Usmp Aa Y Proteinas

Aminoácidos y proteínas

Aminoácidos Son estructuras químicas con un grupo amino y otro carboxilo como mínimo. Son estructuras cuaternarias con C, H, O y N. Pueden poseer además azufre. Existen más de 300 de ellos en la naturaleza, pero las proteínas se generan a partir de únicamente 22 de ellos. Diez de los aminoácidos deben estar contenidos en la alimentación por cuanto no se sintetizan en el organismo y se les denomina esenciales.

R – CH – COOH ! NH2

Aminoácidos esenciales La clasificación vigente, disminuye importancia nutricional de aa. no esenciales Esencialidad otorgada a 8-10 aminoácidos, además a algunos ácidos grasos, minerales y vitaminas, recayendo toda su presencia en la dieta diaria. El hombre posee la habilidad necesaria para transformar aa y ác. grasos esenciales en otros no esenciales pero igualmente necesarios.

aminoácidos esenciales y no esenciales Metionina Valina Leucina Isoleucina Fenilalanina Triptofano Treonina Lisina

Glicina Alanina Tirosina Aspartico Asparragina Glutámico Glutamina Histidina Prolina Hidroxiprolina Cistina Cisteina

Importancia especial de los aa no esenciales Síntesis de proteínas y aminoácidos no esenciales. Metabolismo intermediario. Ciclos de Krebs y de la Úrea. Proceso gluconeogenético. Formación de heme, colina, etanolamina, ATP, ADN-ARN, aminas biógenas y otros metabolitos. Por ello deben obligatoriamente sintetizarse.

Clasificación de aminoácidos Cadenas laterales alifáticas H-CH-COOH

Glicina

NH3

CH3-CH-COOH

Alanina

NH3

CH3

CH-CH-COOH

CH3

CH3

NH3

Valina

CH-CH2-CH-COOH

CH3

NH3

Leucina

CH3 CH2 CH3

CH-CH-COOH NH3

Isoleucina

Aminoácidos hidrofóbicos. Se ubican en el interior de las proteínas. La glicina por ser pequeña se acomoda a todas la curvas proteicas. Glicina rica en el colágeno.

Clasificación de aminoácidos Los hidroxilados son hidrofílicos, fosforilables y ocupan la superficie proteica. La serina se encuentra en el sitio activo de muchas enzimas, no así la treonina Los aminoácidos azufrados, participan frecuentemente de los enlaces interproteínas que mantienen estructuras terciarias y cuaternarias. La metionina inicia la síntesis de las proteínas.

Aminoácidos hidroxilados CH2-CH-COOH NH3

OH

CH3-CH-CH-COOH OH

NH3

Serina Treonina

Aminoácidos azufrados CH2-CH-COOH SH

NH3

CH2- CH2-CH-COOH S-CH3

NH3

Cisteina Metionina

Clasificación de aminoácidos Con grupos ácidos o sus amidas COOH-CH2-CH-COOH

COOH-CH2-CH2-CH-COOH

Asparragina

NH2-CO-CH2-CH2-CH-COOH

NH3 NH2-CO-CH2-CH-COOH NH3

Ac.glutámico

Ac.aspártico

NH3

NH3

Glutamina

Al ser dicarboxílicos proporcionan cargas eléctricas negativas a las proteínas en solución. Además generan proteinatos al reaccionar con cationes. Sostienen, por participar de los enlaces, la estructura secundaria, terciaria y cuaternaria de la proteína. El glutamato y la glutamina son neurotrasmisores abundantes.

Clasificación de aminoácidos Con grupos básicos Arginina

NH-CH2-CH2-CH2-CH-COOH C=NH2

NH3

NH2

NH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH-COOH NH3

NH

-CH2-CH-COOH N NH3

Lisina

Histidina

Proporcionan cargas positivas a las proteínas. Participan de los enlaces de hidrógeno y mantienen la estructura secundaria, terciaria y cuaternaria de la proteína. La Histidina se encuentra en los sitios activos de las enzimas. La arginina es necesaria en la síntesis de úrea.

Clasificación de aminoácidos Con anillos aromáticos

OH-

Contienen grupo aromáticos, que le Fenilalanina confieren carácter CH2-CH-COOH NH3 hidrofóbico. Se sitúan en el interior CH2-CH-COOH Tirosina de la proteína. NH3 Estos aminoácidos dan CH2-CH-COOH color a las proteínas. Triptofano NH3 El triptofano es precursor de la niacina. La prolina es rica en el Prolina COOH NH colágeno.

Anillo no aromático: Iminoácido

Cargas eléctricas de los aminoácidos Los aminoácidos pueden tener carga positiva, negativa o cero. La ionización del carboxilo produce cargas negativas, la captura del protón por parte del grupo amino produce una carga positiva. − + R − COOH ⇔ R −COO + H + + R − NH3 ⇔ R − NH + H

2

A un pH biológico entre 7 y 7,4 los grupos carboxilo son predominantemente COO- y los grupos amino existen como NH3+ La carga neta es la suma algebraica de grupos negativos y positivos del aminoácido.

pH isoeléctrico de un aminoácido Es el pH en el cual el aminoácido presenta cargas positivas y negativas iguales. Desde un punto de vista práctico resulta de obtener la media entre las constantes de disociación del carboxilo y del grupo amonio. CH3-CH-COONH3+

pI =

pK 1+ pK 2 2

pK1 pK2

=

R-COOR-NH3+

2,35 9,69

2 , 35 +9 , 69 2

= 6,02

Propiedades características de cada aminoácido Muchas de las características físicas y químicas de los aminoácidos dependen de la estructura del grupo R anexo a su carbono alfa. CH3-CH-COONH3+

CH=carbono alfa CH3=grupo R

Grupos tan pequeños como el de la Glicina permiten su presencia en lugares poco accesibles de una estructura proteica. Grupos aromáticos como el de la Tirosina permiten absorción de la luz UV y su medida por procedimientos espectrofotométricos. Grupos básicos o ácidos permiten la formación de enlaces (de hidrógeno) con los de otros compuestos.

Aminoácidos y su centro asimétrico Casi todos los aminoácidos tienen un centro asimétrico (menos la glicina). Debido al carbono alfa, que tiene cuatro sustituciones distintas. Este genera configurciones L y D. Los L-aminoácidos son los propios de los mamíferos.

Configuración L

Configuración D

Cromatografía Procedimiento de elección para separar e identificar aminoácidos. Se basa en: partición por solventes. adsorción por el soporte. Dos elementos básicos en la separación: soporte: papel, sílica gel, resinas. solvente: mezcla de solventes orgánicos y agua.

Diferenciación de acuerdo al Rf

Rf =

distancia .alcanzada . por .el .aa distancia .alcanzada . por .el . solvente Visualización: coloreado: ninhidrina. fluorescencia : fluorescamina. lectura UV.

Cromatografía de exclusión molecular. Cromatografía líquida de alta presión.

Lecho Proteína Proteína Poroso Pequeña Grande

Fluorescencia

Separación de aminoácidos...

Tiempo (min)

Proteínas Estructura química formada por la unión de aminoácidos mediante diversas formas de enlace.

Se considera : oligopéptidos: de 2 a 10 aminoácidos. polipéptidos de 10 a 100 aminoácidos. proteínas : más de 100 aminoácidos. Clasificación: Por su forma: globulares y fibrosas. Por su solubilidad: albúminas (solubles en agua) y globulinas (solubles en soluciones salinas diluidas).

Por su composición: simples (sólo aminoácidos),

compuestas. (glucoproteínas, lipoproteínas, metaloproteínas ).

Por su densidad: lipoproteínas: LDL,HDL,VLDL . Por su carga: a pH fisiológico ácidas y básicas.

Enlaces covalentes Peptídicos y disulfuro El peptídico es el más importantes de la estructura polipeptídica. Aún el más simple tiene carácter de doble y mantiene la rigidez y además la solidez de la proteína. Genéranse entre el alfa carboxilo de un aminoácido y el alfa amino de otro con eliminación de molécula de agua. La reacción química más importante en el campo clínico - la de Biuretradica en la presencia del enlace peptídico. El enlace disulfuro se genera por la presencia de radicales -SH de la cisteína, formando uniones disulfuro entre porciones de una misma cadena y entre dos cadenas. Participa de la solidez de la estructura y aún permite la unión de dos polipéptidos como en el caso de la insulina.

Enlaces no covalentes e interacciones Como su nombre indica no son enlaces reales sino fuerzas de atracción entre grupos de átomos. El enlace de H se genera por atracción entre el núcleo de H+ (positivo) y el par de electrones no compartidos de otro átomo. En el caso de una proteína es un oxígeno de otro aminoácido. El enlace hidrofóbico se genera por la semejanza estructural entre dos aminoácidos (aromáticos, alifáticos ?). El enlace iónico se genera entre carboxilos libres y amonios libres de aminoácidos dicarboxílicos y diamínicos.

Enlaces no covalentes... CH2 ! O-H

Enlace de Hidrógeno

Enlace Hidrofóbico

H2N O C

CH CH3 CH3 Enlace Hidrofóbico

(CH2)4 ! NH3+ Enlace iónico

CH3

OC O

Estructura proteica: estructura primaria La conformación nativa de una proteína se define como la estructura tridimensional que es biológicamente activa. Se mantiene sobre la base de los enlaces covalentes y no covalentes anteriormente explicados. La estructura primaria está definida por la secuencia de aminoácidos unidos por los enlaces peptídicos. Su carácter de doble enlace fija una estructura rígida, incapaz de girar sobre su eje, y el movimiento se trasmite a los enlaces del carbono alfa. Esto mantiene una estructura fija coplanar (en un mismo plano).

Rígido R CO CH R

CH NH

NH CO

Libre

CO CH R

NH

Secuencia de aa. en las proteínas

Cadena A Cadena B

insulina Aminoácidos de la insulina

La estructura primaria de una proteína está dada por la secuencia de aminoácidos. Los pasos del estudio de esta secuencia son: Composición de polipéptidos por hidrólisis y cromatografía. Aminoácido N terminal, con DNPB y aa. C terminal con Hidrazina. Ruptura en pequeños fragmentos con tripsina, quimo tripsina, bromuro de cianógeno. Reconstrucción de la secuencia.

Insulina de varios orígenes..... Origen Humano Vaca Cerdo Carnero Caballo Perro Pollo Pato

A8 Thr Ala Thr Ala Thr Thr His Glu

A9 Ser Ser Ser Gly Gly Ser Asn Asn

A10 Ile Val Ile Val Ile Ile Thr Pro

B30 Thr Ala Ala Ala Ala Ala Ala Thr

Estructura secundaria Las rotaciones permitidas en el esqueleto del polipéptido generan una estructura repetitiva denominada secundaria, la cual puede ser: alfa helicoidal estructura beta u hoja plegada Esta estructura es mantenida por los puentes de hidrógeno de la proteína. En el alfa hélix los puentes son intracatenarios y en la estructura beta intercatenarios.

Alfa hélice de las proteínas La doble ligadura virtual, del enlace peptídico limita las conformaciones de una cadena obligando al giro alrededor de un eje (alfa hélice).

Sus medidas son: 3,6 residuos / giro 0,54 nm / giro 0,15 nm /átomo equivalente

Estructura secundaria de las proteínas La hélice alfa es la posición más estable para los aminoácidos. Se estabiliza por puentes de hidrógeno entre el H+ de un NH3+ y el O= de un COOdel cuarto residuo anterior.

Hoja plegada de las proteínas La conformación beta o de hoja plegada se presenta en algunas proteínas o en alguna porción de ellas. La estructura es estabilizada por puentes de hidrógeno entre varias cadenas. Puede ser paralela y antiparalela.

Estructura terciaria y cuaternaria La estructura terciaria se refiere a la disposición tridimensional de la cadena polipeptídica en una proteína, permitiendo la disposición globular o fibrosa de la misma. La mantienen todos los enlaces no covalentes y aún el enlace disulfuro. La interacción proviene de aminoácidos que pueden estar alejados en la secuencia pero cerca en la disposición tridimensional. La proteína está plegada de forma tal que los grupos hidrofílicos ocupan el exterior de la misma y los hidrofóbicos el interior. La estructura cuaternaria se produce en aquellas proteínas que tienen dos o más cadenas polipeptídicas, las que se estabilizan por enlaces no covalentes.

Estructura terciaria de la Hemoglobina Tanto la Hys F8 como la Hys E7 sostienen el grupo Hem de la Hemoglobina Ése a su vez sostiene al Fe

Estructura cuaternaria de la Hemoglobina Las cuatro cadenas (dos alfa y dos beta) se acomodan, creando una estructura globular con cuatro bolsillos.

Otras proteínas …..

PROTEINA G TRANSDUCTINA

PORINA ESPECIFICA PARA LA SUCROSA

APOLIPOPROTEINA HUMANA A1

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Figure 6-6 Ion exchange chromatography using stepwise elution.

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Figure 6-9 Gel filtration chromatography.

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Figure 6-16 Experimental arrangement for paper chromatography.

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Figure 6-18 Paper electrophoresis.

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Figure 6-32 Isopycnic ultracentrifugation.

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Figure 6-30 Zonal ultracentrifugation.