Download - Aminoacidos y Proteinas
CONTENIDO
• Aminoácidos: Estructura, nomenclatura y
clasificación, estereoquímica, punto
isoeléctrico, síntesis de aminoácidos.
• Péptidos: nomenclatura, tipo de enlace,
determinación de la estructura, síntesis.
• Proteínas: Clasificación, punto
isoeléctrico, estructura tridimensional,
propiedades químicas. Desnaturalización.
Proteina = proteios
• Presentes en todas las células vivas
• Polímeros que se hidrolizan a
aminoácidos
• 23 aminoácidos
– Se distinguen por el grupo R.
– Tienen un grupo amino y un grupo carboxílico
unido al mismo átomo de C (carbono α)
– Se unen covalentemente (carboxilo-amino)
mediante enlace amida para formar las
proteínas
Aminoácidos
- anfoterismo: pueden actuar como ácidos o
como bases, dependiendo del pH del
medio.
- se pueden polimerizar formando largas
cadenas de péptidos y proteínas.
- poseen una estructura tetraédrica con un
carbono asimétrico
Configuración de los
aminoácidos naturales • Sólo una configuración encontrada
• De acuerdo al sistema R/S - S
• De acuerdo al sistema D/L - L
– Se coloca el C más oxidado al principio
– Se continúa con la cadena
– No hay hidrógeno sustituyendo a la izquierda
= L
Tipos de AA
• Alifáticos
• Aromáticos
• Con azufre
• Polares/sin carga
• basicos/acídicos
Hidrofóbicos
Hidrofílicos
Aminoácidos alifáticos
•Prolina (pro, P)- cíclicc “imino acido”
•Glycina(gli, G)-no quiral, no hidrofóbico •Alanina (ala, A) – R = metil
•Valina (Val, V) – •Leucina (Leu, L) – •Isoleucina (Ile, I) H
idro
fobic
idad
Aminoácidos aromáticos
• Muy hidrofóbicos
• Todos contienen un anillo aromático
• Absorben UV a 280 nm
• Fenilalanine (Phe, F)
• Tirosina (Tyr, Y) – -OH ionizable (pKa = 10.5),
• Triptofano (Trp, W) – anillo bicíclico indólico
Amino Acidos con azufre
• Metionina (Met, M) –muy hidrofóbico
• Cisteina (Cys, C) – el azufre está en forma de sulfidrilo importante en formación de puentes disulfuro, débilmente ácido.
• Contienen grupos carboxilo (más débiles que este)
• Se cargan negativamente a pH fisiológico, presentes como bases conjugadas
• Funcionan como nucleófilos en reacciones enzimáticas
• Aspartato – Äcido aspártico (Asp, D)
• Glutamato –
Ácido glutámico (Glu, E)
Amino Acidos ácidos
Amino Acidos básicos
• Bases nitrogenadas hidrofílicas
• A pH fisiológico están cargados
• Histidina (His, H) – Anillo imidazólico protonado/ionizado, funciona como buffer a pH fisiológico.
• Lysina (Lys, K) - diamino ácido, protonado a pH 7.0
• Arginina (Arg, R) – ion guanidinio siempre protonado, aa más básico
• Cadenas laterales polares, naturaleza hidrofílica, puentes de H
• Hidroxilos de Ser y Thr son débilmente ionizables
• Serina (Ser, S) – similar a Ala / -OH
• Treonina (Thr, T) – 2 carbonos quirales
• Asparagina (Asn, N) – amida de ácido aspártico
• Glutamina (Gln, Q) – amida de ácido glutámico
Amino Acidos polares sin carga
Características físicas
• Sólidos cristalinos no volátiles que se
funden a temperaturas elevadas
• Insolubles en disolventes no polares
• En sln acuosa son soluciones de
sustancias de elevado momento dipolar
• Ka y Kb son muy pequeñas (≈10-10)
• Estructura de ión dipolar
Punto isoeléctrico
• Las moléculas anfotéricas (zwitterions) contienen cargas
(+) y (-) dependiendo de los grupos funcionales
• La carga neta es afectada por el pH del ambiente y
puede cargarse más (+) y (-) debido a la pérdida de (H+)
• The pI es el pH en el cual las cargas (+) y (-) son iguales
y por lo tanto no presenta carga eléctrica
pH bajo pH alto
catión anión zwitterion
Carga de los aminoácidos en función del
pH. Separación de aminoácidos.
• El hecho de que la carga neta de un
aminoácido varíe con el pH del medio, y
de que venga determinada por los valores
pK de los grupos ionizables, implica que
los aminoácidos se pueden separar por
electroforesis
Electroforesis
• Técnica de separación de aa según su movilidad en un campo
eléctrico. Las moléculas se desplazarán hacia el polo positivo
(ánodo) o hacia el polo negativo (cátodo), en función de su carga
eléctrica.
• Superficie hidratada de un soporte sólido (p. ej., electroforesis en
papel), o bien a través de una matriz porosa (electroforesis en gel
de agarosa o de poliacrilamida).
Electroforesis
• Una mezcla de aa se coloca en gel y se aplica en un campo
eléctrico, éstos se moverán de acuerdo a su polaridad.
– Aquellos aminoácidos cuyo pI = pH del tampón de electroforesis no
presentarán carga neta, ya que la forma predominante es el Zwitterion
o ion dipolar; dichos aminoácidos no presentarán movilidad
electroforética.
– Aquellos aminoácidos cuyo pI > pH estarán cargados positivamente y,
por lo tanto se comportarán como cationes – se desplazarán hacia el
polo negativo o cátodo.
– Aquellos aminoácidos cuyo pI < pH estarán cargados negativamente y,
por lo tanto se comportarán como aniones – se desplazarán hacia el
polo positivo o ánodo.
Migración de un AA
Ánodo (-)
pH alto
Cátodo (-)
Ánodo (+)
pH neutro
Cátodo (-)
Ánodo (+)
Ánodo (-)
pH bajo
Cátodo (-)
Ánodo (+)
pI 6.02
Ejercicio
Ánodo (-)
pH alto
Cátodo (-)
Ánodo (+)
pH neutro
Cátodo (-)
Ánodo (+)
Ánodo (-)
pH bajo
Cátodo (-)
Ánodo (+)
• Escriba la estructura de la leucina: en el punto
isoeléctrico, a pH bajo y a pH alto. Represente
la migración en un campo eléctrico.
Migración de un AA
Ánodo (-)
pH alto
Cátodo (-)
Ánodo (+)
pH neutro
Cátodo (-)
Ánodo (+)
Ánodo (-)
pH bajo
Cátodo (-)
Ánodo (+)
• El ác aspártico y el glutámico tienen dos grupos
carboxilo
Propiedades ácido base de aa con más de
un grupo ácido
0 2 4 6 8 10 12 14
COOH
C
CH2
COOH
H3N H
COO
C
CH2
COOH
H3N H
COO
C
CH2
COO
H3N H
COO
C
CH2
COO
H2N H
pKa1 pKaR pKa2
pKa = 3.86
pKa = 2.09 pKa = 9.82
pI = 2.87
¿Cúal de los grupos carboxilo es más fuerte como ácido en la forma
totalmente protonada?
Propiedades ácido base de aa con más de
un grupo básico
0 2 4 6 8 10 12 14
¿La arginina muestra tres valores de pKa: 2.16; 9.04; 12.48. Escriba
La reacción de equilibrio para su disociación. Aproximadamente a que pH
Se encontrará su punto isoeléctrico y cuál es la estructura de ión dipolar?
CH2(CH2)3CHCOOH
NH3
NH3pKa = 2.18
CH2(CH2)3CHCOO
NH3
NH3
CH2(CH2)3CHCOO
NH3
NH2
CH2(CH2)3CHCOO
NH2
NH2pKa = 8.95 pKa = 10.53
pI = 9.74
Ejercicios • Dibuje una proyección de Fischer par la L-leucina, L-tirosina, L-
serina. ¿Cúal es el orden de prioridad de los grupos unidos al
centro estereogénico?. ¿Cuál es su configuración absoluta R ó S?
• Prediga los puntos isoeléctricos de: alanina, lisina, ácido aspártico,
cisteina, tirosina
• ¿Porqué el pI de la arginina es mayor que el de la lisina?
• ¿Cómo se puede separar la lisina de la glicina?
• Formule los productos de la reacción de la glicina con: KOH acuoso
y HCl acuoso
Síntesis de aa
Ácido carboxílico + Br2/ P rojo→ α-Br-ácido + NH3 → AA
NK
O
O
+
C OEt
O
CH
C
R
O
OEt
N
O
O
C
COOEt
COOEt
H +1. NaOH
2. R1 XN
O
O
C
COOEt
COOEt
R
H+, H2O
calor
C COOR
NH3
H
A. Reacción de Hell-Volhard-Zelinsky
B. Síntesis de Strecker
B. Síntesis Ftalimidomalónica
Reacciones de aa
• Ácidos – Base
• Esterificación
• Acilación
• Reacción con ninhidrina
Anión violeta
Péptidos
• Enlace amida entre el grupo carboxilo de un aa y el
grupo α-amino de otro aminoácido
• Polymeros cortos de amino acidos (menos de 50
unidades), unidos por enlaces peptídicos.
• Clasificación: dipeptidos,tripeptidos, tetrapeptidos, etc.
residuos N-terminal C-terminal
Enlace peptídico
Péptidos
• Escriba las estructuras de los dipéptidos que se pueden
formar al unir metionina y tirosina
• Se escriben las fórmulas uniendo las abreviaturas de las
tres letras de cada aa, empezando con el N-terminal a la
izquierda.
• Valilglicilserilalanina: Val-gly-ser-ala
residuos N-terminal C-terminal
Enlace peptídico
Síntesis de péptidos:
Método clásico • Protección del extremo N-
terminal: cloroformiato de
bencilo: Z
• Protección del extremo C-
terminal
• Protección de grupos
funcionales en la cadena
• Acoplamiento de los dos AA
para formar el dipéptido
protegido
• Eliminación de los grupos
protectores
Síntesis de péptidos Método clásico
• Protección del extremo N-
terminal
• Protección del extremo C-
terminal:
Diciclohexilcarbodiimida (DCC)
y Acoplamiento de los dos AA
para formar el dipéptido
protegido
• Cuando sea necesario
proteger los grupos
funcionales en la cadena
• Eliminación de los grupos
protectores
Síntesis de péptidos Método clásico
• Protección del extremo N-terminal
• Protección del extremo C-terminal: Cloroformiato de Etilo
• Protección de grupos funcionales en la cadena
• Acoplamiento de los dos AA para formar el dipéptido protegido
Síntesis de péptidos
• Protección del extremo N-
terminal
• Protección del extremo C-
terminal
• Protección de grupos
funcionales en la cadena
• Acoplamiento de los dos AA
para formar el dipéptido
protegido
• Eliminación de los grupos
protectores
• Grupos alcohólicos (t-
butil-ésteres)
• Grupos ácidos (t-butil
ésteres)
Síntesis de péptidos Método clásico
• Protección del extremo N-
terminal
• Protección del extremo C-
terminal
• Protección de grupos
funcionales en la cadena
• Acoplamiento de los dos AA
para formar el dipéptido
protegido
• Eliminación de los grupos
protectores : H2/Pd
Ejercicio
• Mediante el uso del
enfoque generalizado
(X,Y) grupos
protectores ó
activadores, delinee
la síntesis general
que puede emplearse
para producir el
tripéptido: val-his-ser
Síntesis de péptidos Método fase sólida
• Fijación del Péptido (C- terminal) a soporte sólido: resina de
Merrifield (perla de poliestireno)
• Protección del extremo N-terminal. t-Boc (t-butiloxicarbonil-) ó
F-Moc (fluorenilmetoxicarbonil)
• Acoplamiento de los dos AA para formar el dipéptido
protegido: DCC
• Eliminación de los grupos protectores: HF anhidro
Determinación de la estructura
de un péptido
• Ruptura de enlaces disulfuro
(ác peroxifórmico) ) → ácido
cisteico
• Enlaces disulfuro.- segundo
tipo de enlaces covalentes en
los péptidos
– Formar cadenas dobles ó
anillos
– Los dos grupos -SH de la
cisteína se oxidan para formar
un puente disulfuro. Este
dímero de la cisteína se
denomina cistina
Determinación de la estructura
de un péptido
• Determinación de la
composición de aminoácidos
– Hidrólisis completa: calentamiento
con HCl 6M x 24h
– La mezcla de aa se coloca en un
analizador de aa (los aa se
disuelven en un buffer y luego se
separan pasándolos por una
columna de intercambio iónico). El
tiempo de retención es
característico de cada aa.
• Determinación de la secuencia
del péptido. Análisis de los
residuos terminales
Determinación de la estructura
de un péptido • Determinación de la secuencia del péptido. Análisis de los
residuos terminales
– Hidrolizar sólo un aa de la cadena y dejar intacto el resto
– A partir del extremo N: • Degradación de Edman (isotiocianato de fenilo)
Determinación de la estructura
de un péptido • Determinación de la secuencia del péptido. Análisis de los
residuos terminales
– Hidrolizar sólo un aa de la cadena y dejar intacto el resto
– A partir del extremo N: • Degradación de Edman (isotiocianato de fenilo)
Determinación de la estructura
de un péptido • Determinación de la secuencia del péptido. Análisis de los
residuos terminales
– A partir del extremo N: • Método de Sanger (2,4- dinitro fluorobenceno)
Determinación de la estructura
de un péptido
• Determinación de la secuencia
del péptido. Análisis de los
residuos terminales
– Hidrolizar sólo un aa de la cadena
y dejar intacto el resto
– A partir del extremo C: Enzima
carboxipeptidasa (rompe el enlace
peptídico en el extremo C)
Determinación de la estructura
de un péptido
• Ruptura del péptido en
cadenas más cortas
(fragmentos)
– Ácido diluido, 2h
– Enzimas: • tripsina: rompe las cadenas en los
grupos carboxilo de aa básicos: lisina y
arginina
• quimotripsina: rompe las cadenas en
los grupos carboxilo de aromáticos:
fenilalanina, tirosina y triptófano
• BrCN rompe las cadenas en el grupo
carboxilo de la metionina
• Cierto péptido tiene la fórmula
siguiente: Arg, cis, glu, gli2, leu,
fen2, tir, val. Las comas indican
una secuencia desconocida de
aminoácidos y los subíndices
señalan la cantidad de cada
aminoácido por mol de péptido.
• En la hidrólisis parcial, el péptido
produce los siguientes tripéptidos:
val-cis-gli + gli-fen-fen + glu-arg-gli
+ tir-leu-val + gli-glu-arg
• Deduzca la secuencia primaria de
los residuos de aminoácidos en el
péptido desconocido.
Determinación de la estructura
de un péptido
Determine la estructura de la hormona estimulante melanocito aislada de
cerdo. Este octadecapeptido, tiene la composicion:
Arg,Asp2,Glu2,Gli2,His,Lis2,Met,Fen,Pro3,Ser,Tir2, y se abrevia como P18
El análisis de los residuos de P18. Produjo:
N-terminal: Asp-Glu-gli
C-terminal Pro-Lis-Asp
El rompimiento con BrCN rompe P18 en un heptapeptido con un residuo N-
terminal Asp-glu-gli y un undecapeptido cuyo análisis C teminal produjo el
tripeptido Pro-lis-Asp. El análisis del residuo N-terminal del undecapeptido
produjo Glu-his-Fen. El rompimiento de P11 con tripsina produce un P6+P4
El análisis N-terminal de estos péptidos produjo
P6: Tir-gli-ser
P4: Glu-his-Fen-Arg
El rompimiento de P18 con quimotripsina produce:
P5: análisis C-teminal Gli-Pro-Tir
P5: N-terminal: Lis-Met-Glu
P6
P2: Arg-tir
Ejercicios
• Se observa que un pentapéptido (P) contiene cada uno de los siguientes
aminoácidos: ala, gli, val, cis, ser. En la hidrólisis parcial, se obtienen los
siguientes fragmentos: gli-val, cis-ser, val-cis. La reacción del péptido con el 2,4-
dinitrofluorobenceno (en condiciones levemente básicas), seguida por la hidrólisis
completa produce un ala marcado con 2,4-DNP, el 2,4-DNP –ala. Dibuje la
estructura primaria completa del pentapéptido
• El heptapéptido (H) se analiza para dilucidar su estructura y se hacen las
observaciones siguientes:
- La hidrólisis ácida completa de (H) produce los siguientes aminoácidos por mol de
(H); asp2, his2, gli, ser y val.
- El tratamiento de (H) con el 2,4,-dinitrofluorobenceno (DNFB) seguido por la
hidrólisis completa produce la 2,4-DNP-asp.
- El tratamiento de (H) con una carboxipeptidasa produce el ácido áspartico (asp) y
un hexapéptido.
- La hidrólisis parcial de (H) da val-his-gli, his-gli-his, asp-ser-val como algunos
productos tripéptidos, ¿Cuál es la secuencia de aminoácidos en el heptapéptido
(H)?.
PROTEINAS
• Polímeros lineales de aminoácidos
– Clasificación:
• Según su composición:
– Proteínas Simples: Por hidrolisis, producen solamente
AA
– Proteínas Conjugadas: Por hidrolisis, producen AA y
además una serie de compuestos orgánicos e
inorgánicos llamados : Grupo Prostético y según este se
clasifican en:
» Nucleoproteínas (Ac. Nucleíco): Ribosomas, virus
» Lipoproteínas (lípido): LDL, HDL
» Metaloproteínas (Metal): Citocromos, hemoglobina
» Fosfoproteínas (Fosfato): Caseina, Vitelina
» Glucoproteínas (Glucosa): Interferón, γ-globulina
PROTEINAS – Clasificación:
• Según su conformación, las proteínas se clasifican
en:
– Proteínas Fibrosas: Las cadenas polipeptídicas se
ordenan de modo paralelo a lo largo de un eje formando
estructuras compactas ( fibras o láminas).
Son materiales físicamente resistentes e insolubles en
agua y soluciones salinas diluídas.
– Proteínas Globulares : Están constituídas por cadenas
polipeptídicas plegadas estrechamente, de modo que
adoptan formas esféricas o globulares compactas.
Son solubles en sistemas acuosos, su función dentro de
la célula es móvil y dinámica. Ej : (enzimas, anticuerpos,
hormonas)
– Existen proteínas que se encuentra entre las fibrosas por
sus largas estructuras y las globulares por su solubilidad
en las soluciones salinas. Ej : (miosina,fibrinógeno).
NIVELES DE ESTRUCTURAS
DE PROTEINAS
• ESTRUCTURA PRIMARIA
– Polímeros lineales de aminoácidos: Enlaces
covalentes
• Secuencia de AA
• Puentes disulfuro
ESTRUCTURA SECUNDARIA
• Arreglos ordenados unidos por puentes de Hidrógeno
• Determinada por 3 factores:
– Planaridad regional
– Maximiza el Nº de enlaces peptídicos que forman puentes de H
– Adecuada separación entre los grupos R vecinos para evitar impedimento estérico y repulsión de cargas iguales
Tipos de estructura secundaria • -hélice
– El esqueleto del polipéptido
se enrolla alrededor del eje
de la molécula de proteína • Se estabiliza mediante Puentes de H
cada 4 residuos.
• Debido a la Configuración L de los
AA, la hélice es derecha (rota en
sentido de las agujas del reloj como
si bajara)
• Cada vuelta contiene 3.6 residuos de
AA
• Distancia repetitiva de la hélice es de
5.4 Å
Tipos de estructura secundaria
• Hoja ú hoja plegada
– El esqueleto del polipéptido se extiende en una
estructura en zigzag como una serie de platos.
• Sustituyentes pequeños, 2 a 15 cadenas, 6 residuos x
cadena
• Se estabiliza mediante Puentes de H entre los enlaces
peptídicos vecinos.
• Las cadenas vecinas pueden dirigirse en la misma dirección
Hoja paralela ó en direcciones opuestas Hoja
antiparalela
• Promedio de 7 Å residuos de AA
ESTRUCTURA TERCIARIA • Arreglo tridimensional de todos los átomos en
una proteína.
• Mayoría proteínas existen en ambientes acuosos por lo que tienden a doblarse de manera de exponer el máximo número de grupos polares hacia el agua
• Interacciones pueden ocurrir entre grupos péptidos, entre grupos en la cadena y entre péptidos y la cadena
• Enlaces covalentes,
• Atracciones electrostática
• Fuerzas hidrofóbicas.
ESTRUCTURA CUATERNARIA
• Arreglo espacial de las diferentes subunidades de una proteína
• Oligómeros, conformados por más de una cadena de péptidos. – Cadenas individuales = subunidades
– Monómeros, dímeros, trímeros, tetrámeros (hemoglobina)
• Interacciones pueden ocurrir entre grupos péptidos, entre grupos en la cadena y entre péptidos y la cadena, mediante: – Enlaces covalentes
– Atracciones electrostática e hidrofóbicas.
• Especificidad
– Cada proteina lleva a cabo una determinada
función y lo realiza porque posee una determinada
estructura primaria y una conformación espacial
propia; un cambio en la estructura de la proteína
puede significar una pérdida de la función.
– No todas las proteinas son iguales en todos los
organismos, La semejanza entre proteínas son un
grado de parentesco entre individuos, por lo que
sirve para la construcción de "árboles
filogenéticos”
• Desnaturalización
– Pérdida de la estructura terciaria, por romperse los
puentes que forman dicha estructura. Todas las
proteínas desnaturalizadas 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.
• Desnaturalización
– Se puede producir por
• Cambio pH
• Reactivos como úrea, hidroclorhidrato de guanidina
forman puentes de H con los grupos proteicos
• Detergentes (Dodecil sulfato sódico)
• Solventes orgánicos
• Cambios de temperatura ( huevo cocido o frito )
– En algunos casos, si las condiciones se
restablecen, una proteína desnaturalizada puede
volver a su anterior plegamiento o conformación,
proceso que se denomina renaturalización.