Amino

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Aminoácidos y Proteínas

• MSc. MARY LORENA VALLECILLO M.

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a-AMINOÁCIDOS (AA) estructura

• Unidad estructural básica de las proteínas
• El grupo amino está unido al C- a , el C contiguo
  al grupo carboxilo.
• Al C- a también está unido un H y una cadena
  lateral R.
• Se han descrito más de 100 AA pero sólo 20 de
  ellos participan en la síntesis de proteínas.

a
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AMINOÁCIDOS estructura

• Los AA difieren entre sí por el grupo R (grupo
  sustitutivo).
• R adjudican diferentes propiedades a cada uno de
  los AA y determinan su función biológica.

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AMINOÁCIDOS estructura

• A pH fisiológico el pKa de los grupos carboxilo y
  amino de los AA es aproximadamente 2 y 10
  respectivamente.
• El grupo COOH pierde un protón y el grupo amino
  capta un protón para dar la forma Zwitterion (in
  vivo).

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Estructura de los aminoácidos

• Por su estructura, los AA se ionizan en solución
  acuosa de manera que pueden funcionar como ácidos
  y como bases (anfolíticos).
• Los AA que poseen un g. amino y un g. carboxilo
  (Gly, Leu, Ile) se convierten en iones dipolares
  (Zwitteriones).
• Estos iones en soluciones acuosas son
  eléctricamente neutros y no emigran ni se someten
  a campos eléctricos.
• La ionización de un AA depende del pH de la
  solución.
• Punto isoeléctrico pH en el cual la molécula no
  tiene carga neta

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Estereoquímica de los AA

• Se presentan en dos formas isoméricas, imágenes
  especulares no superponibles.
• Los isómeros de la serie L poseen el grupo alfa
  amino a la izquierda.
• Los AA que se encuentran en las proteínas son de
  la serie L y tienen mayor participación
  metabólica celular.
• Los AA de la serie D participan en las paredes
  celulares bacterianas.
• Todos los AA excepto la Gly pueden existir en las
  formas D y L.

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Propiedades de los AA de las proteínas
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Nomenclatura de los AA
Alanina Ala A
Arginina Arg R
Asparragina Asn N
Ac. Aspartico Asp D
Cisteina Cys C
Glutamina Gln Q
Ac. glutamico Glu E
Glicina Gly G
Histidina His H
Isoleucina Ile I
Leucina Leu L
Lisina Lys K
Metionina Met M
Fenilalanina Phe F
Prolina Pro P
Serina Ser S
Treonina Thr T
Triptofano Trp W
Tirosina Tyr Y
Valina Val V
Tres letras Una letra
Esencial en la niñez Esencial durante toda
la vida
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AMINOÁCIDOS
Clasificación
Propiedades químicas de las cadenas laterales

• Cadenas alifáticas
• Cadenas con hidroxilo o azufre
• Aromáticos
• Básicos
• Ácidos y sus amidas

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Aminoácidos con cadenas laterales alifáticos

• El grupo R se extiende más y se hace más
  hidrófobo.
• Los aminoácidos hidrófobos se encuentran
  normalmente en el interior de las moléculas
  proteicas.

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Aminoácidos con cadenas laterales hidroxilo o
azufre

• Cadenas laterales son débilmente polares
• Son en general más hidrófilos que sus análogos
  alifáticos
• La metionina es bastante hidrófoba
• Puede producirse una oxidación entre pares de
  cadenas laterales de cisteína para formar un
  enlace disulfuro (cistina)

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Aminoácidos básicos

• Llevan grupos básicos en sus cadenas laterales.
• Existen a valores de pH próximos a la neutralidad
  
• La histidina es el menos básico de los tres
• Son muy polares
• Suelen hallarse normalmente en las superficies
  exteriores de las proteínas

Histidina Lisina Arginina
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Aminoácidos ácidos y sus amidas

• Son los únicos aminoácidos que llevan cargas
  negativas a pH 7.
• Están acompañados por sus amidas, la asparagina
  y la glutamina.
• - Tienen cadenas laterales sin carga, aunque son
  claramente polares, también son hidrófilos y
  tienden a encontrarse en la superficie de las
  moléculas de proteína, en contacto con el agua.

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Aminoácidos aromáticos

• Presentan cadenas laterales aromáticas.
• La fenilalanina junto con los AA alifáticos (val,
  leu, ile), es uno de los AA más hidrófobos.
• La tirosina y el triptófano también presentan un
  carácter ligeramente hidrófobo

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Aminoácidos modificados

• Algunos AA son modificados (cadenas laterales)
  postranscripción.
• Por ejemplo
• Fosfoserina (síntesis de serina a partir de
  3-fosfoglicerato)
• 4-hidroxiprolina colágeno
• Hidroxilisina colágeno
• Ácido ?-carboxiglutámico estructura de la
  osteocalcina (10-25 prot no colágena del hueso
  ) dependiente de Vit K

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FORMACIÓN DE PÉPTIDOS Y POLIPÉPTIDOS

• Los AA se unen o polimerizan por medio de enlaces
  peptídicos la unión química entre el grupo
  a-carboxilo de un AA con el grupo a-amino de otro
  AA, con la liberación de una molécula de agua.
• La reacción más importante de los AA es la
  formación de un enlace peptídico. Éste enlace
  carece de carga a cualquier pH de interés
  fisiológico.
• Es un enlace covalente por formación de un enlace
  amida

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Enlace peptídico y formación de péptidos
DIPEPTIDO
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PÉPTIDOS Y POLIPÉPTIDOS

• Las cadenas que contienen unos pocos residuos de
  AA se denominan oligopéptidos
• - 2 AA dipéptido
• - 3 AA tripéptido
• Si la cadena es muy larga se llama polipéptido.
• Grupo amino que no ha reaccionado en un extremo
  (amino terminal o N-terminal)
• Grupo carboxilo sin reaccionar en el otro extremo
  (carboxilo terminal o C-terminal)

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Enlace peptídico y formación de péptidos
TETRAPEPTIDO
Cada vez que se añade un AA a la cadena, debe
eliminarse una molécula de agua.
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Estabilidad y formación del enlace peptídico

• En un entorno acuoso este proceso no está
  favorecido termodinámicamente.
• Las proteínas se hidrolizan en disolución acuosa
  cuando está presente un catalizador.
• La formación del enlace peptídico se acopla con
  la hidrólisis de compuestos de fosfato de alta
  energía (ATP) (activación de los AA).

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Actividad biológica Péptidos

1. Péptidos vasoactivos angiotensina II,
   bradicinina
2. Hormonas oxitocina, vasopresina, somatostatina,
   TRH, GRH, ACTH, insulina, glucagón, gastrina,
   secretina, colecistoquinina, VIP (péptido
   intestinal vasoactivo)
3. Neurotransmisores encefalinas, sustancia P

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PROTEINAS polipéptidos de secuencia definida

• Cada proteína tiene un orden definido de residuos
  de AA.
• Son polipéptidos largos Mb humana tiene 153 AA.
• Hay proteínas que son similares pero NO
  idénticas.

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PROTEÍNAS
FUNCIONES
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Clasificación de las proteínas

• Desde un punto de vista químico, existen dos
  grandes grupos de proteínas
• Proteínas simples formadas exclusivamente por
  a-aminoácidos, como es el caso de la ubiquitina,
  una proteasa intracelular formada por 53 AA.
• Proteínas conjugadas que contienen además de la
  cadena polipeptídica un componente no
  aminoacídico llamado grupo prostético, que puede
  ser un azúcar, un lípido, un ácido nucleico o
  simplemente un ión inorgánico.
• La proteína en ausencia de su grupo prostético no
  es funcional, y se llama apoproteína.
• La proteína unida a su grupo prostético es
  funcional, y se llama holoproteína (holoproteína
  apoproteína grupo prostético).
• Son proteínas conjugadas la hemoglobina, la
  mioglobina, los citocromos, etc.

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Clasificación

• En cuanto a su forma molecular, podemos
  distinguir
• Proteínas globulares la cadena polipeptídica
  aparece enrollada sobre sí misma dando lugar a
  una estructura más o menos esférica y compacta.
  Ejem Mioglobina y Hemoglobina
• Proteínas fibrosas tienen funciones
  estructurales.
• Proteínas de piel, tejido conjuntivo, pelo y
  seda.
• Son siempre alargadas
• Son menos abundantes que las globulares
• Ejem queratina, colágeno, elastina, fibroina

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Niveles de organización estructural de las
proteínas
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Estructura primaria

• Acomodamiento de las cadenas de AA (orden
  secuencial de AA), estabilizado por enlaces
  peptídicos, puentes disulfuros (cisteína). Al
  alterar este orden también se altera el tipo o
  las propiedades de la proteína.
• Está determinada por un gen concreto.

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Estructura secundaria

• Se encuentran con gt frecuencia son la hélice a,
  la lamina ß y la hélice 310

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Estructura 2ª.

• Son rearreglos especiales originados por el
  establecimiento de puentes de H entre los grupos
  que conforman los enlaces peptídicos de los AA
  cercanos.
• alfa hélice es un ordenamiento helicoidal en el
  que el g. R de los AA se orienta hacia el
  exterior de la hélice.
• Se estabiliza por la formación de puentes de H
  entre los componentes del enlace peptídico de AA
  cercanos en la estructura 1ª. de la proteína.
• Ejem proteínas fibrosas colágeno, alfa
  queratina.
• ß laminar
• El esqueleto se ordena en forma de zigzag.
• Los grupos R de AA se orientan en direcciones
  opuestas con un patrón alternante y hacia afuera
• - se estabiliza por puentes de H.
• Los AA no tienen que estar próximos en la
  estructura 1ª.
• Típica de proteínas fibrosas fibroina (seda)

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ESTRUCTURA TERCIARIA
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ESTRUCTURA TERCIARIA

• Las proteínas globulares no solo poseen
  estructuras 2ª. sino que, además, también se
  pliegan formando estructuras terciarias
  compactas.
• Es una modificación en el espacio.
• Es el plegamiento tridimensional total de la
  cadena de una proteína.
• Esta conformación facilita la solubilidad en agua
  y, por ende, la realización de funciones de
  transporte, enzimáticas, hormonales, etc. Ejem
  mioglobina

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Estructuras de las proteínas globulares

• La mayoría de las proteínas están formadas por
  más de un dominio
• Dominio región compacta, plegada localmente, de
  la estructura 3ª.
• Los principales patrones de plegado
• Los producidos alrededor de un empaquetamiento de
  hélices alfa
• Los construidos sobre un entramado de estructuras
  laminas beta

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ESTRUCTURA TERCIARIA

• Esta conformación se mantiene estable gracias a
  la existencia de enlaces entre los radicales R de
  los aminoácidos. Aparecen varios tipos de
  enlaces
• Los puentes de hidrógeno
• Interacciones de Van der Waals
• Los puentes eléctricos entre AA de carga
  diferente llamados también atracciones
  electrostáticas
• Las interacciones hidrófobas formación de un
  núcleo hidrofóbico o interface hidrofóbica
• El puente disulfuro

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Estructura 4ª.

• Es el nivel más complejo de organización.
• Se refiere a interacciones no covalentes que unen
  varias cadenas polipeptídicas en una sola
  molécula. Ejem la hemoglobina que tiene 4
  cadenas.
• Cada una de estas cadenas polipeptídicas recibe
  el nombre de subunidades.
• El número de subunidades (cadenas) varía desde
  dos como en la hexoquinasa, cuatro como en la
  hemoglobina, o muchos como la cápsida del virus
  de la poliomielitis, que consta de 60 unidades
  proteicas.

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Niveles de estructura proteica

• Estructura cuaternaria
• Homotípicas asociación de cadenas polipeptídicas
  idénticas o casi idénticas
• Heterotípicas interacciones entre subunidades
  con estructuras muy distintas

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Propiedades

• Se llama desnaturalización de las proteínas a la
  pérdida de las estructuras de orden superior
  (secundaria, terciaria y cuaternaria), quedando
  la cadena polipeptídica reducida a un polímero
  estadístico sin ninguna estructura tridimensional
  fija
• La desnaturalización provoca diversos efectos en
  la proteína
• Cambios en las propiedades hidrodinámicas de la
  proteína aumenta la viscosidad y disminuye el
  coeficiente de difusión
• Una drástica disminución de su solubilidad, ya
  que los residuos hidrofóbicos del interior
  aparecen en la superficie
• Pérdida de las propiedades biológicas

ESTADO NATIVO
ESTADO DESNATURALIZADO
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DESNATURALIZACION

• Los agentes que provocan la desnaturalización de
  una proteína se llaman agentes desnaturalizantes.
  Se distinguen agentes físicos (calor) y químicos
  (detergentes, disolventes orgánicos, pH, fuerza
  iónica).
• Como en algunos casos el fenómeno de la
  desnaturalización es reversible, es posible
  precipitar proteínas de manera selectiva mediante
  cambios en
• (1) la polaridad del disolvente
• (2) la fuerza iónica
• (3) el pH
• (4) la temperatura