Upload
duongnga
View
239
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
DEPARTAMENTO DE BIOQUÍMICAESFUNO EUTM
AMINOÁCIDOS Y
PROTEÍNAS
Biomoléculas
Las moléculas de los sistemas biológicos estan compuestas principalmente por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre y fósforo
El elemento principal es el carbono
La estructura de la molécula está dada por el esqueleto carbonado y por los grupos funcionales que presente
Compuestos alifáticos: cadena lineal, recta o ramificada
Compuestos aromáticos: contienen estructuras cíclicas derivadas del anillo benceno
Biomoléculas
Grupos funcionales en Biomoléculas
Aldehído Cetona Acido carboxílico Éter Ácido anhídrido
Grupo sulfhidrilo Disulfuro Grupo amino Amina cuaternaria
Éster Tioéster Fosfoéster Amida
Alcohol
20 Aminoácidos comunes en proteínas
Aminoácidos Escenciales
Aminoácidos escenciales son aquellos que el organismono puede sintetizar y por lo tanto lo deben adquirir dela dieta
Ejemplo: síntesis de Tirosina a partir de Fenilalanina
Aminoácidos Escenciales
Para el ser Humano:
Escherichia coli puede sintetizar de novo los 20 aa
• Generados por modificaciones post-traduccionales– 4-hidroxiprolina– 5-hidroxilisina– 6-N-metil-lisina– Gama-carboxiglutamato– Fosforilación de resíduos (fosfo-serina)
• Selenocisteína– Atomo de selenio en lugar de azúfre, se adiciona de Post-traduccionalmente de forma controlada
Aminoácidos No-comunes
ESTRUCTURA DE LOS AMINOÁCIDOS
Grupo carboxilo
Carbono α
Cadena Lateral
Grupo amino
Las proteínas tienen L-aminoácidos
El carbono α de los aminoácidos es un carbono quiralpor lo que presenta isomería óptica (enantiómeros)
La gran mayoria de los aminoácidos presentes en las proteínas son de la serie L
Pocos aa de la serie D se han encontrado en péptidos de paredes bacterianas y algunos antibióticos
Propiedades ácido-base
Los aminoácidos son anfóteros: presentan al menos un grupo ácido (carboxilo α) y un grupo básico (amino α)
Grupo básicoAmino-α
Grupo ácidocarboxilo α
Grupo R, característico de cadaaminoácido, puede o no presentar
propiedades ácido-base
α
Propiedades ácido-base de los aminoácidos
Ionización delgrupo carboxiloácido
Ionización delGrupo aminobásico
Propiedades ácido-base
H3N CH C
R
O
O
H2N CH C
R
O
O
H3N CH C
R
OH
O-H+
+H+
-H+
+H+
Ionización
Especie presente en medio
ácido
Especie presente en medio
básico
ZwitteriónIón dipolar
Propiedades ácido-base
Curva de titulaciónej: GlicinaR= H, no-ionizable
PI= Punto Isoeléctrico pH para el cual el aa se encuentra como ion dipolar o zwitterión SIN carga neta
Propiedades ácido-base
PI = pK1 + pK2
2
Carga neta (+) (+; -) (-)
Cálculo del punto isoeléctrico para un aminoácido con grupo R NO-ionizable
Clasificación de los AA
Los aminoácidos se clasifican según la estructura y propiedades químicas de su grupos R
Clasificación según la polaridad del grupo R de cada aa (tendencia de interaccionar con el H2O a pH fisiológico)Los 20 aminoácidos son solubles en H2O
1- alifáticos, no polares
2- polares sin carga
3- aromáticos
4- ácidos (cargados negativamente)
5- básicos (cargados positivamente)
1- Aminoácidos alifáticos, no polares
Grupos R NO-Ionizables, NO interaccionan con el H2O
2- Aminoácidos polares sin carga
Grupos R Ionizables Hidrofílicos Forman enlaces deHidrógeno con el H2O
Los aminoácidos polares interaccionan con otros aminoácidos por medio de enlaces de hidrógeno
2- Aminoácidos polares sin carga
2- Aminoácidos polares sin carga
Cisteína: Además de formar enlaces de hidrógeno con el H2Oes capaz de formar puentes di-sulfuro (enlace covalente) conotra cisteína
3- Aminoácidos aromáticos
Presentan grupos R aromáticos. Son básicamente NO-polares(hidrofóbicos) aunque la Tyr y el Trp pueden formar enlaces de hidrógeno
3- Aminoácidos aromáticos
Triptofano, Tirosina y en menor grado Fenilalanina absorbenluz en la región ultravioleta del espectro (280 nm) propiedadutilizada en bioquímica para el estudio de las proteínas
Los aminoácidos aromáticos establecen interacciones hidrofóbicas.
3- Aminoácidos aromáticos
4- Aminoácidos Ácidos
Presentan grupos R ácidos que se ionizan a pH ácidos (cargados de forma negativa a pH fisiológicos)
5- Aminoácidos básicos
Presentan grupos R básicos que se ionizan a pH básicos (cargados de forma positiva a pH fisiológico)
Son hidrofílicos
Establecen enlaces de hidrógeno e interacciones electrostáticas (iónicas)
Establecen interacciones ión-dipolo con el agua y con otros aminoácidos
Aminoácidos Ácidos y Básicos
Propiedades ácido-base de los aminoácidos
Aminoácidos con grupos R ionizablesEj: Glutamato
Ionización
Propiedades ácido-base de los aminoácidos
(+) (+;-) (-) (-)+1 0 -1 -2
Ión dipolarzwitterión
PI = pK1 + pKR
2
Propiedades ácido-base de los aminoácidos
Punto Isoeléctrico100% del aminoácido enforma de ión dipolar ozwitterión
Histidina
Propiedades ácido-base de los aminoácidos
Carga neta del aminoácido
El pH de la solución determina la carga NETA del aminoácido
pH = pI el aminoácido tiene cargan neta 0pH > pI carga neta negativapH < pI carga neta positiva
pIpH
++++++++ ----------0
Carga del aa
No migra enun campo eléctrico
Migra al polo negativo(cátodo)
Migra al polo positivo(ánodo)
Problema
Dado el aminoácido Lysina y sus respectivos pKs:
pK1 = 2,18pK2 = 8,95pKR = 10,5
- Realice la ionización del aminoácido- Identifique la forma zwitterión- Calcule el pI
Que carga tendrá el aminoácido a pH = 3?y a pH fisiológico?
Enlace Peptídico
Los aminoácidos pueden unirse covalentemente medianteun enlace amida llamado: ENLACE PEPTÍDICO
Grupo carboxiloα de un aa
Grupo aminoα de otro aa
Formación dedipéptido medianteEnlace Peptídico
Propiedades del Enlace Peptídico
Propiedades del enlace:
-Carácter parcial de
doble enlace, Rígido
-Planar
-Configuración CIS/TRANS
Movilidad restrigidade la cadena polipeptídica
- La cadena polipeptídica consiste de una serie de planos rígidos
- La cadena puede plegarse en forma restringida
- La cadena puede rotar en forma restringida (solo unos pocos valores de Ψ y Φ son estéricamente posibles)
Péptidos
Los péptidos son cadenas de aminoácidos unidos por enlacepeptídico
2 amioácidos Dipéptido3 aminoácidos Tripéptido4 amioácidos Tetrapéptido…
Cuando unos pocos aminoácidos forman el péptido se denomina: Oligopéptido
Cuando son varios se denomina: Polipéptido
Las proteínas pueden tener cientos de aminoácidos, el términoPolipéptido/proteína se utiliza de forma similar
Péptidos
Ejemplo de Pentapéptido- 5 aminoácidos, 4 enlaces
• Es un endulcoloranteformado por la unión dedos aminoácidos(Acido aspartico yfenilalanina) unidos porenlace peptídico.Es 200 veces mas dulceque el azúcar de caña (sacarosa)
Péptidos
Ejemplo Dipéptido: Aspartamo
Proteínas
Algunos ejemplos de proteínas y su contenido en aminoácidos
Proteínas
Además de aminoácidos, las proteínas pueden contener diferentes componentes:
Niveles estructurales en una proteína
Primaria Secundaria Tercearia Cuaternaria
Estructura primaria
Secuencia lineal de aminoácidos de una proteína codificada a nivel genético
Contiene la información para el correcto plegado de la proteína en su conformación nativa
• La conformación de una proteína está dada por la posición particular que adoptan los átomos en el espacio tridimensional
• Incluye la estructura secundaria, terciaria y cuaternaria
• En condiciones biológicas existen una o unas pocas conformaciones, las mas estables termodinámicamente
• Las conformaciones funcionales de una proteína se denominan conformaciones nativas
Estructura tridimensional
Estructura secundaria
Representa la conformación local de segmentos de la cadena polipeptídica de acuerdo a su composición aminoacídica
Está estabilizada por la formación de puentes de hidrógeno entre enlaces peptídicos y minimización de repulsión estérica
Ejemplos:
Hélice alfa
Hoja plegada beta
Giro beta
Hélice α
La estructura más simple que puede adoptar una cadena polipeptídica tomando en cuenta la rigidez del enlace peptídico es la estructura en alfa-hélice descrita por Pauling y Corey
Hélice α
Casi ¼ de los residuos de aminoácidos enlas proteínas se disponen en hélice-alfa
La estrucutra se estabiliza mediante laformación de enlaces de hidrógeno mediante el H unido al átomo de N del enlace peptídicoy el oxígeno carbonílico de un cuarto aa
Cada vuelta de hélice (360º) incluye 3,6 aminoácidos
Hoja plegada β
La cadena polipeptídia se extiende de forma de zig-zag
Los enlaces de hidrógeno se dan entre aa enfrentados de cadacadena polipeptídica que conforma la hoja plegada β
Muchas veces conectan dos elementos de estructura secundaria
Giro β
La estructura involucra un giro de 180º con cuatro aa
Los giros β permiten conectar alfa hélices y hojas plegadas β
Son fundamentales en proteínas globulares en donde lascadenas polipeptídicas deben cambiar de dirección
Estructura terciaria
Es el patrón de plegamiento que
adoptan las estructuras secundarias en
el espacio
Importante: responsable de las propiedades biológicas de la proteína
-Estabilizada por interacciones débiles: enlaces de hidrógeno, interacciones iónicas y dipolo-dipolo e interacciones hidrofóbicas entre las cadenas
Estructura terciaria
Estructura cuaternaria
Hemoglobina
Tetrámero
Con estructura cuaternaria
Mioglobina
Monómero
NO tiene estructura cuaternaria
Proteínas globulares
Mioglobina
Proteínas fibrosas
Ej. Filamentos intermedios: α – queratina (cabello)
- Estabilizada por interacciones hidrofóbicas y puentes disulfuro
Plegamiento de proteínas
- Información contenida en la secuencia de aminoácidos (estructura primaria)
Puede requerir proteínas accesorias que proporcionen el entorno adecuado para el plegamiento correcto denominadas
CHAPERONAS y CHAPERONINAS
Plegamiento de proteínas
Problema
La anemia falciforme es una enfermedad cuyo origen genético es una mutación puntual del ácido glutámico por una valina en la cadena beta de la hemoglobina. Dicha mutación hace que la Hb precipite dentro del globuloRojo adquiriendo los mismos una forma de hoz. Estos globulos rojos presentanUna vida media menor en sangre que los globulos normales
Problema
a) Determine el pI para el aminoácido glutamato.
b) ¿Es la sustitución de un glutamato por una valina en la hemoglobina de células falciformes una sustitución conservadora?
c) ¿Qué ocurre con la sustitución de un glutamato por un aspartato?