Tema XAMINOCIDOS, PPTIDOS Y PROTENAS

IntroduccinClasificacin de los aminocidosEstereoqumicaPropiedadesAlgunas reacciones biolgicasPptidos y protenas6.1. Introduccin6.2. Secuenciacin de pptidos y protenas6.3. Estructura de pptidos y protenasndice

1. Introduccin

- Los aminocidos son cidos carboxlicos que contienen una funcin amina. En determinadas condiciones el grupo amina de una molcula y el carboxilo de otra reaccionan uniendo ambos aminocidos mediante un enlace amida.Los enlaces amida entre aminocidos se conocen como enlaces petdicos y el producto formado por la unin de dos aminocidos se llama dipptido.La cadena peptdica puede extenderse mediante la incorporacin de otros aminocidos (tripptidos, tetrapptidos, etc.). Los polipptidos contienen muchas unidades de aminocidos.Las protenas son polipptidos que contienen ms de 50 aminocidos, son polmeros formados por 100-300 aminocidos.Las protenas ejercen muy diversos papeles en los seres vivos: la seda, el pelo, los msculos, el tejido conectivo y casi todos los enzimas son protenas.1. Introduccin

2. Clasificacin de los aminocidos

- Se clasifican como , , , etc. De acuerdo con la localizacin del grupo amino en la cadena carbonada que contiene el cido carboxlico.Aunque se conocen ms de 700 aminocidos naturales diferentes, hay un grupo de 20 -aminocidos que se encuentran normalmente presentes en las protenas. Todos ellos, excepto la prolina, responden a la misma estructura general:Prolina2. Clasificacin de los aminocidoscido 1-aminociclopropanocarboxlico: es un -aminocido y es el precursor biolgico del etileno en la plantas.cido 3-aminopropanoico: conocido como -alanina. Es un -aminocido que constituye una de la unidades estructurales de la coenzima A .cido -aminobutanoico: Conocido como cido -aminobutrico (GABA). Es un -aminocido y es el principal neurotransmisor inhibitorio cerebral.

2. Clasificacin de los aminocidos

NombreAbreviacinEstructuraAminocidos con extremos de cadenas non polares GlicinaGly(G)AlaninaAla (A)ValinaVal(V)LeucinaLeu(L)IsoleucinaIle(I)MetioninaMet(M)

NombreAbreviacinEstructuraProlinaPro(P)fenilalaninaPhe (F)TriptfanoTrp(w)Aminocidos con extremos de cadenas polares pero no ionizadosAsparaginaAsn(N)GlutaminaGln (Q)

2-Clasificacin de los aminocidos

NombreAbreviacinEstructuraAminocidos con extremos de cadena polares pero no ionizadosSerinaSer (S)TreoninaThr(T)Aminocidos con extremos de cadenas cidoscido aprticoAsp(D)cido glutmicoGlu (E)TirosinaTyr(Y)

NombreAbreviacinEstructuraCistenaCys(C)Aminocidos con extremos de cadena bsicosLisinaLys(K)ArgininaArg (R)HistidinaHis (H

3. Estereoqumica

La glicina es el aminocido ms sencillo y es aquiral.

En los dems -aminocidos el carbono es un centro estereognico.

Las configuraciones se especifican mediante la notacin D y L. Todos los aminocidos que provienen de protenas tienen configuracin L, aunque se conocen -aminocidos naturales de la serie D.3. EstereoqumicaGlicina(Aquiral)L-aminocido(Proyeccin de Fischer y en perspectiva)

El cambio de la configuracin en aquellos aminocidos que poseen slo un centro estereognico conduce a la obtencin de su enantimero. Para un aminocido con ms de un centro estereognico el cambio de configuracin del carbono de L a D da lugar a un diastereoismero.3. EstereoqumicaL-IsoleucinaD-Allo-Isoleucina

4. Propiedades

Los aminocidos son sustancias mucho ms polares de lo que uno esperara de acuerdo con su frmula molecular. Las propiedades que presentan, slidos cristalinos solubles en agua, se atribuyen al hecho de que la forma estable es un zwitterin o sal interna. Los aminocidos son anfteros, contienen un grupo cido y uno bsico.4. PropiedadesFormas zwitterinicas de un aminocidoEspecie presente en medio cidoEspecie presente en medio bsicoZwitterinEspecie presente en medio neutro

Curva de valoracin de la glicina. Valores de pH menores que pKa1: la especie a es la mayoritaria. Valores entre pKa1 y pKa :la principal especie es el zwitterin (b). La concentracin del zwitterin es mxima en el punto isoelctrico pI. Valores superiores a pKa2: la especie c es la presente en mayor concentracin.ab c4. Propiedades

La glicina se caracteriza por dos pKa: uno corresponde a la posicin ms cida (pKa1) y el otro a la menos cida (pKa2). Otros aminocidos con cadenas laterales neutras presentan valores de pKa similares a los de la glicina. El punto isoelctrico pI corresponde al valor de pH para el cual el aminocido no tiene carga neta, corresponde a un mximo en la concentracin del zwitterin.4. PropiedadespKa1:ionizacin del grupo carboxlico; pKa2: deprotonacin del in amonio

AminocidopKa1pKa2pIGlicina2.349.605.97Alanina2.349.696.00Valina2.329,625.96Leucina2.369,605.98Isoleucina2.369,606.02Metionina2.289,215.74Prolina1.9910.606.30fenilalanina1.839,135.48Triptofan2.839,395.89Asparagina2.028,805.41Glutamina2.179,135.65Serina2.219,155.68Treonina2.099,105.60

Aquellos aminocidos que poseen cadenas laterales que contienen grupos cidos o bsicos se caracterizan mediante tres valores de pKa. El valor del pKa extra (puede ser pKa2 o pKa3) refleja la naturaleza de la funcin presente en la cadena lateral. Los puntos isoelctricos de estos aminocidos se encuentran a medio camino entre los valores de los pKa del monocatin y del monoanin. Las propiedades cido-base de la cadena lateral de los aminocidos son importantes tanto para las propiedades de las protenas que los contienen como para el anlisis de mezclas de aminocidos que pueden ser separados en base a su capacidad para dar o aceptar protones.4. Propiedades

Aminocidopka1pKa2pKa3pIcido Asprtico1.883.659.602.77cido Glutmico2.194.259.673.22Tirosina2.209.1110.075.66Cistena1.968.1810.285.07Lisina2.188.9510.539.74Arginina2.179.0412.4810.76Histidina1.826.009.177.59

5. Algunas reacciones biolgicas

El cido glutmico se forma en la mayora de los organismos por reaccin de cido -cetoglutrico y amonaco. El cido -cetoglutrico, intermedio del ciclo de Krebs, se forma a partir de la rotura metablica de carbohidratos, grasas y protenas provenientes de los alimentos.

El proceso es una aminacin reductora (formacin de imina y reduccin de sta) catalizada por un enzima y por accin de un agente reductor (un coenzima). La reduccin de la imina intermedia tiene lugar de forma estereoselectiva dando lugar nicamente al cido L-glutmico. El cido L-glutmico no es, por tanto, un aminocido esencial. No es necesario tomarlo en la dieta ya que los animales pueden sintentizarlo. 5. Algunas reacciones biolgicascido -cetoglutricocido L-glutmico

El cido L-glutmico es un intermedio clave en la sntesis de otros aminocidos, por ejemplo la L-alanina, mediante un proceso conocido como transaminacin.5. Algunas reacciones biolgicascido pirvicocido L-glutmico L-Alaninacido -cetoglutmicocido L-glutmico cido pirvicoIminaImina reordenada1era etapa: la formacin de la imina2 etapa: Un enzima cataliza la transferencia de l protn para obtener un nuevo ismero de la imina3 etapa: La hidrlisis de la iminia reordenada conduce al formacin del anilina y cido -cetoglutmico Imina reordenadacido -cetoglutricoL-Alanina

La L-fenilalanina se clasifica como un aminocido esencial que sirve como precursor biolgico de su derivado p-hidroxilado, la L-tirosina. Algunas personas carecen del enzima necesario para dicha transformacin y la L-fenilalanina que toman en su dieta sufre un proceso metablico diferente formando cido fenilpirvico:El cido fenilpirvico puede provocar retraso mental en nios (fenilcetonuria).La descarboxilacin de la histidina, por ejemplo, produce histamina, un potente vasodilatador presente normalmente en los tejidos. La histamina es responsable de muchos sntomas asociados con alergias, los antihistamnicos reducen los sntomas mediante el bloqueo de la accin de la histamina.5. Algunas reacciones biolgicas

La qumica del cerebro y del sistema nervioso central se ve afectada por la presencia de los neurotransmisores, algunos de ellos formados a partir de tirosina.5. Algunas reacciones biolgicas

6. Pptidos y protenas

En pptidos, polipptidos y protenas los aminocidos se unen unos a otros mediante enlaces amida. El enlace amida entre un grupo amino de una aminocido y el carboxilo de otro se denomina enlace peptdico.- Por acuerdo las estructuras peptdicas se escriben de manera que el grupo amino se escribe a la izquierda y el carboxilo a la derecha. As los extremos izquierdo y derecho de los pptidos corresponden al extremo amino y al carboxlico, respectivamente. La alanina es el aminocido N-terminal en la alanilglicina y la glicina es el aminocido C-terminal.- El orden preciso de enlace en un pptido es su secuencia de aminocidos y se especifica usando las abreviaturas de tres letras correspondientes a cada aminocido conectadas por guiones.- Los aminocidos individuales que componen un pptido son llamados residuos.6.1. Introduccin

Hechos estructurales importantes:

El enlace peptdico muestra una geometra plana.

La conformacin ms estable con respecto a dicho enlace tiene los dos carbonos en anti, uno con respecto al otro.

La rotacin en torno al enlace amida es lenta debido a la deslocalizacin del par electrnico sin compartir del nitrgeno en el grupo carbonilo, lo que da al enlace C-N cierto carcter de enlace doble.6.1. Introduccin

La encefalina es un pentapptido.6.1. Introduccin

Algunos pptidos presentan modificaciones estructurales, un ejemplo es la oxitocina.6.1. Introduccin

ANLISIS DE AMINOCIDOS EN PPTIDOS Y PROTENAS

Existen distintos niveles en la estructura peptdica, uno de ellos es la estructura primaria, que consiste en la secuencia ordenada de aminocidos que forman la cadena completa y que resulta, en gran medida, determinante del resto de los niveles estructurales del pptido o la protena.

- La determinacin de sta, por tanto, ha resultado un enorme avance para la bioqumica (F. Sanger, premio Nobel de Qumica 1958). La estrategia bsica consiste en :

Determinar qu aminocidos estn presentes y en qu relacin molar. Romper el pptido en pequeos fragmentos, separarlos y determinar su composicin en aminocidos. Identificar los aminocidos de N y C terminales del pptido original y de cada fragmento. Organizar la informacin de manera que los fragmentos puedan unirse para revelar la secuencia completa. 6.2. Secuenciacin de pptidos y protenas

Anlisis de aminocidos.

Se lleva a cabo la hidrlisis completa de los enlaces peptdicos mediante el tratamiento con disolucin acuosa de HCl 6M y calefaccin durante 24 h.

La mezcla de aminocidos se separa mediante cromatografa de intercambio inico (basada en las diferentes propiedades cido-base) y se establece la proporcin coloreando los residuos (con ninhydrina).

El proceso se encuentra totalmente automatizado y slo requiere del orden de 10-5-10-7 g de pptido.6.2. Secuenciacin de pptidos y protenas

2. Hidrlisis parcial del pptido.

La hidrlisis enzimtica (petidasas, proteasas o enzimas proteolticas) es una hidrlisis selectiva que permite convertir el pptido en fragmentos ms pequeos.

- Por ejemplo, un grupo de enzimas pancreticas, conocidas como carbopeptidasas, catalizan slo la hidrlisis del enlace peptdico del aminocido C-terminal. La tripsina, enzima digestivo del intestino, cataliza slo la hidrlisis de los enlaces peptdicos que involucran al grupo carboxilo de la lisina o arginina. As, otras muchas enzimas digestivas se usan en al hidrlisis selectiva de pptidos.El sitio catalizado de la Quimotripsina cuando R es un grupo aromtico6.2. Secuenciacin de pptidos y protenas

3. Anlisis de los residuos terminales.

Una secuencia de aminocidos es ambigua a no ser que se conozca el sentido en que debe leerse. Es necesario conocer cul es el extremo N y C- terminal.

Como vimos antes, la hidrlisis catalizada por carbopetidasas rompe el aminocido C-terminal, lo que permite identificarlo.

Para identificar el aminocido N-terminal se suele aprovechar que el grupo amino puede actuar como nuclefilo (frente a la menor nucleofilia de los N que forman parte de los enlaces amida).6.2. Secuenciacin de pptidos y protenas

6.2. Secuenciacin de pptidos y protenas

Un ejemplo: la cadena B de la insulinaLa reaccin de la cadena peptdica con 1-fluoro-4-nitrobenceno determina el extremo N-terminal.La hidrlisis catalizada por pepsina dan cuatro pptidos (en azul) pero sin puntos de solapamiento entre ellos.Los pptidos en rojo llenan los espacios entre los representados en azul.La secuencia en amarillo se asla mediante la hidrlisis catalizada por tripsina.6.2. Secuenciacin de pptidos y protenas

La degradacin de Edman (P. Edman) permite el anlisis secuencial y automatizado de pptidos basada en un mtodo estndar para analizar el residuo N-terminal, simplemente empezando por el extremo N-terminal y continuando hacia el C-terminal, identificando un aminocido detrs de otro.Mejora en la secuenciacin de ptidos: degradacin de Edman y secuenciacin automatizada.6.2. Secuenciacin de pptidos y protenas

ESTRUCTURA SECUNDARIA EN PPTIDOS Y PROTENAS

La estructura secundaria de un pptido consiste en la relacin conformacional del aminocido vecino ms cercano con respecto a otro.

L. Pauling y R. B. Corey establecieron que ciertas conformaciones peptdicas eran ms estables que otras.

Dos disposiciones especialmente estables son: la hlice y la hoja plegada .

Ambas conformaciones se basan en:

La geometra del enlace peptdico es plana y la cadena principal se dispone en conformacin anti.

Se pueden formar enlaces de hidrgeno cuando el grupo N-H de un residuo y el grupo C=O de otro se encuentran prximos en el espacio. Aquellas conformaciones que maximizan el nmero de estos enlaces se encuentran particularmente estabilizadas.6.3. Estructura de pptidos y protenas

Hoja plegada o lmina En esta disposicin los aminocidos forman una cadena en forma de zigzag, mediante la formacin de enlaces de hidrgeno entre los grupos N-H y los C=O de cadenas adyacentes antiparalelas. Ej: fibrona de la seda.Hlice Se forma al enrollarse la estructura primaria helicoidalmente sobre s misma. Se debe a la formacin de enlaces de hidrgeno entre el -C=O de un aminocido y el -NH- del cuarto aminocido que le sigue. Ej: queratina del pelo, cuernos, uas, lana.6.3. Estructura de pptidos y protenas

ESTRUCTURA TERCIARIA EN PPTIDOS Y PROTENAS La estructura terciaria de una protena consiste en el plegamiento de la cadena. La forma en que se pliega la cadena afecta tanto a sus propiedades fsicas como a su funcin biolgica. Las protenas estructurales, tales como las presentes en la piel, el pelo, los tendones, la lana o la seda, pueden tener una estructura secundaria tanto de hlice como de hoja plegada , pero en general tienen una forma alargada de longitud varias veces el dimetro de la cadena. Se denominan protenas fibrosas y tienden a no ser solubles en agua. Otras protenas, incluyendo la mayora de los enzimas, operan en agua. stas se denominan globulares y tienen una forma ms o menos esfrica:Mioglobina6.3. Estructura de pptidos y protenas

La estructura terciaria de una protena depende de diversos factores: Su estructura primaria y secundaria. Su entorno. En protenas globulares la parte lipoflica se sita hacia el interior y los grupos polares en la superficie. El estado nativo de una protena es la estructura terciaria en la cual expresan su actividad biolgica.- Conocer el plegamiento de la protena permite entender el mecanismo por el que un enzima cataliza las reacciones. Ej: carboxipeptidasa. La regin interna del enzima donde se localizan los grupos funcionales que participan en la actividad cataltica se conoce con el nombre de sitio activo.6.3. Estructura de pptidos y protenas

COENZIMAS Los coenzimas, cofactores o grupos prostticos interaccionan tanto con los enzimas como con el sustrato para producir los cambios qumicos correspondientes que la protena no puede hacer por s misma (ej: reacciones de oxidacin o reduccin). El grupo prosttico hemo (una porfirina) se encuentra rodeado por la mioglobina (protena del msculo). Esta protena es capaz de almacenar el oxgeno gracias a que ste se coordina al Fe2+ del grupo hemo, que no se oxida a Fe3+ (incapaz de unirse a oxgeno) porque se encuentra protegido por esta protena.

6.3. Estructura de pptidos y protenas

ESTRUCTURA CUATERNARIA DE LAS PROTENAS: HEMOGLOBINA

Algunas protenas estn formadas por ensamblaje de dos o ms cadenas. La forma en que estas subunidades se encuentran organizadas se denomina estructura cuaternaria. La hemoglobina es una protena de la sangre encargada del transporte de oxgeno, unindose a ste y transportndolo hasta los msculos donde se almacena en la mioblobina. La hemoglobina se une a oxgeno de la misma forma que la mioglobina, a travs del grupo hemo, pero es mucho ms grande que sta. La hemoglobina es un ensamblaje de cuatro grupos hemo y cuatro cadenas proticas, dos llamadas y dos . Algunas sustancias, por ejemplo CO, mucho ms fuertemente al Fe que el oxgeno por lo que interfieren con el transporte y almacenamiento de oxgeno pudiendo provocar resultados letales.hemoglobin protease, Escherichia coli(http://www.pdb.org/) DOI:10.1074/jbc.M412885200

6.3. Estructura de pptidos y protenas

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