Apuntes Proteinas Qca Org Tec 2013

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(1)UNIVERSIDAD MAYOR Facultad de Medicina. Apuntes de Biomoléculas: Proteínas Profesores: Ximena Arias - Maribel Arnes - Roberto Bravo. Temario: 1. 2.. Concepto de proteína Los aminoácidos: 2.1 Estereoquímica 2.2 Clasificación 2.3 Propiedades ácido–base. 2.4 Propiedades químicas.. 3. 4.. El enlace peptídico Estructura de las proteínas: 4.1 Estructura Primaria 4.2 Estructura Secundaria 4.3 Estructura Terciaria 4.4 Estructura Cuaternaria. 5.. Propiedades de las proteínas: 5.1 Especificidad 5.2 Desnaturalización. 6. 7.. Clasificación de las proteínas Funciones de las proteínas. Ximena Arias. Página 1. 15/08/2011.

(2) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. 1.- CONCEPTO DE PROTEÍNA •. Su nombre proviene del griego “protos” que significa primero o más importante.. •. Se descubrieron en 1838 y hoy se sabe que son las macromoléculas más abundantes de las células vivas. Están presentes en todas las células y en todas partes de ellas y suponen más del 50% del peso seco de los animales.. •. Las proteínas desempeñan papeles cruciales en prácticamente todos los procesos biológicos. El alcance de sus funciones puede comprenderse por los siguientes ejemplos: catálisis enzimática, transporte y almacenamiento de iones o moléculas pequeñas, movimiento coordinado, soporte mecánico, protección inmune, generación y transporte de los impulsos nerviosos, y control del crecimiento y la diferenciación.. •. Cada proteína tiene una estructura funcional lógica y propia.. •. Las proteínas están constituidas básicamente por unidades elementales (monómeros) denominadas aminoácido.. •. Hay 20 aminoácidos diferentes, implicados en la formación de las proteínas, conocidos como los aminoácidos estándares.. •. Las propiedades físicas y químicas de estas unidades básicas van a determinar muchas de las características estructurales de las proteínas, así como criterios biológicos y funcionales. Razón por la cual es necesario primero hablar de los aminoácidos.. 2. - LOS α-AMINOÁCIDOS •. Los α-aminoácidos constituyentes de las proteínas se caracterizan por poseer un átomo de hidrógeno (H), un grupo carboxilo (-COOH), un grupo amino (-NH2) y un grupo variable. denominado cadena lateral o Radical (R) enlazados a un átomo de carbono central llamado carbono alfa (Cα). El carbono central debe su nombre de Cα por encontrarse adyacente al grupo carboxilo. •. Son entonces denominados α-aminoácidos.. •. Por lo tanto todo aminoácido tiene un esqueleto común y un esqueleto diferencial representado por su cadena lateral.. Ximena Arias. Página 2. 15/08/2011.

(3) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. ESQUELETO DIFERENCIAL. CADENA LATERAL. R. O. ESQUELETO COMUN. C. GRUPO α-CARBOXILO. CH. OH CARBONO α. NH 2. GRUPO α-AMINO. •. Los α-aminoácidos se diferencian exclusivamente por su cadena lateral y para indicar cada aminoácido habitualmente se utilizan notaciones abreviadas, la de tres letras es la más común, pero también es utilizada la de una letra. Por ejemplo, Glicina, también conocida como glicocola, se puede abreviar como “Gly” o “G”.. •. Los enlaces alrededor del carbono alfa son tetraédricos, recordemos que cuando un átomo de carbono tiene cuatro sustituyentes diferentes unidos a él, forma una molécula asimétrica y se dice que es un carbono quiral o estereocentro. Todos los aminoácidos, con excepción de la glicina, presentan un carbono α que es quiral.. 2.1 ESTEREOQUÍMICA DE LOS AMINOACIDOS: •. El agrupamiento tetraédrico de cuatro grupos diferente alrededor del carbono α confiere actividad óptica a los aminoácidos. Si una molécula contiene un carbono quiral, existen dos estereoisómeros (isómeros ópticos) distinguibles, se trata de imágenes especulares que no se pueden superponer una a la otra: ENANTIÓMEROS.. •. Todos los aminoácidos estándares, con excepción de la glicina, presentan configuración D y L.. •. Todos, excepto la glicina son ópticamente activos, es decir, pueden hacer girar el plano de la luz polarizada.. •. Las células distinguen con gran eficiencia los estereoisómeros y la naturaleza muestra una marcada preferencia por la forma “L”. Salvo contadas excepciones, todos los aminoácidos constituyentes de las proteínas presentan configuración L.. Ximena Arias. Página 3. 15/08/2011.

(4) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. •. Por convención, todos los compuestos de configuración comparable a la del L-gliceraldehído son denominados L, aun cuando no sean levógiros, y se le asigna la configuración D a los relacionados con la disposición del D-gliceraldehído, aunque no sean dextrógiros.. COOH. CHO HO. H2N. H. H CH2OH. CH2OH L-Gliceraldehido (monosacárido). L-Serina (α-aminoácido). •. Al observar la estructura de Fischer del L-gliceraldehído la denominación “L”, esta de acuerdo a la posición del grupo hidroxilo (OH), que se encuentra a la izquierda; en la L-serina esta de acuerdo a la posición del grupo amino (NH2), se encuentra a la izquierda.. •. De aquí que omitiéremos la designación de isómero óptico en nuestra discusión de las proteínas, puesto que siempre se supondrá que se trata del isómero “L” a menos que indique lo contrario.. 2.2. CLASIFICACION DE LOS AMINOACIDOS. 2.2.1. CLASIFICACIÓN NUTRICIONAL.. •. Los aminoácidos estándares se clasifican como esenciales (indispensables) y no esenciales (dispensables), los primeros deben encontrarse obligatoriamente en la dieta.. •. Sin embargo los términos esenciales y no esenciales pierden nitidez cuando el interés de clasificación se centra en el ámbito metabólico.. •. Consideraremos esencial a aquellos aminoácidos que no pueden ser sintetizados por el organismo a la velocidad y en la cantidad requerida y deben ser suministrados por la dieta. Estos aminoácidos son: Leucina, Isoleucina, Lisina, Metionina, Fenilalanina, Treonina, Triptófano y Valina. En el caso de los lactantes se debe agregar Histidina, necesaria para el crecimiento (Algunos estudios señalan que este aminoácido también es esencial para el adulto).. Ximena Arias. Página 4. 15/08/2011.

(5) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. 2.2.2. CLASIFICACIÓN ELEMENTAL SEGÚN SU CADENA LATERAL.. •. Los aminoácidos estándares se clasifican de acuerdo a la polaridad de su cadena lateral en Apolares y Polares.. •. A su vez los aminoácidos polares pueden subdividirse de acuerdo a los grupos funcionales que presentan en su cadena lateral polar como: Acidos, Básicos y Neutros. APOLAR. Aminoácidos. Según cadena lateral. HIDRÓFOBOS. POLAR. ÁCIDOS BASICOS NEUTROS. HIDROFÍLICOS. •. Para poder clasificar fácilmente los aminoácidos en cada uno de los tipos descritos, es necesario recordar las características físico-químicas de los principales grupos orgánicos, así es como podemos generalizar que: SABIENDO RECONOCER LA CADENA LATERAL DE UN AMINOACIDO ES POSIBLE DETERMINAR SU NATURALEZA POLAR O APOLAR DE ACUERDO A LOS PRINCIPIOS GENERALES DE LA QUIMICA ORGANICA.. Tabla N°1: Clasificación de los aminoácidos de acuerdo a su cadena lateral. APOLARES Glicina Alanina Valina Leucina Isoleucina Prolina Fenilalanina Tirosina* Triptófano. POLARES BÁSICOS. Lisina Histidina Arginina. POLARES NEUTROS. POLARES ACIDOS. Metionina Asparagina Glutamina Serina Treonina Cisteína**. Acido Aspártico Acido Glutámico. ** La Tirosina a pesar de ser clasificada como un aminoácido apolar, su cadena lateral es básica desde el punto de vista de las propiedades ácido - base. *La Cisteina a pesar de ser clasificada como un aminoácido polar neutro, su cadena lateral es básica del punto de vista de las propiedades ácido – base. Ximena Arias. Página 5. 15/08/2011.

(6) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. Tabla N°2: Clasificación elemental y estructura de los aminoácidos estándares. (En rojo se señala el esqueleto diferencial de los α-aminoácidos). Cadena Lateral Apolares. O H2N CH. Aminoácidos con cadena lateral hidrógeno. OH. H. Glicina (Gly) O H N. Aminoácidos con cadena lateral hidrocarbonada ciclada con el grupo α-amino. C OH. CH. H2C. CH2 CH2. Prolina (Pro). O H3C. C OH. CH NH2 Alanina (Ala) O. CH3 CH. C OH. CH. H3C. NH2. Valina (Val). Aminoácidos con cadena lateral hidrocarbonada. O H3C. C. CH2 CH. CH. CH3. NH2. OH. Leucina (Leu) CH3 H3C. O. CH CH2. C CH. OH. NH2. Isoleucina (Ile). Ximena Arias. Página 6. 15/08/2011.

(7) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. Cadena Lateral Apolares. O CH2 OH NH2. Fenilalanina (Phe) O CH2 OH NH2. Aminoácidos con cadena lateral aromática. HO. Tirosina (Tyr) O CH2 OH NH2 NH. Triptófano (Trp). Cadena Lateral Polar Básica. O H2N. CH2 CH2. CH2 CH2. OH NH2. Lisina (Lys) O H N. CH2 C. Aminoácidos de cadena lateral con grupo amina. OH. HC NH2. CH. N. Histidina (His) NH2. O. C HN. CH2 NH. CH2 CH2. OH NH2. Arginina (Arg). Ximena Arias. Página 7. 15/08/2011.

(8) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. Cadena Lateral Polar Neutra. O H2N. CH2 C. OH. O. NH2. Aminoácidos de cadena lateral con grupo amida. Asparagina (Asn) NH2. O. C. CH2 CH2. O. OH NH2. Glutamina (Gln) O. CH3 CH HO. OH NH2. Treonina (Thr). Aminoácidos de cadena lateral con grupo hidroxilo. O CH2 HO. OH NH2. Serina (Ser) O S H3C. CH2 CH. CH2. NH2. OH. Aminoácidos de cadena lateral con grupo tioéter. Metionina (Met). O CH2 HS. OH NH2. Aminoácidos de cadena lateral con grupo sulfhidrilo. Cisteína (Cys). Ximena Arias. Página 8. 15/08/2011.

(9) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. Cadena Lateral Polar Ácida. O HO. CH2 OH. C O. NH2. Aminoácidos de cadena lateral con grupo carboxílico. Acido Aspártico (Asp) O. O. C. CH2 CH2. HO. OH NH2. Acido Glutámico (Glu). •. Además de los aminoácidos estándares se han encontrado otros aminoácidos como componentes de sólo ciertos tipos de proteínas. Cada uno de éstos deriva de uno de los 20 aminoácidos estándares mediante una reacción de modificación que tiene lugar una vez que se ha incorporado el aminoácido estándar en la proteína.. Tabla N°3: Estructura de otros aminoácidos encontrados en ciertos tipos de proteínas que son derivados de los aminoácidos estándares. O H N. C CH. H2C. O. OH H2N. CH2. CH2 OH. HO. O. O. C. O OH. C HO. O. NH2. CH2 HO. PO3H2 O. NH2. Acido γ−carboxiglutámico. Ximena Arias. NH2. CH2 CH. OH. δ-hidroxilisina. 4-hidroxiprolina. HO. CH2 CH2. Página 9. o-fosfoserina. 15/08/2011.

(10) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. •. Existen otros aminoácidos biológicamente importantes, como β-alanina, D-Alanina, sarcosina, ornitiona, L-homoserina, ácido γ-aminobutírico, D-ácido glutámico, L-tiroxina, a los cuales se los encuentra libres o integrando moléculas no proteínicas, es decir, estos aminoácidos no se encuentran en las proteínas.. 2.3 PROPIEDADES ÁCIDO-BASE DE LOS AMINOÁCIDOS. •. Todos los α-aminoácidos obtenidos por hidrólisis de proteínas, presentan un grupo ácido (grupo αcarboxilo) y un grupo básico (grupo α-amino), razón por la cual se les considera neutros. Sin embargo, ciertas propiedades físicas y químicas no son consistentes con la estructura básica.. O R. C CH. CARBONO α. NH 2. GRUPO α-CARBOXILO. OH GRUPO α-AMINO. •. Se podría pensar que los α-aminoácidos presenten propiedades físicas semejantes a las aminas y ácidos carboxilicos estructuralmente similares.. •. Si analizamos la glicina, α-aminoácido más pequeño, sería de esperar que fuera un líquido con un punto de fusión entre la etanamina y el ácido etanoico, pero la glicina es un sólido con un punto de fusión muy superior, semejante al de un compuesto iónico. H2NCH2CH3 pf = -80,6 °C. H2NCH2COOH pf = 233 °C. CH3COOH pf = 16,6 °C. •. Al contrario de las aminas y ácidos carboxílicos, los aminoácidos son sólidos cristalinos, novolátiles, y funden con descomposición a altas temperaturas.. •. Esto se explica considerando las propiedades ácido-base de los α-aminoácidos y la proximidad mutua de los grupos α-carboxilo y α-amino.. Ximena Arias. Página 10. 15/08/2011.

(11) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. •. La existencia, en una misma molécula, de grupos ácidos y básicos, da a los aminoácidos propiedades eléctricas particulares. Como se ha visto, el grupo carboxilo se comporta como un ácido o dador de protones, mientras que le grupo amino acepta protones; actúa como base.. •. En estado cristalino o en soluciones acuosas, estos compuestos se encuentran disociados, con cargas positivas y negativa sobre la misma molécula. Por esta razón, se dice que los aminoácidos son iones dipolares, anfolitos o anfóteros.. •. La carga eléctrica del aminoácido dependiendo del pH del medio ambiente en le cual esta disuelto, es decir, pueden ionizarse como: a) Un ácido, el grupo -COOH libera el protón, quedando como el anion (-COO-) O R. C O. CH. -. NH2. b) Una base, el grupo -NH2 captan protones, quedando como el cation (-NH3+) O R. C CH. OH. +. NH3. c) O pueden aparecer como ácido y base a la vez. En este caso los aminoácidos se ionizan doblemente, apareciendo una forma dipolar iónica llamada zwitterion (sal interna), con carga neta cero. O R. C CH. O. -. +. NH 3. •. Los α-aminoácidos son realmente compuestos ionicos.. Ximena Arias. Página 11. 15/08/2011.

(12) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. •. Recuerda que el grupo amino y el ácido carboxílico tienen formas conjugadas de carácter ácido/base, las cuales dependen del pH de la solución donde se encuentran.. GRUPO CARBOXILO Forma Acida. Forma Básica. O R. H+. +. O. C. C R. OH. +. H. + O-. GRUPO AMINO Forma Acida. R. NH3. +. Forma Básica. +. R – NH2. +. H+. + H. •. Las constantes de equilibrio, Ka, para las formas ácidas son de alrededor de 10-2 para el grupo carboxilo (Ka1) y de aproximadamente 10-9 para el grupo amino (Ka2). Por lo tanto, los valores de pKa1 ≈ 2 y pKa2 ≈ 9.. •. Cuando el pH es inferior a 2, casi todos los grupos carboxilos están en forma de ácido conjugado (sin carga) y casi todos los grupos aminos están en su forma de ácido conjugado (con carga +1). El aminoácido encuentra principalmente como la especie Protonada.. •. Cuando el pH es superior a 9, casi todos los grupos carboxilos están en forma de base conjugada (con carga –1) y casi todos los grupos aminos están en su forma de base conjugada (sin carga). El aminoácido se encuentra preferentemente como la especie No-Protonada.. •. Cuando el pH esta entre 2 y 9, casi todos los grupos carboxilos están en su forma de base conjugada (con carga –1) y casi todos los grupos aminos están en su forma de ácidos conjugados (con carga +1). El aminoácido se encuentra mayoritariamente como la especie Zwitterion.. Ximena Arias. Página 12. 15/08/2011.

(13) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. •. En conjunto, por tanto, un aminoácido puede adoptar varias formas con carga, que depende del pH.. O R. O. C. R. CH NH3. C. OH. R. CH. +. NH3. O-. Carga neta = +1. C CH. +. O-. NH2. Si el pH está entre 2 y 9 el grupo amino se encuentra en forma de ácido conjugado y el grupo carboxilo en forma de base conjugada. Si el pH es inferior a 2 los grupos amino y carboxilo se encuentran en formas de ácido conjugado.. •. O. Si el pH es superior a 9 los grupos amino y carboxilo se encuentran en formas de base conjugada. Carga Neta = -1. Carga Neta = 0. Si el aminoácido se coloca en un campo eléctrico, la forma anionica de este viaja hacia el electrodo positivo, la forma cationica viaja hacia el electrodo negativo y el ion dipolar permanece estacionario.. +. -. -. OOC-CH-NH2 (forma aniónica) |. R (forma catiónica) HOOC-CH-NH3+ |. R. OOC-CH-NH3+. -. |. R (ion dipolar- no hay migración) Electrodo positivo. Electrodo negativo Electrodos. Ximena Arias. Página 13. 15/08/2011.

(14) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. •. Hay un valor de pH, característico para cada aminoácido, en el cual la disociación de cargas positivas y negativas se iguala y, por lo tanto, la carga total del aminoácido es nula. A este valor de pH se le denomina punto isoeléctrico (pI). Cualquier aminoácido en el cual las cargas positivas y negativas están equilibradas (Zwitterion) se encuentra en su punto isoeléctrico.. •. Si la cadena lateral de un aminoácido posee un grupo ionizable, en su ionización se debe tomar en cuenta este valor de pKaR (pKa de cadena lateral).. •. Dependiendo de las características ácido-base de la cadena lateral tendremos distintos sistemas en equilibrio.. Caso 1: Aminoácido con cadena lateral Apolar o Polar Neutra En general, los aminoácidos que poseen una cadena lateral neutra, sin algún otro grupo ácido o básico en su estructura, presentan dos valores de pKa. Un valor cercano a 2, para la pérdida de un protón del ácido conjugado del grupo α-carboxilo (pKa1), y el otro, cercano a 9, para la pérdida del protón del ácido conjugado del grupo α-amino (pKa2). El punto isoeléctrico es el promedio entre los valores de pKa, es decir cercano a 6 (cercano a neutro). EJEMPLO: ALANINA. O H2N. OH CH3. En equilibrio se tendrá:. O. +. H3N. pKa1=2,34. O. +. _. H3N. OH CH3. pKa2=9,69. O CH3. _. H2N. O CH3. Carga 0 pH = pI. Carga +1 pH < pKa1. O. Carga –1 pH > pKa2. y el punto isoeléctrico estará dado por pI =. pKa1 + pKa2. = 6,01. 2. Ximena Arias. Página 14. 15/08/2011.

(15) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. •. Deben considerarse como excepción en este grupo a la tirosina, un aminoácido apolar, y la cisteína, un amonoácido polar neutro, cuyos grupos actúan como ácidos débiles. (ver tabla 3). Caso 2: Aminoácido con cadena lateral Polar Ácida Este tipo de aminoácido presenta tres valores de pKa. El pKa1 y el pKa2 característicos y el pKaR para la pérdida de un protón del ácido carboxílico de la cadena lateral (R). El punto isoeléctrico estará dado por el promedio entre el pKa1 y el pKaR, es decir cercano a 3 (ácido). O. EJEMPLO: ACIDO ASPÁRTICO. H2 N. OH. HO. O. En equilibrio se tendrá: O H3N. O. +. H3N. OH. O. +. O. pKaR = 3,65. pKa1 = 1,88 HO. HO. O. Carga +1 pH < pKa1. H3N. -. O. +. O O. pKa2 = 9,60. -. O. O. Carga 0 pH = pI. Carga –1 pKa2 < pH < pKaR. H2N. -. O O. -. O. Carga -2 pH > pKaR. y el punto isoeléctrico estará dado por. pI =. pKa1 + pKaR. = 2,77. 2. Ximena Arias. Página 15. 15/08/2011. -.

(16) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. Caso 3: Aminoácido con cadena lateral Polar Básica Este tipo de aminoácido presenta también tres valores de pKa. El pKa1 y el pKa2 característicos y el pKaR para la pérdida de un protón de la amina (acido conjugado) de la cadena lateral (R). El punto isoeléctrico estará dado por el promedio entre el pKa2 y el pKaR, es decir entre 8 y 10 (básico).. EJEMPLO: LISINA. O H2 N. OH. NH 2. En equilibrio se tendrá: O. O H3 N. +. H3 N. OH. +. Carga +2 pH < pKa1. H2 N. O-. pKa 1= 2,18. NH3. O. O. +. +. NH3. +. NH2. Carga 0 pH = pI. Carga +1 pKa1< pH < pKa2. O-. pKa R = 10,53. pKa 2 = 8,95. NH3. H2 N. O-. Carga -1 pH > pKaR. y el punto isoeléctrico estará dado por. pI =. pKa2 + pKaR. = 9,74. 2 •. En general, los valores de pKR para los grupos ionizables se encuentran alejados del pH habitual en nuestro organismo (cercano a la neutralidad), con excepción de la histidina cuyo pKR es 6,00. la histidina es el único aminoácido que actúa como amortiguador al pH fisiológico (pH ≈ 7).. Ximena Arias. Página 16. 15/08/2011.

(17) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. Tabla N°3: Nombres abreviados, constantes de acidez y punto isoeléctrico para aminoácidos estándar Nombre. Nombre abreviado. pKa1. pKa2. pKaR. pI. Acido Aspártico. Asp. D. 1.88. 9.60. 3.65. 2.77. Acido Glutámico. Glu. E. 2.19. 9.67. 4.25. 3.22. Alanina. Ala. A. 2.34. 9.69. Arginina. Arg. R. 2.17. 9.04. Asparagina. Asn. N. 2.02. 8.80. Cisteína. Cys. C. 1.96. 8.18. Fenilalanina*. Phe. F. 1.83. 9.13. 5.48. Glicina. Gly. G. 2.34. 9.60. 5.97. Glutamina. Gln. Q. 2.17. 9.13. 5.65. Histidina. His. H. 1.82. 9.17. Isoleucina*. Ile. I. 2.36. 9.68. 6.02. Leucina*. Leu. L. 2.36. 9.60. 5.98. Lisina*. Lys. K. 2.18. 8.95. Metionina*. Met. M. 2.28. 9.21. 5.74. Prolina. Pro. P. 1.99. 10.96. 6.48. Serina. Ser. S. 2.21. 9.15. 5.68. Tirosina. Tyr. Y. 2.20. 9.11. Treonina*. Thr. T. 2.11. 9.62. 5.87. Triptófano*. Trp. W. 2.38. 9.39. 5.89. Valina*. Val. V. 2.32. 9.62. 5.97. 6.01 12.48. 10.76 5.51. 10.28. 6.00. 10.53. 10.07. 5.07. 7.59. 9.74. 5.66. * aminoácidos esenciales para el ser humano 2.4 PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DE LOS AMINOÁCIDOS. •. Las propiedades físicas de los aminoácidos son coherentes con su estructura de sal interna de elevada polaridad.. •. Son sólidos cristalinos de elevado punto de fusión, a menudo con descomposición, que originan soluciones acuosas que poseen constantes dieléctricas relativamente elevadas.. •. Son insolubles en disolventes no polares, y su moderada solubilidad en agua depende del pH en el que se encuentren. Siendo menos soluble en agua cuando se encuentra como Zwitterion, es decir, cuando el pH = pI y más soluble a pH extremos, es decir, muy ácidos o muy básicos.. •. La estructura precisa de un aminoácido se encuentra determinada por el pH del medio en el que está disuelto.. Ximena Arias. Página 17. 15/08/2011.

(18) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. •. Los aminoácidos participan en muchas reacciones químicas. Algunas de ellas comprenden a los grupos α-carboxilo y α-amino, otras son específicas de las cadenas laterales y sirven para identificar en una muestra la existencia de un aminoácido en particular.. •. Un reactivo muy utilizado para el reconocimiento de α-aminoácidos es la ninhidrina. El grupo αamino da con esta sustancia un compuesto de color púrpura. La prolina, en cambio, da un color amarillo.. •. La ninhidrina también se utiliza en la determinación colorimétricas de concentración de aminoácidos. La reacción es notablemente sensible y permite medir pequeñas cantidades de aminoácidos del orden nanomolar (10-9 molar).. •. Los aminoácidos reaccionan con o-ftalaldehído para dar un derivado indólico fluorescente. La técnica fluorométrica permite medir concentraciones menores a 10-15 molar, siendo por tanto más sensible que la colorimétrica.. •. Dos moléculas de aminoácidos pueden establecer enlaces covalentes entre el carbono carboxilo del grupo α-carboxilo de uno y el nitrógeno del grupo α-amino de otro. Esta unión, denomina peptídica o enlace peptídico, es del tipo amida y se produce con pérdida de agua.. 3.- EL ENLACE PEPTÍDICO •. Las proteínas están formadas por la unión de aminoácidos mediante un enlace peptídico.. •. La formación del enlace peptídico es un ejemplo de reacción de condensación que es un tipo de reacción frecuente en las células vivas.. O. R. C. C. COOH. H C. N. R. H. H2N. H. ENLACE PEPTIDICO. Ximena Arias. Página 18. 15/08/2011.

(19) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. •. El producto formado cuando se unen dos aminoácidos se llama dipéptido. El carbono carboxilo del grupo α-carboxilo se une al nitrógeno del grupo α-amino, liberándose una molécula de agua y formando un enlace peptídico. H. H H2N. C R. COOH. +. H2N. C. COOH. H2N. H. O. C. C. R. R. R N. C. H. H. COOH. +. H2O. •. Es posible seguir agregando unidades aminoacídicas con el mismo tipo de unión para formar tripéptidos, tetrapéptidos, pentapéptidos, etc.. •. Cada vez que se añade un aminoácido a la cadena, debe eliminarse una molécula de agua. Así la porción de cada aminoácido que permanece en la cadena se denomina residuo de aminoácido.. Ximena Arias. Página 19. 15/08/2011.

(20) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. •. El grado de complejidad que es posible en la estructura de un péptido es verdaderamente asombroso. Por ejemplo: a) b) c) d). •. A partir de 2 aminoácidos distintos existen 2 arreglos posibles para dipéptido. A partir de 3 aminoácidos distintos existen 6 arreglos posibles para dipéptido. A partir de 4 aminoácidos distintos existen 24 arreglos posibles para dipéptido. A partir de 8 aminoácidos distintos existen 40320 arreglos posibles para dipéptido.. Los estudios de difracción de rayos X de cristales de aminoácidos y de dipéptidos y tripéptidos simples demostraron que los átomos asociados con el enlace amida C-N de un péptido son coplanares. Esto indicaba la existencia de una resonancia, es decir, que el oxígeno carbonilo y el nitrógeno amida compartían parcialmente dos pares de electrones. R. O C R. O. N. R. -. C H. +. N. R. H. Resonancia del enlace peptídico •. El enlace peptídico tiene un comportamiento similar al de un enlace doble, es decir, presenta una cierta rigidez a la unión C-N y no permite la rotación libre de esos átomos. Esta limitación tiene varias consecuencias: a) Los cuatro átomos directamente vinculados al enlace peptídico (O, C, N e H) se encuentran en el mismo plano, es decir son coplanares, al igual que los carbono α unidos al carbono y al nitrógeno del enlace amida. b) Aunque el enlace peptídico es coplanar, el grupo de átomos alrededor del enlace peptídico puede darse en dos configuraciones posibles, trans y cis.. Ximena Arias. Página 20. 15/08/2011.

(21) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. c) En realidad, suele estar favorecida la forma trans, dado que en la configuración cis pueden interferir los grupos R voluminosos sobre los carbono α adyacentes. d) En la configuración favorecida, el oxígeno y el hidrógeno del enlace peptídico quedan en posición trans al igual que los dos carbonos alfa (Cα). Del mismo modo, la cadena lateral (R) y el hidrógeno, unidos al carbono alfa (Cα) se proyectan fuera del plano que contienen a los otros átomos.. •. La rigidez del enlace peptídico limita el número de conformaciones (estructura tridimensional) que un polipeptido puede adoptar.. •. La rotación es libre en los enlaces Cα-C y N-Cα. Los angulos de rotación de los enlaces se denominan pór convención ψ (psi) para el enlace Cα-C y φ (phi) para el enlace N-Cα. En la siguiente figura se muestra la conformación extendida de la cadena que corresponde a ψ = +180° y φ = +180°. Ximena Arias. Página 21. 15/08/2011.

(22) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. •. Toda cadena polipeptídica tiene un extremo en el cual queda un aminoácido con su grupo αamino libre; por convención, se considera a éste como el comienzo de la cadena (se escribe en el extremo izquierdo) y se le llama extremo amino o residuo N-terminal.. •. Toda cadena polipeptídica tiene un extremo en el cual queda un aminoácido con su grupo αcarboxilo libre; por convención, se considera a éste como el final de la cadena (se escribe en el extremo derecho) y se le llama extremo carboxilo o residuo C-terminal.. •. Los aminoácidos constituyentes de péptidos o proteínas pierden en la unión peptídica el OH del grupo α-carboxilo de un aminoiácido y un H del grupo α-amina de otro aminoácido, por ello, una vez integradas en la cadena, las unidades que forman el polímero son restos o residuos de aminoácidos.. •. En general, se denominan polipéptidos los polímeros formados por más de 10 residuos de aminoácidos.. •. Cuando la cadena polipeptídica tiene 50 unidades de aminoácidos, lo cual corresponde a una masa molecular aproximadamente mayor a 6000, la molécula es considerada una proteína. Por debajo de esa masa, se acostumbra a designarlos simplemente como péptidos.. •. No hay un límite preciso entre péptidos y proteínas; el valor de 6000 como masa molecular es arbitrario y se ha elegido porque es la masa aproximada de insulina, hormona producida en el páncreas y primera proteína cuya estructura completa fue conocida con exactitud.. •. Los enlaces peptídicos pueden hidrolizarse hirviéndolos en ácidos fuertes (HCl 6,0M) o bien con bases fuertes (NaOH 6,0M), dando como producto a los aminoácidos constituyentes.. •. Los enlaces peptídicos también se pueden hidrolizar mediante ciertas enzimas denominadas enzimas proteolíticas o proteasas. Muchas de estas enzimas son específicas con relación al enlace que fragmentan, por ejemplo, la Trombina rompe el enlace peptídico en donde se encuentre el residuo de aminoácido argenina y cualquier otro residuo de aminoácido que no sea prolina.. Ximena Arias. Página 22. 15/08/2011.

(23) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. 4.- ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS •. Las proteínas son polímeros naturales (polipéptidos) de elevado peso molecular y los monómeros que se combinan para formarla son los α-L-aminoácidos.. •. Si las proteínas poseen sólo α-aminoácidos se clasifican como Proteínas Simples y si contiene un componente químico diferente de los α-aminoácido llamado grupo prostético; los cuales pueden ser iones metálicos o moléculas orgánicas pequeñas, las proteínas se clasifican como Proteínas Conjugadas.. •. Las proteínas conjugadas a la vez se clasifican de acuerdo al grupo prostético que presenten, por ejemplo: Lipoproteína, contiene lípidos (β1-lipoproteína de la sangre) Glucoproteína, contiene glúcidos (inmunoglobulina G) Metaloproteína, contiene un metal específico (ferritina) Fosfoproteína, contiene fosfato (Caseina). •. De esta manera se puede clasificar las proteínas conjugadas por medio del siguiente esquema:. Proteína Conjugada. •. Constituida el 99% por:. trazas de:. CADENA POLIPEPTÍDICA. UNIDAD NO POLIPEPTÍDICA. Copolímeros de α-L- aminoácidos. Iones Metálicos o Moléculas Orgánicas no proteicas. De la conformación final adoptada por la proteína (estructura tridimensional) dependerá la función que ésta tenga en el ámbito celular.. Ximena Arias. Página 23. 15/08/2011.

(24) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. •. Cada proteína tiene un orden definido de residuos de aminoácidos y la conformación posterior que adopte una proteína depende de su secuencia de aminoácidos y de las fuerzas de interacción intermoleculares (puente salino o ion-ion, dipolo-dipolo, ion –dipolo, puente de hidrógeno, Van der Waals) y un enlace covalente llamado puente disulfuro.. •. La estructura de las proteínas es muy compleja, razón por la cual resulta conveniente describirla en distintos niveles de organización.. •. La organización de una proteína viene definida por cuatro niveles estructurales denominados: estructura primaria, estructura secundaria, estructura terciaria y estructura cuaternaria.. •. El siguiente esquema representa la organización de la proteína hemoglobina.. 4.1. ESTRUCTURA PRIMARIA. •. La estructura primaria corresponde a la secuencia definida de los residuos de aminoácidos presentes en la proteína. Nos indica qué aminoácidos componen la cadena polipeptídica y el orden en que dichos aminoácidos se encuentran.. •. Para mayor comprensión de la estructura primaria debes tener en cuenta los siguientes hechos. a) El enlace peptídico es planar. Cada enlace peptídico tiene carácter parcial de doble enlace u no puede rotar. b) El oxígeno carbonilo (C=O) tiene carga parcial negativa y el nitrógeno amida (N-H) carga parcial positiva, lo que da lugar a un pequeño dipolo eléctrico. c) Los átomos de oxígeno e hidrógeno de cada enlace peptídico se encuentran en disposición trans. d) Cada enlace peptídico en relación con el siguiente guardan una suerte de disposición preferentemente trans. e) Las cadenas laterales ( R) de cada aminoácido, guardan una disposición preferentemente trans una con la otra. f) Toda proteína posee un extremo amino terminal y un extremo carboxilo terminal.. Ximena Arias. Página 24. 15/08/2011.

(25) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. •. El siguiente esquema muestra una estructura primaria de un polipéptido constituido por 10 aminoácidos, por lo que esta compuesto por 9 enlaces peptídicos.. 4.2.. ESTRUCTURA SECUNDARIA. •. La estructura secundaria es la disposición espacial regular de los residuos de aminoácidos, es decir, formas regulares de plegado de la cadena polipeptídica.. •. Los aminoácidos, a medida que van siendo enlazados durante la síntesis de proteínas y gracias a la capacidad de giro de sus enlaces, adquieren una disposición espacial estable y regular, la estructura secundaria.. •. Existen unas pocas clases básicas de estructuras secundarias, siendo las más importantes: ¾ La forma α-hélice: En esta estructura el esqueleto polipeptídico se encuentra compactamente enrollado alrededor del eje longitudinal de una molécula, y los grupos R de los residuos de los aminoácidos sobresalen del esqueleto helicoidal (φ = -57 y ψ = - 47).. Las interacciones adicionales que se producen entre las cadenas laterales de los aminoácidos pueden estabilizar o desestabilizar la estructura α-hélice. Ximena Arias. Página 25. 15/08/2011.

(26) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. Restricciones a la estabilidad de la α-hélice: 1.- Repulsión o atracción electrostática entre cadenas laterales próximas. Por ejemplo, a pH fisiológico la cadena lateral de la ácido glutámico se encuentra como ion carboxilo (-COO-) y los de la lisina como ion amino (-NH3+), lo que originaría una atracción electrostática desestabilizadora de la hélice 2.- Efecto estérico de tamaño. Por ejemplo, la serina, el triptofano y la leucina presentan cadenas laterales voluminosas por lo que su proximidad genera un efecto estérico (muy cercano: 3 o 4 residuos), desestabilizadora de la hélice. 3.- Efecto Prolina, no es posible la rotación alrededor del enlace N-Cα de la prolina y además no se puede formar interacciones puente de hidrógeno con su enlace peptídico, generando una acción desestabilizadora de la hélice. 4.- Interacciones entre los aminoácidos de los extremos de la hélice y el dipolo electrico inherente a esta estructura. Los aminoácidos cargados negativamenete se encuentran situados cerca del extremo N-terminal del segmento helicoidal, ejerce una acción estabilizadora de la hélice; un aminoácido cargado positivamente situado en el extremo N-terminal es desestabilizante de la helice. En el caso del extremo C-Terminal ocurre lo contrario. ¾ La forma hoja β-plegada o lamina plegada: El esqueleto de la cadena polipeptídica se encuentra extendido en zig-zag en lugar de plegarse como en la α-hélice. La β-plegada antiparalela presenta φ = -139° y ψ = +135° y la paralela presenta φ = -119° y ψ = +113°.. Las interacciones adicionales que se producen entre las cadenas laterales de los aminoácidos pueden estabilizar o desestabilizar la estructura β-plegada. Cuando dos o más hojas plegadas paralela o antiparalelas se encuentran densamente empaquetadas en una proteína los grupos R de las superficies de contacto deben ser relativamente pequeños para permitir el empaquetamiento (Glicina y/o Alanina).. Ximena Arias. Página 26. 15/08/2011.

(27) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. Tabla N°4: Características de las dos formas de estructuras secundarias más comunes α-hélice hoja β-plegada • El esqueleto es compacto. • El esqueleto de la cadena polipéptidica se encuentra extendida en zig-zag. • Hélice es dextrogira. • También se estabiliza por una interacción • Se repite cada 18 residuos, que representan intermolecular puente de hidrógeno entre cinco vueltas. los enlaces peptídicos, que pueden ser • Se estabiliza por una interacción intracatenarios, es decir, entre residuos de intermolecular puente de hidrógeno entre los la misma cadena polipeptídica, o bien enlaces peptídicos, de tal manera que cada intercatenarios, es decir, entre residuos de oxigeno carbonilo del residuo n, esta unido cadenas polipeptídicas distintas. por puente de hidrogeno al nitrógeno amida del residuo n+4, en dirección N → C • Los grupos R de las cadenas laterales por lo general son pequeños (glicina y alanina) terminal. Por lo tanto, hay un puente de para favorecer el empaquetamiento. hidrogeno cada 4 enlaces peptídicos • Los grupos R de las cadenas laterales de • Los puentes de hidrógeno intrahelicoidales residuos de aminoácidos adyacentes son casi paralelos al eje de la hélice con los sobresalen de la estructura en direcciones grupos carbonilo apuntando hacia el extremo opuestas. C-terminal. • Las cadenas polipeptídicas pueden ser • La hélice es de tipo 3,6 r13 paralelas (con la misma orientación amino• Cada giro de hélice se compone de 3,6 carboxilo en el polipeptido) o antiparalelas residuos de aminoácidos. (con orientaciones opuestas). • Se forma una estructura anular de 13 átomos • El giro β o codo β es un conector habitual (el oxígeno carbonilo, 11 átomos de columna entre cadenas antiparalelas. y el hidrógeno amídico) • Los cuatro primeros y los cuatro últimos • Las conexiones entre la cadenas polipeptídica paralelas son con una torsión residuos no participan en los puentes de generalmente hacia la derecha. hidrogeno • Todos los grupos R quedan proyectados hacia fuera de la hélice. • El interior de la hélice es hidrofóbica Ximena Arias. Página 27. 15/08/2011.

(28) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. •. •. Las hojas β-plegadas tienden a ser dextrogiratorias a causa de que la conformación ligeramente torcida es más estable que la lineal. Esta tendencia, implica la observación de dos agrupaciones particularmente estable: el barril β y la silla β. Estas estructuras forman el núcleo de muchas proteínas. En los codos β o giro β, que se encuentran habitualmente en aquellos lugares donde la cadena polipeptídica cambia abruptamente de dirección, a menudo se encuentran residuos de prolina y/o glicina.. •. Existen otras estructuras repetitivas, a menudo presentes en sólo una proteína o un pequeño número de proteínas especializadas. Muchas veces son consideradas estructuras supersecundarias o proteínas fibrosas. Por ejemplo, la hélice del colágeno que en realidad es una triple hélice de tres cadenas polipeptídicas, cada una de ellas con aproximadamente 1000 residuos de aminoácidos.. •. Otros ejemplos de proteínas fibrosas son: Las α-queratina, en las cuales predomina la estructura α-hélice, son las proteínas más importantes del pelo y las uñas y forman una parte importante de la piel animal. La β-queratinas, como lo indica su nombre, contienen muchas estructuras de hoja β-plegada, y se encuentran principalmente en aves y reptiles, en estructuras como las plumas y las escamas. Fibroína, en las cuales predomina la estructura hoja β-plegada, se presenta en la seda de la araña y del gusano de seda. Elastina, forman fibras elásticas que se hallan en los ligamentos y en los vasos sanguíneos.. •. Las proteínas fibrosas comprenden las principales proteínas de la piel, tejido conjuntivo y de las fibras de los animales como el pelo y la seda.. Ximena Arias. Página 28. 15/08/2011.

(29) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. 4.3.. ESTRUCTURA TERCIARIA. •. La estructura terciaria informa sobre la disposición de la estructura secundaria de un polipéptido al plegarse sobre sí misma originando una conformación globular. Razón por la cual, algunos autores, a menudo, las denominan proteínas globulares.. •. La conformación globular facilita la solubilidad en agua y así realizar funciones de transporte, enzimáticas, hormonales, etc.; a diferencia de las proteínas fibrosas que son insolubles en agua y de forma filamentosa o alargada, y por ende, la mayoría de ellas desempeña funciones estructurales en las células y tejidos animales.. •. La mioglobina es una proteína globular típica: con sólo una ojeada a su estructura tridimensional, comparándola con el colágeno, por ejemplo, se revela inmediatamente esta diferencia cualitativa.. (a) Estructura terciaria de la mioglobina. (b) Grupo hemo. •. Muchas proteínas globulares llevan un grupo prostético, moléculas pequeñas que pueden estar enlazadas de modo covalente o no covalente a la proteína y capacitarla para que cumpla funciones especiales. En el caso de la mioglobina, el grupo prostético corresponde a ferroporfirina (grupo “hemo”), el cual esta unido de forma no covalente con la cadena polipeptídica.. •. A diferencia de la estructura secundaria, la estructura terciaria de la mayor parte de las proteínas es específica de cada molécula y es determinante en su función.. Ximena Arias. Página 29. 15/08/2011.

(30) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. •. El plegamiento para formar la estructura terciaria no es inmediato, primero se agrupan conjuntos de estructuras secundarias denominadas dominios que luego se articulan para formar la estructura terciaria definitiva.. •. La mayoría de las proteínas globulares pequeñas tienden a presentar un dominio, mientras que las más grandes presentan más de un dominio (Dominio es una región compacta plegada localmente).. •. Los dominios están unidos entre sí mediante una hebra de seguimiento (generalmente irregular).. •. Los diferentes dominios pueden realizar funciones diferentes e incluso un mismo tipo de dominio puede existir en proteínas diferentes.. A pesar de la gran diversidad de las estructuras terciarias, hay algunas características que son comunes a todas ellas: a) Hacia el interior de la estructura quedan proyectados los grupos R hidrofóbicos (excepto en las proteínas de membrana que es al revés). b) Hacia el exterior de la estructura quedan proyectados los grupos hidrofílicos (excepto en las proteínas de membrana que es al revés) Ximena Arias. Página 30. 15/08/2011.

(31) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. c) Las hojas β-plegadas están generalmente enrolladas o envueltas en estructuras cilíndricas. Por ejemplo, la hexoquinasa (dominio 2) y piruvato quinasa (dominio 1) d) La cadena polipeptídica puede doblarse o girarse de diversas maneras para ir desde un segmento de hoja β-plegada o α-helice al siguiente. e) Los giros pueden ser de dos tipos: i) Giros β: involucra 4 aminoácidos; el carbonilo del residuo n unido por puente de hidrógeno al hidrógeno amida del residuo n+3. ii) Giros γ : involucra 3 aminoácidos; el carbonilo del residuo n unido por puente de hidrógeno al hidrógeno amida del residuo n+2.. f) La formación de los giros en la cadena polipeptídica durante el plegamiento y la dirección y ángulo de estos giros, están determinadas por el número y la localización de aminoácidos específicos promotores de su formación, como Prolina, Serina y Glicina g) Las zonas de las proteínas globulares que no pueden clasificarse como estructura α-hélice, lamina β-plegada o giro β, se les denomina zonas de ovillo aleatorio o zonas irregulares.. Ximena Arias. Página 31. 15/08/2011.

(32) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. •. Mientras que la estructura secundaria viene determinada por las interacciones de corto alcance entre residuos de aminoácidos, la estructura terciaria es el resultado de interacciones de largo alcance en la secuencia de aminoácidos.. INTERACCIONES QUE ESTABILIZAN LA ESTRUCTURA TERCIARIA INTERACCIONES CARGA - CARGA PUENTE SALINO. Principalmente interacciones entre aminoácidos ácidos y básicos ionizados. Dependientes del pH del medio Cadenas laterales dadoras o receptoras de puente. INTERACCIONES PUENTES HIDROGENO INTERNOS. DE -OH de Serina o Treonina -NH2 de Asparagina no ionizado -COOH de Acido Glutámico no ionizado -NR2 del anillo de Histidina.. INTERACCIONES FUERZAS DE VAN Cadenas laterales apolares DER WAALS. ENLACE PUENTES DISULFURO. Ximena Arias. Enlace covalente que se produce entre residuos de Cisteína.. Página 32. 15/08/2011.

(33) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. Fuerzas de Van der Walls. --COO- +NH3Puente Salino. ----CH2----S----S----CH2--Puente Disúlfuro. H O H. O. Puente de Hidrogeno. Ximena Arias. Página 33. 15/08/2011.

(34) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. •. A pesar de que cada proteína tiene una estructura única, parece ser que varios modelos de plegamiento terciario aparecen repetidamente en proteínas que, por otra parte, son muy diferentes en cuanto a función biológica y secuencia de aminoácidos.. Plegamiento barril α/β. Esta estructura se observa en muchas enzimas; a menudo se encuentra un sitio de fijación de cofactores o sustratos en un bolsillo cerca del extremo del barril. b) Otro de los motivos estructurales es el Haz de cuatro hélices. Las hélices adoptan una ligera inclinación de modo que forman un bolsillo interior que a menudo contiene un sitio de fijación para metales u otros cofactores esenciales para la función biológica c) Un tercer motivo tiene una hoja β en conformación silla formando un núcleo estable, rodeado a menudo por un número determinado de regiones α-helicoidales. Se encuentra esta estructura en muchas enzimas. d) Finalmente, en otro motivo aparece un sandwich de hojas β, superpuestas de tal manera que las cadenas de las hojas forman una estructura cruzada parecida a un tejido cuando se observan desde arriba. Esto hace que exista un bolsillo hidrofóbico entre las hojas β que suele ser un sitio de unión de una molécula planar e hidrofóbica. a). Ximena Arias. Página 34. 15/08/2011.

(35) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. 4.4. ESTRUCTURA CUATERNARIA. •. Este nivel de organización es propio de aquellas proteínas formadas por más de una cadena polipeptídica. Cada una de estas cadenas polipeptídicas recibe el nombre de protómero. (o subunidad). •. La estructura cuaternaria corresponde a agregados específicos de dos o más cadenas polipeptídicas plegadas.. •. Las subunidades pueden ser idénticas o muy diferentes entre si.. •. El número de subunidades varía desde dos como en la hexoquinasa, cuatro como en la hemoglobina, o muchos como la cápside del virus de la poliomielitis, que consta de 60 subunidades proteicas.. •. La estructura tridimencional de la desoxihemoglobina, una proteína con cuatro polipéptidos, dos alfa-globinas (una se muestra en blanco y la otra en azul claro) y dos beta-globinas (una se muestra en azul oscuro y la otra en tono púrpura). En rojo se representa al grupo hem (complejo pegado a la proteína que contiene hierro, y sirve para transportar oxígeno).. a) Una representación en cintas. b) Un modelo de esfera. •. Las interacciones entre las subunidades son las mismas que presentan las estructuras terciarias. Interacciones no covalentes (Puente salino, Puente de hidrógeno, fuerzas de Van der Waals) y covalentes (Puente disulfuro).. •. La secuencia de aminoácidos en una cadena polipeptídica determina las propiedades y la estructura de la proteína.. Ximena Arias. Página 35. 15/08/2011.

(36) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. •. La Ley de Anfinsen establece que las estructuras secundarias, terciarias y cuaternarias son determinadas por la estructura primaria (secuencia de aminoácidos).. 5.- PROPIEDADES DE LAS PROTEINAS 5.1.. Especificidad.. •. La especificidad se refiere a su función; cada una lleva a cabo una determinada función y lo realiza porque posee una determinada estructura primaria y una conformación espacial propia; por lo que un cambio en la estructura de la proteína puede significar una pérdida de la función.. •. Además, no todas las proteínas son iguales en todos los organismos, cada individuo posee proteínas específicas suyas que se ponen de manifiesto en los procesos de rechazo de órganos transplantados.. •. La semejanza entre proteínas, es un grado de parentesco entre individuos, por lo que sirve para la construcción de "árboles filogenéticos". Ximena Arias. Página 36. 15/08/2011.

(37) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. 5.2.. Desnaturalización.. •. La funcionalidad de las proteínas está estrictamente relacionada con una determinada conformación tridimensional. A la conformación fisiológicamente activa de una proteína se denomina estructura nativa.. •. La conformación nativa es muy sensible a los cambios que pueden ocurrir en su entorno.. •. La desnaturalización es un fenómeno que tiene lugar cuando estos cambios del entorno dan lugar a una alteración de la estructura nativa o natural de la proteína que provoca una pérdida de su actividad biológica, es decir, se pierde la conformación tridimensional resultando una estructura no nativa.. •. La conformación no nativa consiste en la pérdida de la estructura cuaternaria, terciaria y/o secundaria, como consecuencia de la ruptura las fuerzas de interacción que las estabilizan.. •. La desnaturalización se puede producir por agentes desnaturalizantes (ver tabla anexa).. AGENTES DENATURANTES DE PROTEINAS CALOR. Rompe las interacciones hidrofóbicas y los puentes de hidrogeno. RADIACION DE MICROONDAS Rompe las interacciones hidrofóbicas y los puentes de hidrogeno. RADIACION ULTRAVIOLETA Idem a las anteriores AGITACION MECANICA VIOLENTA Provoca debilitamiento de las fuerzas de Interacción, alargando su longitud. DETERGENTES Afecta los puentes de hidrogeno y los puentes salinos SOLVENTES ORGÁNICOS (ETANOL, Interfieren con los puentes de hidrogeno y las ACETONA, 2-PROPANOL) interacciones hidrofóbicas ACIDOS Y BASES FUERTES Rompen puentes de hidrogeno, puentes salinos y si su efecto es muy prolongado puede provocar hidrólisis del enlace peptídico SALES DE METALES PESADOS Interfieren con los puentes salinos y los puentes disulfuro UREA Interfiere y rompe los puentes disulfuro •. Todas las proteínas desnaturalizadas (no nativas) 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.. •. En algunos casos, si las condiciones naturales de la proteína se restablecen, una proteína desnaturalizada puede volver a su anterior plegamiento o conformación, proceso que se denomina renaturalización.. Ximena Arias. Página 37. 15/08/2011.

(38) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. •. La modificación de alguna interacción que contribuya en forma esencial la conformación nativa, puede ser suficiente para denaturalizar una proteína. Este proceso puede ser reversible y en tal caso de habla de renaturalización.. •. En algunos casos la renaturalización recupera el 95% a 100% de la actividad biológica, como ocurre cuando están implicados puentes disulfuros en las posiciones esenciales.. DENATURACION DISULFUROS.. Y. RENATURALIZACION. DE. UNA. Adición de Urea y Mercaptoetanol. PROTEINA. CON. PUENTES. SH. SH. Estado Nativo Biológicamente Activo. Eliminación de Urea y Mercaptoetanol Estado Desplegado (no nativo) Enlaces disulfuro reducidos. Ximena Arias. Página 38. 15/08/2011.

(39) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. 6.- CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS HOMOPROTEÍNAS. HETEROPROTEÍNAS. Formadas solamente por aminoácidos. Formadas por una fracción proteínica y por un grupo no proteínico, que se denomina “grupo prostético” 1) Glucoproteínas. 1) Globulares a) Prolaminas: Zeína (maíz), gliadina (trigo), hordeína (cebada) b) Gluteninas: Glutenina (trigo), orizanina (arroz). c) Albúminas: Seroalbúmina (sangre), ovoalbúmina (huevo), lactoalbúmina (leche) d) Hormonas: Insulina, hormona del crecimiento, prolactina, tirotropina e) Enzimas: Hidrolasas, Oxidasas, Ligasas, Liasas, Transferasas... etc. 2) Fibrosas. a) b) c) d) e) f) g). Ribonucleasa Mucoproteínas Anticuerpos Hormona luteinizante Nucleoproteínas Nucleosomas de la cromatina Ribosomas. 2) Lipoproteínas :. a) Colágeno: en tejidos conjuntivos, a) HDL cartilaginosos b) VLDL b) Queratinas: En formaciones c) Apoproteínas epidérmicas: pelos, uñas, plumas, cuernos. c) Elastinas: En tendones y vasos sanguíneos d) Fibroínas: En hilos de seda, (arañas, insectos) 3) Metaloproteínas a) Cromoproteínas b) Hemoglobina, hemocianina, mioglobina. c) Citocromos. Ximena Arias. Página 39. 15/08/2011.

(40) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. 7.- FUNCIONES DE LAS PROTEÍNAS 7.1. FUNCIÓN DE TRANSPORTE. En los seres vivos son esenciales los fenómenos de transporte, bien para llevar una molécula hidrofóbica a través de un medio acuoso (transporte de oxígeno o lípidos a través de la sangre) o bien para transportar moléculas polares a través de barreras hidrofóbicas (transporte a través de la membrana plasmática). Los transportadores biológicos son siempre proteínas. Transporte de membranas. 7.2. protones. a. través. de Transporte a través de membranas (cotransporte sodio-aminoacido). FUNCIÓN ESTRUCTURAL. Las células poseen un citoesqueleto de naturaleza proteica que constituye un armazón alrededor del cual se organizan todos sus componentes, y que dirige fenómenos tan importantes como el transporte intracelular o la división celular. En los tejidos de sostén (conjuntivo, óseo, cartilaginoso) de los vertebrados, las fibras de colágeno forman parte importante de la matriz extracelular (de color claro en la figura) y son las encargadas de conferir resistencia mecánica tanto a la tracción como a la compresión. Componentes del citoesqueleto. Ximena Arias. Matriz extracelular. Página 40. 15/08/2011.

(41) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. 7.3. ENZIMÁTICA. La gran mayoría de las reacciones metabólicas tienen lugar gracias a la presencia de un catalizador de naturaleza proteica específico para cada reacción. Estos biocatalizadores reciben el nombre de enzimas. La gran mayoría de las proteínas son enzimas.. 7.4. FUNCIÓN HORMONAL. Las hormonas son sustancias producidas por una célula y que una vez secretadas ejercen su acción sobre otras células dotadas de un receptor adecuado. Algunas hormonas son de naturaleza proteica, como la insulina y el glucagón (que regulan los niveles de glucosa en sangre) o las hormonas segregadas por la hipófisis como la hormona del crecimiento, o la calcitonina (que regula el metabolismo del calcio). Acción hormonal en células adyacentes. Ximena Arias. Página 41. Acción hormonal en células lejanas. 15/08/2011.

(42) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. 7.5. RECONOCIMIENTO DE SEÑALES QUÍMICAS. La superficie celular alberga un gran número de proteínas encargadas del reconocimiento de señales químicas de muy diverso tipo. Existen receptores hormonales, de neurotransmisores, de anticuerpos, de virus, de bacterias, etc. En muchos casos, los ligandos que reconoce el receptor (hormonas y neurotransmisores) son, a su vez, de naturaleza proteica.. 7.6. FUNCIÓN DE DEFENSA. La propiedad fundamental de los mecanismos de defensa es la de discriminar lo propio de lo extraño. En bacterias, una serie de proteínas llamadas endonucleasas de restricción se encargan de identificar y destruir aquellas moléculas de DNA que no identifica como propias. En los vertebrados superiores, las inmunoglobulinas se encargan de reconocer moléculas u organismos extraños y se unen a ellos para facilitar su destrucción por las células del sistema inmunitario. Inmunoglobulina G. Ximena Arias. Página 42. La respuesta inmune. 15/08/2011.

(43) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. 7.7. FUNCIÓN DE MOVIMIENTO. Todas las funciones de motilidad de los seres vivos están relacionadas con las proteínas. De los muchos tipos de movimientos que muestran los seres vivos, el que mejor conocemos es la contracción muscular necesaria para el movimiento corporal. Todos los músculos, al igual que otros sistemas contráctiles que encontremos, se basan en la interacción de dos proteínas principales, la actina y la miosina. Sin embargo, existen algunos tipos de movimientos dirigidos, movimientos de células individuales y de partes de células, que no dependen del sistema actina-miosina, sino que utilizan otros mecanismos proteicos. Así, por ejemplo, los fenómenos como el batido de los cilios (foto de la izquierda) y los flagelos (figura de la derecha), el movimiento de los cromosomas y de las organelas en el interior de las células, se realiza mediante interacciones de diversas proteínas con los microtúbulos, estructuras filamentosas formadas por una proteína denominada tubulina.. 7.8. FUNCIÓN DE RESERVA. La ovoalbúmina de la clara de huevo, la lactoalbúmina de la leche, la gliadina del grano de trigo y la hordeína de la cebada, constituyen una reserva de aminoácidos para el futuro desarrollo del embrión.. Ximena Arias. Página 43. 15/08/2011.

(44) UNIVERSIDAD MAYOR - FACULTAD DE MEDICINA Autores: Ximena Arias I.; Maribel Arnés S.; Roberto Bravo M.. 7.9. FUNCIÓN REGULADORA. Muchas proteínas se unen al DNA y de esta forma controlan la transcripción génica. De esta forma el organismo se asegura que la célula, en todo momento, tenga todas las proteínas necesarias para desempeñar normalmente sus funciones. Las distintas fases del ciclo celular son el resultado de un complejo mecanismo de regulación desempeñado por proteínas como la ciclina.. Ximena Arias. Página 44. 15/08/2011.

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