AMINOACIDOS Y PROTEINAS

ESTRUCTURA Y FUNCIÓN

Profesores: Mauricio Torres G.

Patricia Mackenney

¿¿Que son los aminoQue son los amino áácidos?cidos?

-Un aminoácido (AA) es una molécula orgánica con un grupo amino (-NH2) y un grupo carboxilo (-COOH).

-Los más estudiados son los que forman parte de las proteínas.

-La mayoría de las proteínas contienen, en proporciones diferentes, distintas cantidades de sólo 20 AA (se conocen alrededor de 300).

-El tipo de AA, el orden en que se unen, y su relación espacial establecen la estructura tridimencional y las propiedades biológicas de las proteínas.

AminoAmino áácidos presentes en cidos presentes en proteinasproteinas

Los aminoLos amino áácidos esencialescidos esenciales

-Son los AA que deben ser consumidos en cantidades adecuadas a través de los alimentos, ya que ni el ser humano ni los animales superiores pueden sintetizarlos.

-Son críticos para el crecimiento infantil y para conservar la salud en los adultos (reparación).

-Los AA que pueden ser sintetizados por el organismo se conocen como AA no esenciales.

ClasificaciClasificaci óón de acuerdo a su obtencin de acuerdo a su obtenci óónn

Aminoácidos condicionales :Enfermedad y estrés: arginina, cisteína, glutamina, tirosina, glicina, ornitina, prolina y serina.

Aminoácidos

Un a-aminoácido consta de un átomo de carbono central , al cual están unidos un grupo amino, un carboxilo, un hidróg eno y una cadena lateral (R)

carbono quiral

Aminoácidos: isómeros ópticos

L-alfa-aminoácido

En los sistemas vivos el isómero más abundante es el L . El D sólo existe en pequeñas cantidades, por ejemplo en bacterias.

Los AA se comportan como ácidos y bases

Como ácido:

Como base:

Las moléculas que poseen esta característica dual(se comportan como ácidos o bases) se llaman anfolitos .

Los AA pueden tener carga positiva, Los AA pueden tener carga positiva, negativa o ceronegativa o cero

Los aminoLos aminoáácidos son cidos son zwitterioneszwitteriones a pH fisiola pH fisiolóógico (7,4) gico (7,4)

El punto isoeléctrico es el valor de pH al que un aminoácido presenta una carga neta igual al cero.

Punto isoelPunto isoel ééctrico de un AActrico de un AA

Punto isoelPunto isoel ééctrico de un AActrico de un AA

pI = ½ (pK1 + pK2)

pI = ½ (2,34 + 9,60)

pI = ½ (2,34 + 9,60)

pI = 5.97

ClasificaciClasificaci óón de acuerdo a su polaridadn de acuerdo a su polaridadAPOLARES: son aquellos AA que su cadena lateral no tiene carga.

Alifáticos, en este caso su cadena lateral carece de enlaces dobles conjugados .

ClasificaciClasificaci óón de acuerdo a su polaridadn de acuerdo a su polaridad

APOLARES AROMATICOS: su cadena lateral tiene enlaces conjugados. Son responsables de la absorbancia a 280nm , típica de las proteínas. Las nubes πde los anillos aromáticos pueden actuar como aceptores de puentes de hidrógeno o formar interacciones con grupos cargados positivamente.

ClasificaciClasificaci óón de acuerdo a su polaridadn de acuerdo a su polaridadPOLARES: son aquellos AA que en su cadena lateral tienen grupos polares.

Sin carga. Son aminoácidos que carecen de carga, en principio, pero tienenposibilidades de tener asimetría en la distribución de las cargas, por la presencia de un átomo de O ó N.

ClasificaciClasificaci óón de acuerdo a su polaridadn de acuerdo a su polaridadPOLARES: son aquellos AA que en su cadena lateral tienen grupos polares.

Con carga positiva: Son aminoácidos con un grupo básico extra en su cadena lateral.

AA básicos

ClasificaciClasificaci óón de acuerdo a su polaridadn de acuerdo a su polaridadPOLARES: son aquellos AA que en su cadena lateral tienen grupos polares.

Con carga negativa: Son aminoácidos con un grupo ácido extra en su cadena lateral.

AA ácidos

Formación de un puente disulfuro por la oxidación delgrupo sulfidrilo de dos moléculas de cisteína.

�� Son polSon políímeros lineales construidos a partir de meros lineales construidos a partir de monmonóómeros conocidos como meros conocidos como aminoaminoáácidos.cidos.

�� Tienen una amplia gama de grupos funcionales, lo que Tienen una amplia gama de grupos funcionales, lo que les permite reaccionar de muchas maneras, lo que a su les permite reaccionar de muchas maneras, lo que a su vez se traduce en mvez se traduce en múúltiples funciones.ltiples funciones.

�� Las proteLas proteíínas, presentes en todas las cnas, presentes en todas las céélulas, lulas, constituyen aproximadamente la mitad del peso seco del constituyen aproximadamente la mitad del peso seco del cuerpo.cuerpo.

ProteProte íínas: generalidades.nas: generalidades.

ProteProte íínas: generalidades.nas: generalidades.

�� Pueden proporcionar apoyo mecPueden proporcionar apoyo mecáánico (forman mnico (forman múúsculos sculos y tendones).y tendones).

�� Transportan y almacenan otras molTransportan y almacenan otras molééculas (hemoglobina, culas (hemoglobina, lipoprotelipoproteíínas).nas).

�� Transmiten impulsos nerviosos, controlan el crecimiento Transmiten impulsos nerviosos, controlan el crecimiento y la diferenciaciy la diferenciacióón celular.n celular.

�� Catalizan reacciones biolCatalizan reacciones biolóógicas (enzimas).gicas (enzimas).

Estructura primaria de las proteEstructura primaria de las prote íínasnas

�� La secuencia de aminoLa secuencia de aminoáácidos de una protecidos de una proteíína se na se conoce como conoce como ““estructura primariaestructura primaria””..

�� Cada proteCada proteíína tiene una na tiene una secuencia secuencia úúnicanica y definida de y definida de aminoaminoáácidos.cidos.

�� Cuando las cadenas polipeptCuando las cadenas polipeptíídicas contienen menos de dicas contienen menos de 50 residuos, se habla de 50 residuos, se habla de oligopoligopééptidoptido..

�� Cuando las cadenas polipeptCuando las cadenas polipeptíídicas contienen 50 dicas contienen 50 residuos o mresiduos o máás, se habla de s, se habla de proteproteíínas.nas.

�� Se conocen proteSe conocen proteíínas con mnas con máás de 100 000 residuos, s de 100 000 residuos, aunque la mayoraunque la mayoríía de las protea de las proteíínas contienen entre 50 y nas contienen entre 50 y 2000 residuos.2000 residuos.

Los péptidos y las proteínas se forman por la unión de aminoácidos, mediante un enlace llamado enlace peptídico .

Enlace peptídico

Este enlace se establece entre el grupo carboxilo (-COOH) del primer aminoácido y el grupo amino (-NH2) del segundo aminoácido. La característica principal de este enlace es que no permite el giro de los elementos unidos por él y además es muy estable .

Péptidos y Proteínas

Enlace peptídico

Ácido + amina = amida

Polipéptidos: cadena de aminoácidos unidos por un enlace peptídico

Las cadenas polipeptídicas son flexibles aunque su conformación tiene

restricciones

Estructuras resonantes del enlace peptídico

Cadena principal o esqueleto polipeptídico y sus residuos (R)

Residuo amino terminal

Residuo carboxilo terminal

Inicio de la cadena polipeptídica

Fin de la cadena polipeptídica

Residuo aminoacídico

Estructura secundaria de proteEstructura secundaria de prote íínasnas

�� La flexibilidad que tienen las cadenas polipeptLa flexibilidad que tienen las cadenas polipept íídicas dicas permiten que se permiten que se ““ doblendoblen ”” ..

�� Al doblarse, los residuos de diferentes partes de l a Al doblarse, los residuos de diferentes partes de l a cadena pueden interactuar unos con otros a travcadena pueden interactuar unos con otros a trav éés s de puentes de hidrde puentes de hidr óógeno.geno.

�� La La ““ formaforma ”” que adopta la cadena polipeptque adopta la cadena polipept íídica se dica se conoce como conoce como ““ estructura secundariaestructura secundaria ”” ..

�� Existen dos conformaciones (formas) principales Existen dos conformaciones (formas) principales favorecidas por la flexibilidad y la formacifavorecidas por la flexibilidad y la formaci óón de n de puentes de hidrpuentes de hidr óógeno de las protegeno de las prote íínas: nas: la hla h éélice lice αααααααα y y las las hojas hojas β.β.β.β.β.β.β.β.

Los puentes de hidrógeno se forman entre los hidrógenos polares y carbonilos del

esqueleto de la proteína

Hélice αααα

Hélice αααα

RESUMEN

-Las proteínas están compuestas por distintas proporciones de 20 AA.

-Los AA esenciales deben ser ingeridos en la dieta.

-Los AA pueden tener distinta carga eléctrica.

-A su pH isoeléctrico el AA tiene una carga neta cero.

-Clasificación de acuerdo a su polaridad:

-Apolares: alifáticos y aromáticos.

-Polar: no cargados y cargados (ácidos y básicos).

-Polímeros de aminoácidos: enlace peptídico.

-Péptidos y proteínas: estructura primaria y secundaria.

Los PÉPTIDOS cumplen diversas funciones

-Hormonas peptídicas : se pueden suministrar para corregir deficiencias.

Ejemplo: la insulina (disminuye los niveles de glucosa en sangre)

Los PÉPTIDOS cumplen diversas funciones

-Oxitocina: molécula del amor, conducta maternal y paternal, trabajo de parto y bajada de la leche. (9 residuos)

-Vasopresina: controla la reabsorción de agua y concentra la orina. Aumenta la presión arterial. (9 residuos)

Los PÉPTIDOS cumplen diversas funciones

-Bradiquinina: (9 residuos), inhibe la inflamación de los tejidos.

-Glucagón: (29 residuos), aumenta la glicemia (metab. del glucógeno)

-Edulcorante: Aspartame (2 residuos): NutraSweet

Los PÉPTIDOS cumplen diversas funciones

-Antibióticos: Valinomicina (12 residuos), gramicidina (10 residuos).

-Antitumorales: bleomicina (9 residuos), glicopéptido.

Estructura primaria de péptidos y proteínas

La secuencia de aminoácidos determina la estructura primaria

La estructura primaria afecta la actividad biológic a de las proteínas

Cambio en la secuencia de

AA

Cambio en la estructura de

la proteína

Codón: triplete de nucleótidos

Cambio en la estructura primaria produce un cambio en la actividad biológica

Anemia de células falciformes

Es el plegamiento que la cadena polipeptídica adopta gracias a la formación de puentes de hidrógeno entre los átomos que forman el enlace peptídico.

Estructura secundaria de péptidos y proteínas

Conformación ββββEl esqueleto polipeptídico forma un zig-zag. Si se encuentran varias

cadenas en zig-zag, una al lado de la otra, se forma la estructura llamada lámina β. Las láminas pueden ser paralelas o antiparalelas.

Lámina β antiparalela

Vista lateral

Vista de arriba

Estructura secundaria de péptidos y proteínas

Canal iónico y el receptor de acetilcolina

Estructura terciaria de las proteEstructura terciaria de las prote íínasnas

�� La estructura terciaria corresponde a la La estructura terciaria corresponde a la distribucidistribuci óón tridimensional de todos los n tridimensional de todos los áátomos y tomos y define la define la forma de la proteforma de la prote íína.na.

�� La forma de las proteLa forma de las prote íínas estnas est áá definida definida fundamentalmente por dos factores: por las fundamentalmente por dos factores: por las interacciones intermoleculares entre los grupos Rinteracciones intermoleculares entre los grupos Rde las cadenas laterales y por de las cadenas laterales y por las interacciones las interacciones intermoleculares conintermoleculares con el medio en el cual se el medio en el cual se encuentra la proteencuentra la prote íínana

Estructura terciaria de proteínas

Interacciones hidrofóbicas o de Van der Waals

Puentes de hidrógeno

Puentes disulfuro

Enlaces iónicos

Mioglobina: transporta oxígeno en el músculo

Los grupos funcionales de las cadenas laterales de las hélices α α α α (o de las láminas ββββ) de distintas porciones de la proteína interactúan de manera que dan una forma tridimensional a la proteína

Grupo prostético: sustancia no proteícaasociada a la proteína, importante para su función (en este caso un grupo hemo)

Loop

Estructura terciaria de proteínas

Proteínas conjugadas: poseen un grupo prostético que participa en la actividad biológica de la proteína.

Ej: Lipoproteínas, contienen lípidosGlicoproteínas, contienen azúcaresMetaloproteínas, contienen un metal.

Estructura cuaternaria de las proteEstructura cuaternaria de las prote íínasnas

�� A menudo, varias cadenas polipeptA menudo, varias cadenas polipept íídicas iguales o dicas iguales o diferentes se agregan (unen entre si) formando una diferentes se agregan (unen entre si) formando una proteprote íína mna m áás grande.s grande.

�� La agregaciLa agregaci óón ocurre a travn ocurre a trav éés de interacciones entre s de interacciones entre las cadenas laterales de un poliplas cadenas laterales de un polip ééptido con ptido con otro(sotro(s ))

�� Cada cadena se conoce como Cada cadena se conoce como ““ subunidadsubunidad ””

�� Si una proteSi una prote íína tiene dos o mna tiene dos o m áás subunidades se dice s subunidades se dice que presenta que presenta estructura cuaternariaestructura cuaternaria

Ejemplo de Ejemplo de structurastructura cuaternariacuaternaria

La primera proteína multimérica que su estructura fue dilucidada fuela hemoglobina . Contiene 4 cadenas polipeptídicas y 4 grupos prosté-ticos heme. Por lo tanto, es un hetero-tetrámero.

Resumen niveles estructurales de las proteínas

Estructuraprimaria

Estructura secundaria

Estructuraterciaria

Estructuracuaternaria

Residuos de aminoácidos

Hélice α Organización espacial Subunidades ensambladas

Resumen estructura y función de proteínas

�La estructura tridimensional de una proteína está determinada porsu secuencia de aminoácidos.

�La función de una proteína depende de su estructura.

�Cada proteína tiene una estructura única.

�Mayoritariamente, las fuerzas que estabilizan la estructura terciaria de las proteínas son no covalentes (puentes de hidrógeno).

El arreglo espacial de átomos en una proteína se llama conformación.

Es la más estable, y es en la que se encuentra en su entorno fisiológico.

Depende de:

�Interacciones hidrofóbicas�Interacciones electroestáticas�Puentes de hidrógeno�Puentes disulfuro

�Los residuos de aminoácidos hidrofóbicos se orientan hacia el interior de la proteína, lejos del agua.

�Los residuos de aminoácidos hidrofílicos se orientan hacia el exterior de la proteína, en contacto con el agua.

Conformación nativa de una proteína

DesnaturalizaciDesnaturalizaci óón de proten de prote íínasnas

�� La conformaciLa conformaci óón nativa puede cambiar en respuesta a n nativa puede cambiar en respuesta a la exposicila exposici óón a agentes fn a agentes f íísico o qusico o qu íímicos.micos.

�� Cuando esto sucede se dice que la proteCuando esto sucede se dice que la prote íína se ha na se ha desnaturado y pierde la funcidesnaturado y pierde la funci óón que posee.n que posee.

�� Algunos agentes Algunos agentes desnaturantesdesnaturantes son: altas son: altas temperaturas, rayos ultravioletas, temperaturas, rayos ultravioletas, áácidos y bases cidos y bases fuertes, solventes orgfuertes, solventes org áánicos, sales de metales nicos, sales de metales pesados (mercurio, plomo), detergentes.pesados (mercurio, plomo), detergentes.

�� El efecto de estos agentes es romper las El efecto de estos agentes es romper las interacciones responsables de las estructuras interacciones responsables de las estructuras secundaria, terciaria y cuaternariasecundaria, terciaria y cuaternaria

En algunos casos al eliminar el agente desnaturante l a proteína recupera su conformación original

(renaturación) y por lo tanto su funcionalidad

DesnaturalizaciDesnaturalizaci óón de proten de prote íínasnas

HidrHidr óólisis (digestilisis (digesti óón) de proten) de prote íínasnas

Punto isoelPunto isoel ééctrico y solubilidad en agua ctrico y solubilidad en agua de protede prote íínasnas

• Puesto que las proteínas son especies cargadas, depen diendo su carga del pH del medio, se define el punto isoeléctrico, pI, como el pH en el cual la carga total de la proteína es igual a 0. Si una proteína cargada se expone a un campo eléctrico ésta migra hacia el polo de carga opuesta, y se detiene cuando el pH es igual al pI.

• El pI es específico para cada proteína

• Cuando las proteínas pierden las cargas, se hacen meno s solubles en agua. Si el pH del medio es igual al pI , las proteínas pueden precipitar.

Electroforesis

Separación de moléculas de acuerdo a su carga en un campo eléctrico

Si existe un gradiente de pH, las moléculas migrarán hasta encontrar su punto isoeléctrico, ya que a este pH, la molécula es neutra.

ClasificaciClasificaci óón por su forman por su forma

Proteínas fibrosas:-Son insolubles en agua.

-Predomina un tipo de estructura secundaria.-Abundan en estructuras que dan soporte, forma y

protección externa a los vertebrados.-Ej: Colágenos, Elastinas, Queratinas, Miosinas.

Proteínas globulares:-Son solubles en agua.-Presentan varios tipos de estructuras secundarias.- Presente en la mayoría de las enzimas y proteínasreguladoras de metabolismo.-Ej: albúmina, mioglobina, hemoglobina, inmunoglobulinas.

αααα-queratina: presente en al piel, pelo, uñas. La estructura cuaternaria (dos cadenas) está estabilizada por puentes disulfuro.

Proteínas fibrosas

Colágeno:compone el tejidoconectivo como tendones, cartílago,la matriz orgánica de los huesos yla córnea del ojo. Las fibras son flexibles pero con una gran resistencia a la tracción.

Aminoácidos presentes en el colágeno:

Glicina 35%Alanina 11%Prolina 21%

La gelatina (verdadera, no sucedáneo)deriva del colágeno y tiene poco valornutricional porque no contiene aminoácidosesenciales para la dieta humana.

Proteínas fibrosas

Fibroína de la seda: Es producida por insectos y arañas. En suestructura predomina la conformación β. Es rica en residuos de alaninay glicina (grupos R pequeños) lo que permite la formación de láminas β.La estructura es flexible a raíz de que no hay interacciones covalentescomo puentes disulfuro.

Proteínas fibrosas

Estructuras secundarias y propiedades de proteínas fibrosas

Estructura Características Ejemplos

α hélice, entrecruzada Rígido, estructuras α queratina del pelo, plumaspor puentes diulfuro protectoras insolubles uñas

de dureza y flexibilidadvariables

Conformación β Filamentos suaves y Fibroína de la sedaflexibles

Colágeno hélice Resistencia a la alta Colágeno de los tendones,triple tensión, sin estiramiento matriz de los huesos.

Mioglobina: Fue la primera proteína globular cuya estructura fuedilucidada en los años 50. Es una pequeña proteína que une oxígenoen las células musculares. Esta formada por una cadena polipeptídica que tiene un grupo prostético heme (hierro más protoporfirina).

Proteínas globulares

Histidina

ALBUMINA: es sintetizada por el hígado y es la proteína más abundante del plasma sanguíneo. Cumple funciones de transporte y regulación osmótica.

Proteínas globulares

La albumina es un buen transportador de lípidos y moléculas hidrofóbicas en el plasma sanguíneo.