por su función:• Proteína globular: su función principal es la
regulación celular.– Ejemplo : enz imas y pro te ínas regu ladoras .
(hemoglobina, albumina, etc)
• Proteína fibrosa: forman parte de estructuras celulares o tejidos. – Ejemplo: colágeno, elastina, queratina, proteínas del
citoesqueleto, etc.
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Sección transversal del cabelloalfa-queratina
Estructura del colágeno
Estructura de la sedaTelaraña (fibroína)
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Estructura proteica • Conformación: rearreglo espacial de átomos en
una proteína.
– Las conformaciones existen bajo las condiciones termodinámicamente más estables (menor energía libre de Gibbs)
• Proteínas nativas: proteínas en cualquiera de sus conformaciones plegada y funcional.
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Niveles de organización de las proteínas
Estructura 1°Secuencia de AA
Estructura 2°Rearreglos de los AA
Estructura 3°Plegamiento 3D del polipéptido
Estructura 4°Proteína con 2 o más subunidades
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Estructura primaria • Se refiere a la secuencia de AA.• Estabilizada principalmente por enlaces peptídicos y
puentes disulfuro (Cys).• Cada proteína tiene un número y secuencia de AA
distintiva.• Determina cómo se pliega en su estrutura 3D y esto
determina la función de la proteína.• Ejemplo de proteínas únicamente con estructura 1°:
insulina, vasopresina (ADH), colecistoquinina, gastrina y secretina.
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Estructura primaria
• Brinda información:– Estructura 3D y la función de la proteína.– Ubicación celular: citoplasma, núcleo o membrana.– Evolución de la vida en el planeta.– Similitud en la secuencia de AA sirve para ubicar una
proteína en una familia. • Dominio: corta secuencia de AA que define una proteína.
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Estructura tridimensional de las proteínas
• La estructura 3D de una proteína es determinada por la secuencia de AA.
• La función de la proteína depende de la estructura.• Usualmente la estructura es estable.• Las fuerzas más importantes que estabilizan
estructuras específicas son interacciones no covalentes.
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Estructura secundaria• Rearreglo espacial de los principales átomos de un
segmento de la cadena polipeptídica, sin obviar la conformación de sus cadenas laterales o su relación con otros segmentos.– Alfa hélice – Hoja plegada beta – Giro beta – “Random coil” o no definida*
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Estructura 2°: alfa-hélice• Es muy común, es el rearreglo más simple
que una cadena polipeptídica puede asumir.
• Los g. R tienden o orientarse hacia el exterior de la hélice.
• Cada vuelta incluye 4 AA.• En todas las proteínas el giro de la hélice
es hacia la derecha.• Estabilizada por puentes de H.• Colágeno y alfa-queratina.
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Estructura 2°: α-hélice
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Estructura 2°: hoja plegada β
• Estructura más extendida que la anterior.
• Estabilizada por puentes de H.
• Los AA no están cercanos.
• El esqueleto de la proteína se ordena en zig-zag.
• Fibroína (fam de β-queratinas) y en la seda.
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Estructura 2°: hoja plegada β
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Estructura 2°: giros β• Común en proteínas globulares. Permiten un cambio de
180° en el sentido de la cadena polipeptídica.• Puente de H entre el AA 1 y AA 4• Generalmente se encuentran en la superficie de la proteína.• Menos comunes son los giros γ: entre 3 AA.
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Estructura terciaria • Estructura tridimensional de todos los átomos en una
proteína.• Interacción entre residuos más alejados en la secuencia de
AA (PLEGAMIENTO).
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Plegamiento de proteínas• Permite aproximación de cadenas laterales de
residuos distantes.
• Estructuras 3D adecuadas para la interacción con otras moléculas.
• En la célula, este proceso ocurre durante y después que las proteínas son sintetizadas en los ribosomas.– Facilitado por proteínas chaperonas.
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Degradación de proteínas • No específica: lisosoma• Específica: vía de la ubiquitina.– Es una proteína pequeña, de 76 AA,
a l t a m e n t e c o n s e r v a d a e n eucariotas.
– Secuencia PEST (Pro, Glu, Ser, C y s ) e s l a s e ñ a l p a r a l a degradación por esta vía.
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Estructura cuaternaria• Proteínas con varias subunidades.• Tienen un papel regulatorio.• La unión de pequeños componentes
puede producir cambios en la actividad.• Multímero • Oligómero • Protómero
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Estructura 4°• Homotípicas: asociación de cadenas polipeptídicas
idénticas o casi idénticas• Heterotipicas: interacciones entre subunidades con
estructuras muy distintas.
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Estabilidad de la estructura 3° y 4°Esta conformación se mantiene estable gracias a la
existencia de enlaces entre las cadenas laterales (g. R) de los AA. Aparecen varios tipos de enlaces:
• Los puentes de hidrógeno• Interacciones de Van der Waals• Los puentes eléctricos entre AA de carga diferente
llamados también “atracciones electrostáticas”• Las interacciones hidrófobas formación de un núcleo
o interface hidrofobico • Puentes disulfuro
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Desnaturalización de las proteínas• Es una modificación estructural que conduce a la pérdida de la función
proteica. • Pérdida de las estructuras de orden superior (secundaria, terciaria y
cuaternaria), quedando la cadena polipeptídica reducida a un polímero estático sin ninguna estructura tridimensional fija.
• La desnaturalización provoca diversos efectos en la proteína:
1. Cambios en las propiedades hidrodinámicas de la proteína: aumenta la viscosidad y disminuye el coeficiente de difusión
2. Una drástica disminución de su solubilidad, ya que los residuos hidrofóbicos del interior aparecen en la superficie
3. Pérdida de las propiedades biológicas
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Desnaturalización • Los agentes que provocan la desnaturalización de una proteína se
llaman agentes desnaturalizantes. Se distinguen agentes físicos (T°) y químicos (detergentes, disolventes orgánicos, pH, fuerza iónica).
• Como en algunos casos el fenómeno de la desnaturalización es reversible, es posible precipitar proteínas de manera selectiva mediante cambios en:a. Polaridad del disolvente b. Fuerza iónicac. pHd. Tº
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Referencias bibliográficas1. Lehninger Principles of Biochemistry. 5th edition.
2009. Chapter 1: The Foundations of Biochemistry.2. Harper´s Illustrated Biochemistry. 28th edition.
2009. Capítulo 1: Bioquímica y Medicina.3. Bioquímica: Conceptos esenciales. 2010. Capítulo
4 y 5: Aminoácidos y proteínas.4. Bioquímica: la ciencia de la vida. 2° ed. 2007.