Proteínas I: Funciones, Estructura Primaria. Coila P. Fmvz-una-puno

Funciones, estructura y propiedades

Coila, P., FMVZ-UNA-Puno

PROTEÍNAS

Generalidades 

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Son las macromoléculas más abundantes de los seres vivos. Está presente en todas las células y en todas partes de la célula. 1838 G. J. Mulder -“Proteína”, gr. proteios = de primer orden, lo fundamental.

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Las proteínas son cadenas de aminoácidos (AA). Todas las proteínas están contruídos a partir de 20 AA.

Funciones 

Estructurales.- colágeno, queratina, histonas, fibroína.

Funciones 

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Catalíticas.- Enzimas. Digestivas.- Amilasa, pepsina, tripsina, etc.

Funciones 

Transporte.- de moléculas (Hb), canales iónicos, electrones, etc.

Funciones 

Motilidad.- Actina, miosina. Dineína, tubulina en cilios y flagelos.

Funciones 

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Defensa.- Igs, venenos, toxinas, interferones. Regulación.- Hormonas, proteína G, Energéticas.- 15%. Visuales.- opsinas. Nutritivas.- albúmina, caseína, músculos.

No hay función celular en que las proteínas no estén involucradas.

Composición y tamaño de las proteínas 

Químicamente, las proteínas son cadenas de AA unidos por enlaces peptídicos.

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Las proteínas varían grandemente en tamaño (PM), forma y función. Existen proteínas monoméricas y poliméricas.

Clasificación de proteínas 

Por su composición  P.

Simples.- formadas exclusivamente por AA: C 50%, H 7%, N 16%, S 0-3%.  P. Conjugadas o compuestas.- AA + grupo prostético o cofactor (orgánico o inorgánico)

cofactor



Por su conformación  P.

fibrosas.- Resistentes a la tracción, insolubles, forman estructuras. Ej. Queratina, elastina, fibroína.  P. Globulares.- Frágiles, solubles, funciones dinámicas. Ej. Enzimas, hormonas, Igs.  P. Mixtas.- Ej. Miosina, fibrinogeno.

Organización estructural de las pts.

AMINOACIDOS AMINOACIDOS

Generalidades 

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E. Fisher: “Todas las proteínas están compuestas por AA” (PN 1902). Existen más de 300 AAs., pero 20 están en las proteínas de todas las formas de vida (AA estándares, comunes o primarios). Tb existen AA en forma libre o formando moléculas no proteicas. Existen muchos compuestos derivados de AA. En 1806: 1er AA descubierto (Asn), el último en 1938 (Tre).

Funciones de los AA

Los 20 AA

Ejemplo de la secuencia de 2 proteinas

Estructura de los L-Aminoácidos

Grupo carboxilo Grupo amino

H2 N Grupo R

COOH H H = Glicina CH3 = Alanina

Clasificación de AA A) DE ACUERDO A LA NATURALEZA DEL GRUPO R

Clasificación de AA por polaridad

NO POLAR

POLAR

Acidos

Neutralesl

Asp

Basicos

Asn Ser Arg Cys Tyr His Gln Thr Lys Glu Gly Ala Ile Phe Trp Val Leu Met Pro

Polar o no-polar, es la base de la propiedades de los AA.

Mapa vial de los AA

Linea nor-este Chung-San line -C-C-C-N-C-N

=

Aromatic

N+

Básic

Arg

R

N

-C-

Lys

Esto NO es una vía metabólica

Trp W -C-OH

Tyr

K

-C-C-C-C-NH3+

Y

-C-C-CONH2

Asn

N

Gln

Q

Amide

Asp

D

Glu

E

Acidic

-C-

-C-C C N N+

His

Phe

H

F

-C-COOH

Linea central Gly G

Ala

-H

AA

Ser

S

Val

-C-C-COOH

V

C C -C

-CH3

-C-OH

Cys

C -C-SH

Ile

Alifátic

Polar

-C-C Thr OH

T

Hydroxy

Met M -C-C-S-C Sulfur

Leu

I

C -C-C-C

L

C -C-C-C

Línea circularC

C

C HN C-COOH

Línea sur No polar

Nan-Kan line

-C-CONH2

Pro

P

Imino, Circular

B) DE ACUERDO A LAS NECESIDADES NUTRITIVAS ESENCIALES

NO ESENCIALES

Histidina *

Alanina

Arginina *

Aspartato

Isoleucina

Asparagina

Leucina

Cisteína

Valina

Glutamina

Fenilalanina

Glutamato

Metionina

Glicina

Triptofano

Prolina

Treonina

Tirosina

Lisina

Serina

* Solo en infantes

AMINOÁCIDOS PROTEICOS DERIVADOS

AMINOÁCIDOS NO PROTEICOS

AMINAS DE IMPORTANCIA BIOLÓGICA   

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Histamina Acido -aminobutirico (GABA) Catecolaminas (Dopamina, Noradrenalina y Adrenalina) Hormona Tiroidea Melatonina Serotonina Creatina

Histamina 

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La histamina tiene gran importancia biológica ya que tiene acción vasodilatadora, disminuye la presión sanguínea, colabora en la constricción de los bronquiolos, estimula la producción de HCl y estimula la pepsina en estómago, se libera bruscamente en respuesta al ingreso de sustancias alérgenas en los tejidos. Se degrada muy rápidamente.

Acido -aminobutirico (GABA) 

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Se forma por descarboxilación del ácido glutámico, generalmente en el sistema nervioso central. Utiliza piridoxalfosfato como coenzima.

El GABA es un compuesto funcionalmente muy importante, ya que es el intermediario químico regulador de la actividad neuronal, actuando como inhibidor o depresor de la transmisión del impulso nervioso.

CATECOLAMINAS: Dopamina, Noradrenalina y Adrenalina 

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Se producen en el sistema nervioso y en la medula adrenal. Derivan de la TIROSINA La Dopamina es un neurotransmisor importante

La acción de las catecolaminas es muy variada:  Son vasoconstrictores en algunos tejidos y vasodilatadores en otros, aumentan la frecuencia cardíaca, son relajantes del músculo bronquial, estimulan la glucógenolisis en músculo y la lipólisis en tejido adiposo.  Son rápidamente degradadas y eliminadas del organismo

Hormonas Tiroideas 

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Tiroxina y Triyodotironina, se sintetizan a partir de TIROSINA. Existen enfermedades relacionadas al defecto en el metabolismo de estos a.a. (fenilcetonuria, albinismo)

Melatonina 

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

La melatonina es una hormona derivada de la glándula pineal. Bloquea la acción de la hormona melanocito estimulante y de adrenocorticotrofina. Se forma a partir del triptófano por acetilación y luego metilación

Serotonina

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Es un neurotransmisor y ejerce múltiples acciones regulatorias en el sistema nervioso (mecanismo del sueño, apetito, termorregulación, percepción de dolor, entre otras) Deriva del triptofano.

Creatina 

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Es una sustancia presente en músculo esquelético, miocardio y cerebro, libre o unida a fosfato (creatinafosfato) Arginina, glicina y metionina, están involucradas en su síntesis. La reacción se inicia en riñón y se completa en hígado, desde donde pasa a la circulación y es captada por músculo esquelético, miocardio y cerebro y reacciona con ATP para dar creatinafosfato. La creatina fosfato constituye una reserva energética utilizada para mantener el nivel intracelular de ATP en el músculo durante periodos de actividad intensa.

Propiedades físicas de los AAs 1. Actividad óptica (estereoisomerismo) de los AAs 

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Estereoisómeros.- Compuestos que poseen la misma fórmula molecular pero diferente configuración de sus átomos en el espacio. Centro quiral o asimétrico.- Atomo que se encuentra unido a diferentes átomos o moléculas. Por lo tanto: el C alfa de los AA es quiral. El número de estereoisómeros posibles es: 2n donde n=número de centros quirales. Los 20 AAs, con excepción de la Gli, poseen 2 estereoisómeros posibles = enantiómeros o configuraciones L y D. Por convención, si el grupo NH2 se encuentra a la derecha es D y si está a la izquierda es L. La Tre e Ile poseen 4 estereoisómeros: 2 esteroisómeros (D y L) y 2 formas alo (D-alo y L-alo).

Estereoisómeros

Imagen especular

2. Rotación específica de los AAs 

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Los AA tienen la capacidad de hacer girar el plano de la luz polarizada cuando se examinan en el polarímetro. Esta rotación depende de la naturaleza del Grupo R La rotación en sentido horario = dextrorrotatoria (+) La rotación en sentido antihorario = levorrotatorio (-) Ejemplos de algunos L-Aas: AA

Rotación específica

L-alanina

+ 1,8

L-arginina

+ 12,4

L-leucina

- 11,0

L-prolina

- 86,2

3. Espectro de absorción de los AAs 

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

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Los AA absorben luz en la región UV. La mayoria por debajo de 220 nm de longitud de onda. La cisteína a 240 nm Tres AA: Trp, Tir y Fen (aromáticos) absorben luz a 280 nm. Como la mayoría de proteínas contienen estos 3 AA, se puede determinar la cantidad de proteínas en una muestra biológica a 280 nm.

4. Propiedades ácido-básicas de los AAs (iónicas o eléctricas) 

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El conocimiento de la propiedades iónicas es importante para el análisis de la propiedades físicas y biológicas de las proteínas y para las técnicas de purificación, identificación y cuantificación. Dependen de los estados iónicos del: grupo amino, grupo carboxilo y cualquier grupo ionizable del grupo R, los cuales a su vez, dependen del pH del ambiente. De este modo los AA pueden presentar 2 formas: No iónica (no disociada) e iónica o zwitterion (disociada):

El protón puede ser Adsorbido o Desorbido Proton： abundante y pequeño, afecta la carga de una molécula

lone pair electrons

Amino

Alto

N H

pKa

Bajo

H+

H+

N H

H

H Alto

Carboxilico

C

pKa

Bajo

O H O

O

C

O

H+

Anfolito contiene tanto grupos positivos y negativos en su molécula. Los 20 AA son anfolitos.

Ambirente ácido

Ambiente neutro

Ambiente alcalino

pK2 ~ 9

NH2 H+ R-C-H COOH

NH2 H+ R-C-H COOpK1 ~ 2

+1

NH2 R-C-H COO-

5.5

0 Punto isoelécrico

-1

Los AA tienen efecto buffer pH 12 ★

9

pK2

NH2 H+

6

H-C-R

Punto iseléctrico =

COO-

3

★

0 [OH] →

pK1 + pK2 2

pI

pK1

pKa de los AAs Residues on amino acids can release or accept protons

-COOH R -COOH -Imidazole·H+ Cys -SH Tyr -OH His

-NH3+ R -NH3+

-COOR -COO-

+ H+ pKa = 1.8~2.4 + H+ pKa = 3.9~4.3

-Imidazole + H+ pKa = 6.0 Cys -S+ H+ pKa = 8.3 Tyr -O+ H+ pKa = 10 His

-NH2 R -NH2

+ H+ pKa = 8.8~11 + H+ pKa = 10~12.5 Smaller pKa releases proton easier

Only His has the residue with a neutral pKa (imidazole) pKa of carboxylic or amino groups is lower than pKa of the R residues Juang RH (2004) BCbasics

pKa de los AA

Amino acids

-COOH -NH2

Gly Ala Val Leu Ile Ser Thr Met Phe Trp Asn Gln Pro Asp Glu His Cys Tyr Lys Arg

2.34 2.34 2.32 2.36 2.36 2.21 2.63 2.28 1.83 2.38 2.02 2.17 1.99 2.09 2.19 1.82 1.71 2.20 2.18 2.17

G A V L I S T M F W N Q P D E H C Y K R

9.60 9.69 9.62 9.68 9.68 9.15 10.4 9.21 9.13 9.39 8.80 9.13 10.6 9.82 9.67 9.17 10.8 9.11 8.95 9.04

-R

pH pK2

dos pKa (dipróticos)

pI pK1

pK1 + pK2 2 tres pKa (tripróticos)

pK3

? 3.86 4.25 6.0 8.33 10.07 10.53 12.48

pK2

? pK1

pI ? [OH-] Juang RH (2004) BCbasics

H 1ro HOOC-CH2-C-COOH NH3+

Acido aspártico

+1 pK1 = 2.1

H 2do HOOC-CH2-C-COO-

El pI es el promedio de los pKa que flanquean la forma carga neta cero 2.1 + 3.9

0

2

NH3+

= 3.0

Isoelectric point

pK2 = 3.9 H -OOC-CH -C-COO2

-1

NH3+ 3ro pK3 = 9.8

H -OOC-CH -C-COO2 NH2

-2

-2 pK3

-1

pK2 pK1

0 +1 [OH] Juang RH (2004) BCbasics

Ambiente pH vs Carga de proteica

Buffer pH

10 9 8 7 Punto isoeléctrico, pI

+

6 5 4 3

0

-

-

Carga neta de una proteína

Curva de titulación de la histidina

Propiedades químicas de losAAs 



Los AA pueden participar en una gran variedad de reacciones químicas gracias a los distintos grupos funcionales que poseen. Reacción del grupo alfa-amino:   



Reacciones del grupo alfa-carboxilo 



Reacción de la Ninhidrina Reacción de Sanger Reacción de Edman, etc. Participa en todas las reacciones de los ácidos orgánicos (formación de sales, ésteres, etc.)

Reacciones del Grupo R  

Reacción de Millon.- reacciona con el grupo hidroxifenil (tirosina) Reacción de Ehrlich.- reacciona con el grupo indol (triptofano)