Tema N° N° 4 Aminoácidos, Péptidos y Proteínas

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Los AA contienen grupos funcionales amino y carboxilo. En un α-AA ambos están unidos al mismo átomo de carbono. Los 4 grupos unidos al Cα de los AA son diferentes, lo que confiere al AA actividad óptica.
A pH 7 todos poseen la configuración absoluta del L-gliceraldehído.

Con excepción de la glicina, todos los aminoácidos poseen actividad óptica ya que el carbono α es un carbono quiral o asimétrico.

En algunos casos muy concretos se pueden encontrar AA de la serie D (peptidoglicanos de la pared celular, en ciertos péptidos con acción antibiótica y en péptidos opioides de anfibios y reptiles).

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Numeración de los átomos de carbono de un aminoácido









Son aquellos que el cuerpo humano no puede generar por si solo. generar La única fuente de estos Aminoácidos es la ingesta directa a través de la dieta. Cuando un alimento contiene Proteínas con todos los aminoácidos esenciales, se dice que son de alta o de buena calidad. Algunos de estos alimentos son: la carne, los huevos, los lácteos y algunos vegetales como la soja. No todos los aminoácidos denominados esenciales lo son. La arginina e histidina nuestro organismo puede sintetizarlos, pero no lo hace en suficiente cantidad y es por ello que deben consumirse.

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Isoleucina y Leucina: junto con la Hormona del Crecimiento (HGH) intervienen en la formación y reparación del tejido muscular.




Lisina: es uno de los más importantes porque, en asociación con varios aminoácidos más, interviene en diversas funciones, incluyendo el crecimiento, reparación de tejidos, anticuerpos del sistema inmunológico y síntesis de hormonas.




Metionina: colabora en la síntesis de proteínas y constituye el principal limitante en las proteínas de la dieta. El aminoácido limitante determina el porcentaje de alimento que va a utilizarse a nivel celular.

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Fenilalanina: interviene en la producción del Colágeno, fundamentalmente en la estructura de la piel y el tejido conectivo, y también en la formación de diversas neurohormonas.




Triptófano: está implicado en el crecimiento y en la producción hormonal. También interviene en la síntesis de la serotonina, neurohormona involucrada en la relajación y el sueño.




Treonina: junto con la con la L-Metionina y el ácido Aspártico ayuda al hígado en sus funciones generales de desintoxicación.




Valina: estimula el crecimiento y reparación de los tejidos, el mantenimiento de diversos sistemas y balance de nitrógeno.

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Al pH del plasma sanguíneo o del líquido intracelular (7,4 y 7,1 respectivamente), los grupos –COOH existen como iones carboxilato.
A estos valores de pH los grupos –NH2 están en forma protónica. En la sangre y en los tejidos están como forma de ZWITTERION





La carga neta (suma algebraica de todos los grupos con cargas positivas y negativas presentes en la molécula) de un aminoácido depende del pH o de la concentración de protones de la solución en que se encuentren.




El PUNTO ISOELÉCTRICO es el pH en el cual la molécula del AA tiene una carga neta de cero. El pI es característico de cada AA, lo que nos permite poder separarlos y diferenciarlos.

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La capacidad de alterar la carga de los aminoácidos o de sus derivados por manipulación del pH facilita la separación física de aminoácidos, péptidos y proteínas.




Aminoácidos Alifáticos (No Polares)

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Aminoácidos Polares




Aminoácidos Aromáticos

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Aminoácidos Azufrados




Aminoácidos Ácidos

Derivado Básico

Derivado Básico

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Aminoácidos Básicos




Iminoácidos

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Resultan de la unión de los AA entre sí. Esa unión se produce entre el grupo carboxilo de un AA con el grupo amina de otro AA, produciéndose entonces una unión AMIDA que recibe el nombre de UNIÓN PEPTÍDICA. PEPTÍDICA

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La unión de 2 AA forma un DIPÉPTIDO. La unión de 3 AA forma un TRIPÉPTIDO. Uniones de hasta 10 AA recibe el nombre de OLIGOPÉPTIDO. Uniones de más de 10 AA recibe el nombre de POLIPÉPTIDO.

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Aunque la unión peptídica se representa mediante un enlace sencillo, este enlace tiene carácter de doble ligadura parcial. El enlace C-N es, por lo tanto, rígido, pero el plano en el cual se encuentra pude rotar libremente.

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La estructura planar hace que el carácter ácido o básico del péptido dependa únicamente del grupo carboxilo terminal (del último AA), del grupo amino terminal (del primer AA) y de los grupos R que sustituyen a la molécula.




La sustitución de un sólo AA por otro en una secuencia lineal, puede reducir o anular la actividad biológica del péptido. Muchos errores metabólicos hereditarios comprenden un cambio sencillo de este tipo.




Los aminoácidos que integran la cadena peptídica, se consideran “restos o residuos de aminoácidos”.




Los péptidos se nombran siguiendo el orden de los restos de AA , a partir del que posee el grupo α- amina libre.




Los residuos se nombran por la raíz de su nombre seguida por el sufijo “il” (el último aminoácido se nombra completo).

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Agentes

Vasoactivos (vasopresina).
Hormonas (glucagon, oxitocina, etc.).
Neurotransmisores (β – endorfina, encefalinas).
Antibióticos (valinomicina, gramicidina S).
Agentes Antioxidantes (glutation).




Glutation: es un tripéptido formado por ácido glutámico, cisteína y glicina. Forma puente disulfuro (-S-S-). Interviene en sistemas enzimáticos de óxido reducción. Actúa como antioxidante celular. Reduce las especies reactivas del oxígeno (como el peróxido de Hidrógeno) gracias a la enzima glutatión peroxidasa.

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Glucagon: es una hormona peptídica formada por 29 aminoácidos. Algunas de sus funciones son: Metabolismo: induce catabolismo del glucógeno hepático e induce aumento de la gluconeogénesis, con la consiguiente cetogénesis. Sistema Cardíaco: posee un efecto Beta (inotrópico y cronotrópico positivo). Músculo Liso: induce relajación intestinal aguda. Otros: induce aumento de las catecolaminas y la disminución de la liberación de insulina.

Oxitocina: es un nonapéptido. La función principal es la de estimular las contracciones del útero durante el parto. Además, estimula la expulsión de leche de las mamas durante la lactancia.

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Nombre

Nº de aminoácidos constituyentes

Vasopresina

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Gastrina I

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Secretina

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Función Estimula la reabsorción de agua Estimula la secreción de HCL en estómago Estimula la secreción de jugo gástrico

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Las proteínas son las moléculas orgánicas más abundantes en las células, constituyendo el 50% o más de su peso seco. 2. Se encuentran en todas las partes celulares, ya que son fundamentales en aspectos estructurales y funcionales. 3. Existen muchas clases de proteínas diferentes, cada una de ellas especializada en una función biológica diferente. 1.


Proteínas ácidas: punto isoeléctrico (pI) inferior a 7. Son ricas en Asp y Glu; al pH celular presentan carga negativa neta.
Proteínas básicas: punto isoeléctrico (pI) superior a 7. Son ricas en Arg y Lys; al pH celular presentan carga positiva neta.

En el medio biológico, son, por lo general, más abundantes las proteínas ácidas.

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Desempeñan gran diversidad de funciones: 1. Elementos estructurales. 2. Catalizadores. 3. Reserva de elementos nutritivos. 4. Vehículos de transporte. 5. Hormonas. 6. Elementos de protección. 7. Antígenos celulares.










Son polímeros no ramificados formados por L- α -aminoácidos unidos covalentemente. Para ser considerados proteína, la cadena debe tener más de cincuenta aminoácidos. Si consideramos como peso promedio de un aminoácido 120 Da, desde el punto de vista de la masa molecular, la masa mínima de una proteína debe ser de 6000 Da aproximadamente.

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Las proteínas simples son aquellas que por hidrólisis producen solamente aminoácidos, sin ningún otro producto principal, orgánico o inorgánico. Las proteínas conjugadas son aquellas que por hidrólisis producen no solamente aminoácidos, sino también otros componentes orgánicos e inorgánicos. ◦ La porción no aminoácido de una proteína conjugada se denomina grupo prostético. ◦ Las proteínas conjugadas pueden clasificarse de acuerdo con la naturaleza química de sus grupos protéticos.

Clase

Grupo prostético

% aproximado en peso

RNA RNA

50 – 60 5

Lipoproteínas β1-lipoproteínas del plasma

Fosfolípidos, colesterol, lípidos neutros

79

Glucoproteínas γ-globulinas Orosomucoide del plasma

Hexosamina, galactosa, manosa, ácido siálico N-acetil-galactosamina, ácido N-acetilneuramínico

2 40

Fosfato esterificado a restos de serina

4

Ferroprotoporfirina Ferroprotoporfirina Ferroprotoporfirina

4 4 3.1

Flavin-nucleótido Flavin-nucleótido

2 2

Fe(OH)3 Fe y Cu Zn Mo y Fe

23 0.3 0.3 0.4

Sistemas nucleoproteínicos Ribosomas Virus mosaico del tabaco

Fosfoproteínas Caseína (leche) Hemoproteínas Hemoglobina Citocromo c Catalasa Flavoproteínas Succinato-deshidrogenasa D-aminoácido-oxidasa Metalproteínas Ferritina Citocromo-oxidasa Alcohol-deshidrogenasa Xantinoxidasa

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Cada tipo de molécula proteica posee en su estado nativo una forma tridimensional característica que es conocida como su conformación. Las proteínas pueden clasificarse en dos clases principales:


Las proteínas fibrosas se hallan constituidas por cadenas polipeptídicas ordenadas de modo paralelo a lo largo de un eje, formando fibras o láminas largas.

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Las proteínas globulares están constituidas por cadenas polipeptídicas plegadas estrechamente de modo que adoptan formas esféricas o globulares compactas. ◦ La mayor parte de las proteínas globulares son solubles en los sistemas acuosos. ◦ Generalmente desempeñan una función móvil o dinámica dentro de la célula. ◦ Ejemplos: enzimas, anticuerpos, hormonas globulinas de transporte, hemoglobina.

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Proteínas estructurales. Proteínas de reserva. Enzimas. Globulinas de transporte. Proteínas contráctiles. Proteínas de defensa. Hormonas. Toxinas. Antígenos.

TIPOS Y EJEMPLOS

LOCALIZACIÓN O FUNCIÓN

Enzimas Hexoquinasa Lactato-deshidrogenasa Citocromo c DNA-polimerasa

Fosforila glucosa Deshidrogena lactato Transfiere electrones Replica y repara DNA

Proteínas de reserva Ovoalbúmina Caseína Ferritina Gliadina Ceína

Proteína de la clara del huevo Proteína de la leche Reserva de hierro en el bazo Proteína de la semilla de trigo Proteína de la semilla de maíz

Proteínas transportadoras Hemoglobina Hemocianina Mioglobina Seroalbúmina β1-lipoproteína Globulina que liga hierro Ceruloplasmina

Transporta O2 en la sangre de los vertebrados Transporta O2 en la sangre de algunos invertebrados Transporta O2 en el músculo Transporta ácidos grasos en la sangre Transporta lípidos en la sangre Transporta hierro en la sangre Transporta cobre en la sangre

Proteínas contráctiles Miosina Actina Dineína

Filamentos estacionarios en las miofibrillas Filamentos móviles en las miofibrillas Cilios y flagelos

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Estructura primaria se refiere al esqueleto covalente de la cadena polipeptídica, y establece en modo específico la secuencia de sus restos aminoácidos. Estructura secundaria se refiere a la ordenación regular y periódica en el espacio de las cadenas polipeptídicas a lo largo de una dirección. Estructura terciaria se refiere al modo en que la cadena polipeptídica se pliega para formar la estructura estrechamente plegada y compacta de las proteínas globulares. Estructura cuaternaria considera cómo se disponen en el espacio las cadenas individuales polipeptídicas de una proteína que posee más de una cadena.

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El término más general de conformación, conformación se emplea para referirse a la estructura combinada secundaria, terciaria y cuaternaria de una proteína.

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La cadena polipeptídica se enrolla sobre un eje central, como si estuviese envolviendo un cilindro. Una vuelta completa de la hélice cubre una distancia de 0,54 nm a lo largo del eje y requiere 3,6 restos aminoacídicos. El giro se hace en el sentido de las agujas del reloj y por ello se dice que la hélice es dextrógira o derecha. Este tipo de estructura secundaria se mantiene por uniones puente de hidrógeno. En la cadena polipeptídica, el hidrógeno unido al nitrógeno de un resto amino es atraído por el oxígeno de un grupo carbonilo.

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La cadena polipeptídica se encuentra más extendida que en la hélice α. Cuando dos o más cadenas así extendidas se aparean, pueden establecerse entre ellas puentes de hidrógeno entre grupos =NH de una con grupos =CO de otra. Forman así estructuras laminares que presentan un plegamiento en zigzag. Las cadenas apareadas tienen el mismo sentido (N–terminal  C–terminal), se las llama paralelas ; si marchan en direcciones opuestas, son antiparalelas antiparalelas.

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La disposición tridimensional finalmente adoptada por la proteína no es fortuita. Se da gracias interacciones de las cadenas laterales de residuos aminoacídicos del polipéptido. ◦ En las proteínas fibrosas basta la estructura secundaria para explicar su conformación. Toda la molécula puede disponerse en hélice, o en lámina plegada. ◦ En las proteínas globulares , en cambio, si bien pueden existir porciones de la cadena que adoptan estructuras en hélice α o en lamina β, son necesarios segmentos dispuestos al azar entre las zonas estructuradas para permitir las acodaduras y plegamientos indispensables a fin de alcanzar conformación esferoidal.

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Proteínas oligoméricas , en las cuales cada una de las cadenas representa una subunidad. Ej: miosina está formada por dos subunidades, la hemoglobina por cuatro, etc. Se refiere a la disposición espacial de las subunidades polipeptídicas constituyentes de esas moléculas complejas. Las fuerzas responsables de mantener en posición a las diferentes subunidades son puentes de hidrógeno, atracciones electrostáticas, interacciones hidrofóbicas, puentes disulfuro entre cisteinas, etc.

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El colágeno es una importante proteína fibrosa, con función estructural. Es la más abundante en vertebrados. Insoluble en agua y difícil de digerir por las enzimas del tracto gastrointestinal. Sometido a ebullición se transforma en gelatina (soluble y digerible). Existen 14 tipos de colágenos: Los más abundantes son: Tipo I (piel, tendones , huesos y dentina ), Tipo II (cartílago y humor vítreo) y Tipo III (piel, músculo y vasos sanguíneos).

Presenta una secuencia típica compuesta por la repetición periódica de grupos de tres AA. El primer AA de cada grupo es Gly, y los otros dos son Pro (o hidroxiprolina) y un AA cualquiera: (G-P-X)-. Uno de cada tres residuos es glicina (gli) y uno de cada cuatro es prolina (Pro) ( representan el 25%).

Puede haber diferencias en la estructura primaria, según las cadenas participantes.

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Forma hélice más extendida que la α, enrollada hacia la izquierda (Levógira).
Tres cadenas se asocian para formar una superhélice.
Las cadenas se conectan por puentes de Hidrógeno (intercatenarias), lo que otorga resistencia.


Es una proteína con estructura helicoidal, muy rica en azufre, que constituye el componente principal de las capas más externas de la epidermis de los vertebrados y de otros órganos como el pelo, uñas, plumas, cuernos y pezuñas.

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Existen dos tipos de queratina diferenciadas por su estructura y componentes:
La queratina alfa posee cisteína (tiene enlaces disulfuro). Los puentes disulfuro son los que proporcionan la dureza a la α−queratina. Se encuentra principalmente en los cuernos de un animal y en las uñas, más que en el pelo.
La queratina beta no posee cisteína. Es inextensible (a diferencia de la queratina tipo alfa) y la podemos encontrar, por ejemplo, en la tela de araña.




Proteínas conjugadas. Pertenecen a las Cromoproteínas con grupo prostético: hem o hemo (color rojo).




Mioglobina: transporte y reserva de oxígeno en músculo (16700 Da). Hemoglobina: transporte de oxígeno en sangre (64500 Da).




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• •

Está formada por asociación de cuatro cadenas polipeptídicas de 141 AA y 146 AA. Las cuatro cadenas se ensamblan para formar un conjunto compacto (esférico) con sus residuos hidrofóbicos hacia el interior donde alojan 4 grupos Hemo (ayudan a estabilizar). La hemoglobina se une reversiblemente al oxígeno (oxihemoglobina) Hb + 4 O2 → Hb(O2)4 En los tejidos, donde la presión de CO2 es elevada y el pH es más bajo la oxihemoglobina libera el oxígeno. La Hb participa del transporte de CO2 hasta los pulmones.

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Derivado del núcleo porfina, macrociclo formado por cuatro grupos pirrol unidos entre sí. Todos los átomos del anillo porfina se encuentran en el mismo plano. Tiene la capacidad de formar complejos con metales (Fe2+). Solo cuando el Hierro es bivalente, puede transportar oxígeno. Cuando el hierro se oxida a Fe3+, no puede hacerlo (metahemoglobina).

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Las proteínas en disolución muestran cambios profundos de su solubilidad, en función de: 1) el pH. 2) la fuerza iónica. 3) las propiedades dieléctricas del disolvente. 4) la temperatura. Estas variables que son reflejo del hecho de que las proteínas son electrolitos de peso molecular muy grande, pueden utilizarse para separar mezclas de proteínas, ya que cada proteína posee una composición en aminoácidos característica, la cual determina su comportamiento como electrolito.

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El pH al que una proteína muestra un mínimo de solubilidad es su pH isoeléctrico, definido como aquel valor de pH al que la molécula no posee carga eléctrica y es incapaz de desplazarse en un campo eléctrico. En estas condiciones no existe repulsión electrostática entre moléculas de proteínas vecinas y tienden a y precipitar. Cuando los valores de pH están por encima o por debajo del punto isoeléctrico, todas las moléculas de proteína poseen una carga eléctrica neta del mismo signo, se repelen mutuamente, impidiendo a las moléculas sencillas formar agregados insolubles.

A baja concentración, las sales incrementan la solubilidad de muchas proteínas, fenómeno que recibe el nombre de solubilización por salado . Las sales de los iones divalentes tales como el MgCl2 y el (NH4)2SO4, son mucho más eficaces en la solubilización de las proteínas que las sales de iones monovalentes tales como el NaCl, el NH4Cl y el KCl. A medida que la fuerza iónica aumenta, la solubilidad de una proteína comienza a disminuir. A una fuerza iónica suficientemente elevada, una proteína puede ser casi completamente precipitada de su disolución, efecto llamado insolubilización por salado . Las proteínas precipitadas por salado retienen su conformación nativa y pueden disolverse de nuevo, normalmente sin experimentar desnaturalización.

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Dentro de una fluctuación limitada entre los 0 y los 40°C aproximadamente, la mayor parte de la solubilidad de las proteínas globulares aumenta al aumentar la temperatura.




Por encima de los 40 y los 50°C, la mayor parte de las proteínas aumentan en inestabilidad y comienzan a desnaturalizarse, generalmente con pérdida de solubilidad en la zona neutra de pH.




El funcionamiento correcto de una proteína exige mantener sus estructuras (primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria) sin modificaciones.




Agentes Físicos como el calor, la radiación, el congelamiento; o Agentes Químicos como los ácidos o álcalis concentrados, solventes orgánicos, etc., pueden desorganizar la estructura proteica y llevar a la pérdida de las propiedades y funciones. Esto se denomina DESNATURALIZACIÓN.




Generalmente la única estructura que no se ve afectada es la estructura primaria.

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La desnaturalización es una pérdida total o parcial de los niveles de estructura superiores al primario y se debe a la desaparición de los enlaces débiles tipo puente de hidrógeno, Van der Waals, etc., y en realidad no afecta a los enlaces peptídicos y por tanto a la estructura primaria. 

Sin embargo al alterarse su conformación espacial, la proteína perderá su funcionalidad biológica. 

Puede existir una renaturalización casi siempre, excepto cuando el agente causante de la desnaturalización es el calor (coagulación de la leche, huevos fritos, "permanente" del cabello, etc.). 








BLANCO, A. Química biológica. Séptima edición. Editorial El Ateneo. RIGALLI, A. Química Biológica. Fundamentos y concepto. Editorial Corpus. DEVLIN, T. Bioquímica, libro de texto con aplicaciones clínicas. 3ª Edición. Editorial Reverté. MATHEWS C., VAN HOLDE K. Bioquímica. Interamericana Mc Graw- Hill. MURRAY R., GRANNER D., MAYES P., RODWELL V. Bioquímica de Harper. Ed. El Manual Moderno.

Las presentaciones en Power Point son simplemente orientativas acerca de los contenidos desarrollados. Las mismas deben ampliarse con la bibliografía sugerida por los docentes.

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