Unidad 2 Aminoacidos, Peptidos y Proteinas 1887

7/16/2019 Unidad 2 Aminoacidos, Peptidos y Proteinas 1887

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AMINOCIDOSPPTIDOS

Y

PROTEINAS

M. EN C. ISRAEL VELZQUEZ MARTNEZ

1


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AMINOCIDOS, PPTIDOS Y PROTENAS.

Los aminocidos, como su nombre lo indica, son bifuncionales. Contienen un grupo amino bsico y ungrupo carboxlico cido.

O

NH

OH

HO

OH

NH2

R

Un -aminocido primario L-Prolina

Un -aminocido secundario

Con fines de clasificacin, las cadenas con menos de 50 aminocidos se llaman polipptidos, mientrasque el trmino protena se reserva a cadenas mas largas.

O

NH2

CH3OH

O

NH2OH

+

O

NH2

CH3NH

O

OH

Alanina Glicina un dipptido (un enlace amida)

Un polipptido (muchos enlaces amida).

Estructura de los aminocidos.

Como los aminocidos contienen un grupo cido y un grupo bsico, experimentan una reaccin cido-

base intramolecular y se encuentran principalmente en la forma de un in dipolar, o Zwitterion (delalemnzwitter, hbrido):

O

OH

NH2

CH3

H

O

O-

NH3+

CH3

H Alanina (sin carga) (zwitterion)

2


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Los iones dipolo (zwitterions) de los aminocidos son sales internas y por ello tienen muchas de laspropiedades fsicas asociadas con las sales. Poseen momentos dipolares grandes, son solubles en aguae insolubles en hidrocarburos, y son sustancias cristalinas con puntos de fusin altos. Adems losaminocidos son Anfteros: pueden reaccionar como cidos o como bases, dependiendo de lascircunstancias.

En solucin cida

En solucin bsica

En la siguiente tabla se representan las estructuras de los 20 aminocidos que se que encuentran en lasprotenas. Todos son -aminocidos. Diecinueve de los 20 aminocidos son aminas primarias, RNH2,y slo difieren en la naturaleza del sustityete unido al carbono , llamado Cadena lateral.

Un -aminocido primario Prolina,Un -aminocido secundario

Cadena lateral

Adems de los 20 aminocidos que se encuentran en las protenas, hay otros aminocidos que no sonprotenas y que tienen importancia biolgica.

O

O-

NH3+

O

NH3+

SHO

-

O

I

I

I

I

OHNH

3

+

O O-

cido -aminobutrico Homocsteina Tiroxina

3


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ESTRUCTURA DE LOS AMINOCIDOS.

Nombre Abreviaturas PM Estructura pKa pKa pKa PI Sol. P.f.COOH NH3

+ cad. lat. H2O, g/dL

a 25CAminocidos Neutros.

Alanina Ala (A) 89

O

NH2

CH3OH

2.34 9.69 --- 6.01 17 297 d

Asparagina Asn (N) 132

O

O

NH2

NH2

OH

2.02 8.80 --- 5.41 2.4 236

Cistena Cys (C) 121

O

NH2

SH OH

1.96 10.28 8.18 5.07 Muy ---Soluble

Glutamina Gln (Q) 146

O

O

NH2

NH2

OH

2.17 9.13 --- 5.65 3.6 186

Glicina Gly (G) 75

O

NH2OH 2.34 9.60 --- 5.97 25 233 d

Isoleucina Ile (I) 131

O

NH2

CH3

CH3OH

2.36 9.60 --- 6.02 4 284

Leucina Leu (L) 131

O

NH2

CH3

OH

CH3 2.36 9.60 --- 5.98 2 337

Metionina Met (M) 149

O

NH2

S

CH3 OH

2.28 9.21 --- 5.74 3 283

4


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Nombre Abreviaturas PM Estructura pKa pKa pKa PI Sol. P.f.

COOH NH3+ cad. lat. H2O, g/dL

a 25C

Aminocidos Neutros cont

Fenilalanina Phe (F) 165

O

NH2

OH

1.83 9.13 --- 5.48 3 283

Prolina Pro (P) 115

O

NH

OH

1.99 10.60 --- 6.30 162 220

Serina Ser (S) 105

O

NH2

OH OH

2.21 9.15 --- 5.88 5 228

Treonina Thr (T) 119

O

NH2

OH

CH3

OH

2.09 9.10 --- 5.60 Muy 257Soluble

O

NH

NH2

OH

Triptofano Trp (W) 204 2.83 9.39 --- 5.89 1 289

O

NH2

OH

OH

Tirosina Tyr (Y) 181 2.20 9.11 10.07 5.66 0.04 344

Valina Val (V) 117

O

NH2

CH3

CH3 OH

2.32 9.62 --- 5.96 9 315

5


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Nombre Abreviaturas PM Estructura pKa pKa pKa PI Sol. P.f.COOH NH3

+ cad. lat. H2O, g/dLa 25C

Aminocidos cidos.

NH2

O

O

O

OH

Hcidoasprtico Asp (D) 133 1.88 9.60 3.65 2.77 0.4 269

O O

OHOH

NH2

cidoglutmico Glu (E) 147 2.19 9.67 4.25 3.22 0.7 247

NH

O

NH

NH2

NH2

OH

Aminocidos bsicos.

Arginina Arg (R) 174 2.17 9.04 12.48 10.76 15 230 d

Histidina His (H) 155

O

NH2

NH

N

OH

1.82 9.17 6.00 7.59 0.4 287

O

NH2

NH2

OH

Lisina Lis (K) 146 2.18 8.95 10.53 9.74 Muy 255Soluble

Problema 1. Cuntos de los aminocidos que se muestran en la tabla contienen anillos aromticos?Cuntos contienen azufre? Cuntos contienen alcoholes? Cuntos contienen cadenas lateraleshidrocarbonadas?

Con excepcin de la glicina, los carbonos de los -aminocidos son centros quirales. Por lo tanto, sonposibles dos formas enantiomricas, pero la naturaleza slo utiliza una para la construccin de lasprotenas. En las proyecciones de Fischer, los aminocidos que se encuentran en forma natural serepresentan colocando el grupo COOH en la parte superior y la cadena lateral abajo, como se dibujaun carbohidrato, y luego se coloca el grupo NH2 a la izquierda. Debido a la similitud estereoqumicacon los azcares L, llamamos a los -aminocidos que se encuentran en forma natural comoaminocidos L.

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CHO

CH2OH

H OH

COOH

R

H NH2

CHO

CH2OH

OH H

COOH

R

NH2 H

D-gliceraldehdo D-aminocido L-gliceraldehdo L-aminocido

Problema 2. Dieciocho de los 19 L-aminocidos tienen configuracin Sen el carbono . La csteinaes el nico L-aminocido con una configuracinR. Explique la razn.

Problema 3. El aminocido Treonina, cido (2S, 3R)-2-amino-3-hidroxibutanoico tiene dos centrosquirales. Dibuje una proyeccin de Fischer para la Treonina. Cuntos estereoismeros podranexistir? Dibuje las proyecciones de Fischer e identifique los centros quirales como R o S.

Problema 4. Dibuje formulas con enlaces de cua (tetradricas) y proyecciones de fischer querepresenten la configuracin de los tomos de carbono de la L-valina, L-leucina y L-isoleucina.

Aminocidos esenciales.

Son aminocidos que el organismo no puede sintetizar.

Reaccin de transaminacin.

COOH

R

NH2 H

COOH

R1

O+ +

Enzimas transaminasas

(muchos pasos)

COOH

R

O

COOH

R1

NH2 H

Aminocido cetocido cetocido aminocido

Antiguo antiguo nuevo nuevo

Fenilcetonuria.

Enzimas

O

NH2

OH

O

NH2OH

OH

7


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REACCIN DE TRANSAMINACIN.

Un interesante el papel de las iminas como intermediarios es el de la reaccin de transaminacin, deimportancia biolgica. La transaminacin es un proceso por el cual se transfiere un grupo amino deuna molcula a otra. En los sistemas biolgicos el grupo amino de un aminocido se transfiere al

grupo carbonilo de otra molcula. La secuencia, es promovida por una enzima, la transaminasa, es unmtodo de formacin de nuevos aminocidos.

O

OH

NH2

CH3

O

OH

O

O

OHglutamato

transaminasa

O

OH

O

CH3

OO

OH

NH2

OH

+

+

Alanina cido--cetoglutrico.

cido pirvico cido glutmico

Todas las transaminasas importantes parecen compartir la misma coenzima, el fosfato de piridoxal.Las coenzimas son pequeos constituyentes no protenicos de las enzimas, con frecuenciaindispensables para la actividad enzimtica.

N

O

O

OH

CH3

H

P

O

OH

OH

Fosfato de piridoxal.

La transaminacin biolgica no es la simple transferencia de un grupo amino de una molcula a otra.El grupo carbonilo de la coenzima piridoxal forma primero una imina con el grupo amino delaminocido donador. La reaccin subsiguiente de este aducto con el compuesto carbonlico

receptor conduce a la formacin de un nuevo aminocido, regenerndose el fragmento de piridoxal.El piridoxal es el transportador del grupo amino de un reactivo a otro. La secuencia, de numerosospasos, supone una serie de adiciones e isomerizaciones reversibles.

8


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Mecanismo general de una reaccin de transaminacin.

O

PRP H O

OH

NH2

R PRP

HO OH

N R

OH2

PRP

H

O OH

N RPRP

H

O OH

N R

H

PRP

H

O OH

N R

HOH2

PRP

H

NH2

H O

OH

R

O

O

OH

R1

O

PRP

H

NH2

H

PRP

H

N

H

O OH

R1

OH2

PRP

H

N

H

O OH

R1PRP N

H

O OH

R1

PRP N

H

O OH

R1

OH2

NH2

O O

R1

H

PRP O

H

+ +

+ +

+ +

+ +

PRP = fosfato de piridoxal.

9


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Reaccin de transaminacin catalizada por la Aspartato aminotransferasa.

CH3 CH3

N

NH

+

OH

O

CH3

PO

O-

O-

O-

O-

NH2O

OH

NH+

NH

+

OH

O

CH3

P

O

O-

O-

O-

O-

O

OH

CH3 CH3

B:

NH+

NH

OH

O

CH3

P

O

O-

O-

O

-O

-

O

O

NH+

NH

+

OH

O

CH3

P

O

O-

O-

O-

O-

O

O

NH3+

NH

+

OH

O

CH3

P

O

O-

O-

O

O-

O-

O

O

paso lento

CH3 CH3

B+

H

OH2

aldimina

quinoide

NH3+

NH

+

OHO

CH3

P

O

O-

O-

O

O-

CH3

O

NH+

NH

+

OH

O

CH3

P

O

O-

O-

O-

O

CH3

H

CH3 CH3

B:

NH+

NH

OH

O

CH3

P

O

O-

O-

O-

O

CH3

NH+

NH

+

OH

O

CH3

P

O

O-

O-

O-

O

CH3

NH+

NH

+

OH

O

CH3

P

O

O-

O-

CH3 CH3

NH3+

O-

O

CH3

CH3 CH3

B+

H

CH3 CH3

NH2

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ACIDEZ, BASICIDAD Y pKa.

Lewis.cido: acepta electrones.

Base: cede electrones.Brosnted-Lowry.cido: cede protonesBase: recibe protones.

H-A + H2O H3O+ + A-

cido Base cido baseconjugado conjugada

Keq = [H3O

+

][A

-

][HA][H2O]

La concentracin del agua permanece casi constante. [H2O]= 55.6 M a 25C.

Ka = Keq[H2O] = [H3O+][A-]

[HA]

log Ka = log [H3O+][A-]

[HA]

log Ka = log [H3O+] + log [A-][HA]

- log Ka = - log [H3O+] - log [A-]

[HA]

pKa = pH log [A-][HA]

pH pKa = log [A-][HA]

pH = pKa + log [A-][HA]

Ecuacin de Henderson Hasselbalch.

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Un cido ms fuerte (de mayor Ka) tiene pKa menor. Un cido ms dbil (de menor Ka) tiene mayor pKa.

Compuesto en una solucin de pH por debajo del pKa se encuentra protonado (ionizado). Compuesto en una solucin de pH porencima del pKa se encuentre no protonado (no ionizado).

Factores que afectan el pKa: Efecto resonante. Efecto inductivo y electrosttico. Efecto estrico. Puentes de hidrgeno intramoleculares. Hibridacin.

Efecto inductivo.

O

OHCH3

O

OH

O2N

O

OH

Cl

O

OH

Cl

Cl

O

OH

Cl

ClCl

O

OHF3C

pKa: 4.5 1.68 2.8 1.3 0.9 0

Efecto resonante

O

OHCH3

CH3

OH OR

O O

R1 O

R

O

R1

NH3+

N+

O-

O

NH3+

NO2

NH3+

pKa: 4.5 16 11 19.20 1.11 2.5 4.60

Efecto estrico

O

OHCH3

O

OH

CH3

CH3

CH3CH3

CH3

CH3

CH3

pKa: 4.5 7.0

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Puentes de hidrgeno.

O

OH

OH

O

OH

OH pKa: 4.5 3.0pKa: 9.3 13.4

Hibridacin.

NH+

CH3 CH3

CH3

NH

+

C NH+

CH3

pKa: 9.8 5.2 - 10

AMINOCIDOS.INFLUENCIA DE LA CADENA LATERAL.

O

NH

OH

O

NH2

NH

N

OH

O

NH2NH

OH

pKa: 1.99 pKa: 2.83 pKa: 1.82pKa: 10.60 pKa: 9.39 pKa: 9.17

pKa: - - - pKa: 6.00

OH

OH

NH2O

O

NH

O

NH

NH2

NH2

OH

pKa: 1.88 pKa: 2.17pKa: 9.60 pKa: 9.04pKa: 3.65 pKa: 12.48

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Problema 5. Pronostique los productos de reaccin de: (a) prolina, (b) tirosina, (c) arginina y (d)

triptofano con un exceso de HCl; y con un exceso de NaOH.

Problema 6. Escriba las formulas estructurales para las siguientes ecuaciones:

(a)fenilalanina con un equivalente de NaOH.(b)Producto de (a) con un equivalente de HCl.(c)Producto de (a) con dos equivalentes de HCl.

PUNTO ISOELCTRICO.

pH bajo(protonado)

pH alto(desprotonado)

Punto IsoelctricoPI = pKa1 + pKa2

2Zwitterion neutro.

El punto isoelctrico (PI) de un aminocido depende de su estructura; y es el promedio de las dosconstantes de disociacin cida que incluyen el zwitterion neutro. En cuanto a los aminocidos conuna cadena lateral que sea un cido fuerte o un cido dbil, el PI es el promedio de los dos valores depKa ms bajos. En el caso de los aminocidos con una cadena lateral bsica, el PI es el promedio delos dos valores de pKa ms altos.

Aminocido neutroAlanina

Aminocido bsicoLisina

Aminocido cidocido asprtico.

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As como los aminocidos tienen sus PI, las protenas tambin tienen un PI global debido a losnumerosos residuos cidos o bsicos que pueden contener.

Aprovechamos la ventaja de las diferencias de puntos isoelctricos para separar una mezcla deaminocidos (o una mezcla de protenas) en sus constituyentes puros mediante la tcnica de laElectroforesis.

Tira de papel a pH = 6.02

Cuando se aplica un potencial elctrico, los aminocidos con cargas negativas (los que se handesprotonado a causa de que el pH del buffer es ms alto que sus PI) migra lentamente hacia elelectrodo positivo. Al mismo tiempo que los aminocidos con cagas positivas (los que se hanprotonado porque el pH del buffer es menor que su PI) migran hacia el electrodo negativo.

Los diferentes aminocidos migran a diferentes velocidades, lo que depende de sus puntosisoelctricos y del pH del buffer acuoso. As es posible separar una mezcla de diversos aminocidos.

Problema 7. Para las siguientes mezclas de aminocidos, prediga usted la direccin y la velocidadrelativa de migracin de cada componente:

(a)valina, cido glutmico e histidina a pH= 7.6(b)glicina, fenilalanina y serina a pH= 5.7(c)glicina, fenilalanina y serina a pH= 5.5(d)glicina, fenilalanina y serina a pH= 6.0

Problema 8. La glicina, al igual que la alanina tiene un punto isoelctrico de 6.0. Trace estructuras delas formas predominantes de la glicina a pH= 2.0, 6.0 y 10.0.

Problema 9. Cmo podra explicar el hecho de que el triptofano tenga menor punto isoelctrico quela histidina, pese a que ambos tienen tomos de nitrgeno en el anillo de cinco miembros? Cualnitrgeno del anillo de cinco miembros de la histidina es ms bsico?

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Un aminocido reacciona con dos equivalentes del hidrato de ninhidrina, para dar el prpura deRuhemann, un producto azul-violeta. Esta reaccin se emplea como ensayo para detectar la presenciade aminocidos en una muestra desconocida.

O

O

OH

OH

O

O

O

OH2

O

O-

NH3+

R

+

O

R

H

CO2 OH2

O

O

N

O-

O

+ + +

ninhidrina

prpura de Ruhemann.

Si se conocen los valores exactos de pKa para los sitios cidos de un aminocido, se puede calcular losporcentajes de las formas protonadas, neutra y desprotonadas en una solucin a un pH dado utilizandola estuacin de Henderson-Hasselbalch:

pH pKa = log [A-][HA]

pH = pKa + log [A-][HA]

Para ver como se utiliza la ecuacin de Henderson-Hasselbalch, encontremos las especies que estnpresentes en una solucin 1M de alanina a pH= 9.00. de acuerdo a los valores antes mencionados, laalanina protonada tiene un pKa1 de 2.34, y la alanina neutra tiene un pKa2 de 9.69:

16

CH3

O-CH3OH

ONH3

+ONH3

+

+OH

2OH

3

O

O-

NH3

CH3

+O

O-

NH2

CH3

OH2

OH3

+

+ +

pKa1= 2.34

+ + pKa2= 9.69


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Como el pH de nuestra solucin est mucho ms cerca del pKa2 que del pKa1, necesitamos usar pKa2para nuestros clculos. De acuerdo a la ecuacin de Henderson-Hasselbalch, tenemos:

log [A-] = pH pKa = 9.0 9.69 = - 0.69[HA]

De tal modo que [A-] = antilog (-0.69) = 0.20[HA]

Adems, sabemos que: [A-] + [HA] = 100% (1.0 M)

[HA]= 83% y [A-] = 17%

Se pueden efectuar clculos similares a otro pH, con lo que se llega a la curva de titulacin siguiente:

Problema 10. La Treonina tiene un pKa1 = 2.1 y un pKa2 = 9.1. Utilice la ecuacin de Henderson-Hasselbalch para calcular la proporcin de formas protonadas y desprotonadas a pH= 1.5 y pH = 10.0.

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SNTESIS DE AMINOCIDOS.

1. Sntesis de Strecker.

aldehdo -aminonitrilo -aminocido

O

H NH2

O

OH

NH2

C N

NH4Cl / KCN

H2O

H3O+

Fenilacetaldehdo -aminonitrilo (R,S)-fenilalanina (53%)

Problema 11. El aminocido poco comn conocido como L-Dopa (3,4-dihidroxifenilalanina) es unfrmaco til contra el mal de Parkinson. Indique cmo podra sintetizarse a partir de 3,4-dihidroxifenilacetaldehdo.

2. Aminacin de cidos -halogenados.Uno de los mtodos ms antiguos comienza con la -bromacin de un cido carboxlico por

tratamiento con Br2 y PBr3 (La reaccin de Hell-Volhard-Zelinsky). La sustitucin del -bromo cidocon amoniaco produce un -aminocido.

(R,S)-leucina 45%cido 2-bromo-4-metilpentanico

cido 4-metilpentanico

Problema 12. Indique como podran obtenerse los siguientes aminocidos a partir de los cidoscarboxlicos apropiados:

(a)Valina(b)Fenilalanina(c)Alanina(d)Serina

18


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3. Sntesis de Gabriel.Glicina

Cloroacetato de etiloFtalimidapotsica

cido ftlicoGlicina

85%

Fenilalanina

O

O O

O

CH3

CH3

Br Br

CCl4

O

O O

O

CH3

CH3

Br

N-

O

O

K+

N

O

O

CH

CO2C2H5

CO2C2H5

N

O

O

C

(CO2C2H5)2

1) NaOEt / EtOH

2) C6H5CH2Cl

H3O+

calor

malonato de dietilo

DMF

N

O

O

CH

O

OH

KOH / H2O

o NH2NH2

O

NH2

OH

Fenilalanina cido Glutmico

19


20/55

N

O

O

CH

CO2C2H5

CO2C2H5

N

O

O

C

(CO2C2H5)2

CH2CH2CO2C2H51) NaOEt / EtOH

2) CH2=CHCO2C2H5

H3O+

calor

N

O

O

CH

CH2CH2CO2C2H5

O

OH

KOH / H2O

o NH2NH2

OO

OH

NH2

OH

4. Sntesis del amidomalonato

3 EtOH + CO2 + CH3COOH

cido (R,S)-asprtico(55%)

Acetamidomalonatode dietilo

Problema 13. Indique los halogenuros de alquilo necesarios para producir los siguientes -aminocidos por el mtodo de sntesis amidomalnica.(a) leucina (b) Histidina (c) Triptofano (d) Metionina

Problema 14. La serina puede sintetizarse por una simple variacin del mtodo amidomalnicoutilizando formaldehdo en vez de halogenuro de alquilo. Cmo podra lograrse esto?

5. Aminacin reductiva de -cetocidos: Biosntesis.

O

OH

O

O

OH

L-glutamatodeshidrogenasa

OO

OH

NH2

OH+

cido--cetoglutrico.cido glutmico

NH3

NADH

CH3

O

OH

O O

OHNH2

CH3NH3

NaBH4

20


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cido pirvico (R,S)-Alanina

Problema 15. Proponga una sntesis para cada uno de los siguientes aminocidos partiendo delmalonato de dietilo: Valina, Metionina y cido asprtico.

Problema 16. La prolina puede prepararse por una secuencia que utiliza ftalimida, malonato de dietiloy 1,3-dibromopropano. Indique los pasos de esta sntesis.

Sntesis Enantioselectiva de aminocidos.

La sntesis de -aminocidos a partir de un precursor aquiral por cualquiera de los mtodos descritosproduce una mezcla racmica (una mezcla racmica en partes iguales de enantimerosR y S).Existen dos mtodos para obtener aminocidos enantomricamente puros. Una manera consiste enresolver la mezcla racmica en sus enantimeros puros. Sin embargo un mtodo mejor consiste en usar

una sntesis enantioselectivapara preparar directamente slo el enantimero S deseado.Resolucin de aminocidosR, S.

La resolucin puede hacerse al convertir el aminocido en su amida y permitiendo que el aminocidoracmico intervenga en una reaccin cido-base con un solo enantimero de una amina quiral. Seforman dos sales diasteromricas que luego se separan y se vuelven a convertir en el aminocido porhidrlisis del grupo amida.

Mezcla de salesdiasteromricas

Mezcla deenantimeros de

aminocidos


aminocidos

Las enzimas catalizan selectivamente la hidrlisis de amidas formadas de L-aminocidos (S).

21

AminocidoRAminocido SMezcla de

enantimeros deaminocidos


aminocidos


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Se utiliza una aminoacilasa obtenida de rion de cerdo.

Sntesis enantioselectiva de aminocidos.

Se utiliza un catalizador en una reaccin quiral que contenga temporalmente una molcula de sustratoen un ambiente asimtrico. Mientras se encuentra en este ambiente, el sustrato puede estar ms abiertoa reaccionar de un lado que en el otro, lo que lleva a un exceso del producto enantiomrico sobre el

otro.

William Knowles descubri hace algunos aos que los -aminocidos pueden prepararseenantioselectivamente mediante la hidrogenacin de un cido Z enamido con un catalizador dehidrogenacin quiral.

cido Z enamido S-fenilalanina 98.7%

El catalizador ms efectivo para la sntesis enantioselectiva son los complejos de coordinacin deRodio (I) con ciclooctadieno (COD) y una difosfina quiral como el (R,R)-1,2-bis(o-anisilfenilfosfonio)etano, el llamado ligando DiPAMP.

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23/55

PPTIDOS Y PROTENAS.

Las protenas y los pptidos son polmeros de aminocidos en los cuales las unidades individuales deaminocidos, llamados residuos, estn unidas mediante enlaces amida, o uniones peptdicas.

Alanina (Ala)

Alanilserina (Ala-Ser)

Serina (Ser)

Aminocido N terminal Aminocido C terminal

La larga secuencia repetida de enlaces peptdicos forman una cadena, la estructura primaria oesqueleto de las protenas. Por convencion siempre se escriben los pptidos con el aminocido N-terminal a la izquierda y el aminocido C-terminal a la derecha. El nombre del pptido se indicautilizando las abreviaturas para cada aminocido.

23


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Bradiquinina

H-Arg-Pro-Pro-Gly-Phe-Ser-Pro-Phe-Arg-OH

R-P-P-G-F-S-P-F-R

Problema 17. Nombre los seis posibles tripptidos isomricos con valina, tirosina y glicina. Utilice lanotacin corta de tres letras para cada aminocido.

Problema 18. Trace la estructura completa de H-Met-Pro-Val-Gli-His-OH

ENLACE COVALENTE EN LOS PPTIDOS.

Consecuencias de la resonancia: Estabilidad del enlace Menor basicidad del tomo de nitrgeno Rotacin restringida del enlace C-N (carcter de doble enlace)

Configuracin Trans.

24


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En los pptidos se encuentra un segundo tipo de uniones covalentes cuando se forma un enlacedisulfuro RS-SR entre dos redisuos de Cisterna. El enlace disulfuro se forma con facilidad por mediode la oxidacin suave de los tioles RSH y se rompen con facilidad mediante una reduccin suave.

Csteina

Oxidacin

moderada

Cistina

Oxidacin moderada de tioles con Bromo.

R SH

OH-

OH2

R S- Br Br

R S

Br

RS-

R

S

S

R

Los enlaces disulfuro contribuyen a la forma (estructura) de un polipptido.

Oxitocina

25


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DETERMINACIN DE LA ESTRUCTURA DE LOS PPTIDO:ANLISIS DE LOS AMINOCIDOS

Cules aminocidos estn presentes? Cuntos hay de cada uno? Cul es la secuencia de

aminocidos de la cadena peptdica?Las respuestas a las dos primeras preguntas se obtienen con un Analizador de aminocidos.

William Stein y Standford Moore.

Mezcla equimolecular

Estndar de 17 -aminocidos.

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DETERMINACIN DE LA SECUENCIA DE UN PPTIDO.

1.- Hidrlisis de los enlaces disulfuro RS-SR con cido perfrmico.

2.- Hidrlisis del pptido con HCl 6M por 24 horas.3.- Analizador de aminocidos.

2-mercaptoetanol

cido iodoactico

27


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cido cisteico

cido cisteico

DETERMINACIN DE LA SECUENCIA DE AMINOCIDOS EN PPTIDOS:

DETERMINACIN DE RESIDUOS N-TERMINALES.

DEGRADACIN DE EDMAN.

Isocianato de feniloReactivo de Edman

pptido sin el amino cidoN-terminal or iginalderivado de

tiazolinona

28


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La transposicin de la anilinotiazolinona en medio cido acuosoproduce el derivado finalN-feniltiohidantoina (PTH).

PTH se identifica porcromatografa

Los pptidos de cadena acortada se vuelven a someter en forma automtica a otro ciclo de laDegradacin de Edman.La determinacin de la secuencia completa de protenas por este mtodo es poco prctica a causa de laformacin de subproductos indeseables que limita el mtodo a un mximo de 50 ciclos.

MTODO DE SANGER

N-aminocidos

2,4-dinitrofluorobenceno(DNFB)

polipptido

Poli tido marcado

29

Mezcla deresto de

aminocidos

Aminocido N-terminalmarcado.

Separado e identificado


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El mtodo de Sanger no es tan utilizado como el de Edman.

Dadas las limitaciones de los mtodos de Edman y Sanger; primero se rompe una cadena peptdicalarga por medio de una hidrlisis parcial en varios fragmentos ms pequeos, se determina lasecuencia de cada fragmento y stos se ajustan haciendo coincidir los extremos que se traslapan.

HIDRLISIS ENZIMTICAS.

Enzima Especificidad

Tripsina hidrlisis carboxilo de aminocidos bsicos: Arginina y Lisina.Quimiotripsina hidrlisis carboxilo de aminocidos arilo: Fenilalanina, Tirosina y Triptofano.Elastasa hidrlisis carboxilo de aminocidos pequeos: Glicina y alanina.

Carboxipeptidasa A Remueve el aminocido C-terminalCarboxipeptidasa B Remueve los aminocidos C-terminal Arginina y Lisina solamente.

Val Phe Leu Met Tyr Pro Gly Trp Cys Glu Asp Ile Lys Ser Arg His

Quimiotripsina rompe estos enlaces Tripsina rompe estos enlaces.

HIDRLISIS PARCIAL

1. Un anlisis de los aminocidos de la angiotensina II revelara la presencia de ocho aminocidosdiferentes: Arg, Asp, His, Ile, Fen, Pro, Tir y Val en cantidades equimoleculares.

2. Un anlisis de extremos N-terminales por el mtodo de Edman indicara que la angiotensina IItiene un residuo de cido asprtico en el extremo N-terminal.

3. La hidrlisis parcial de la angiotensina II con cido clorhdrico diluido producira los siguientesfragmentos, cuya secuencia puede ser determinada por Degradacin de Edman:

a. H-Asp-Arg-Val-OHb. H-Ile-His-Pro-OHc. H-Arg-Val-Tir-OHd. H-Pro-Fen-OHe. H-Val-Tir-Ile-OH

30


31/55

4. Traslapando las regiones que se superponen de los fragmentos se obtiene la secuencia completa de

aminocidos en la angiotensina II:

a. H-Asp-Arg-Val-OH

c. H-Arg-Val-Tir-OHe. H-Val-Tir-Ile-OHb. H-Ile-His-Pro-OHd. H-Pro-Fen-OH

H-Asp-Arg-Val-Tir-Ile-His-Pro-Fen-OH

Problema 19. Cual es la estructura de un pentapptido que da los siguientes tripptidos cuando sehidroliza parcialmente?

Gli-glu-arg, glu-arg-gli, arg-gli-fen

Problema 20. Qu fragmentos resultaran si se rompiera la Angiotensina II con tripsina en un caso, ycon quimiotripsina en otro?.

Problema 21. Dibuje la estructura del derivado PTH que se puede formar por la degradacin deEdman de la Angiotensina II.

Problema 22. Indique la secuencia de los hexapptidos que producen los siguientes fragmentos porhidrlisis parcial con cido:

(a)Arg,Gli,Ile,Leu,Pro,Val forman H-Pro-Leu-Gli-OH, H-Arg-Pro-OH, H-Gli-Ile-Val-OH

(b)Asp,Leu,Met,Trp, Val2 forman H-Val-Leu-OH, H-Val-Met-Trp-OH, H-Trp-Asp-Val-OH

DETERMINACIN DE RESIDUOS C-TERMINALES.

carboxipeptidasa

31


32/55

Problema 23. Se encuentra que un hexapptido con la composicin Arg, Gli, Leu, Pro tiene prolina enlos extremos C y N. La hidrlisis parcial produce los siguientes fragmentos:

H-Gli-Pro-Arg-OH H-Arg-Pro-OH H-Pro-Leu-Gli-OH

roblema 2 eu,la, y Fen p

l bromuro de ciangeno hidroliza el enlace peptdico de la Metionina.

H Ala Lys Phe Asp Met Val Arg Trp OH

Mecanismo de la hidrlisis del enlace

Cul es la estructura del hexapptido?

P 4. Proponga dos estructuras para un tripptido que por hidrlisis se descompone en Lero que no reacciona con carboxipeptidasa ni con fenilisotiocianato.A

E

BrCN rompe este enlace.

peptdico por bromuro de ciangeno.

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33/55

SNTESIS DE PPTIDOS.

Aunque las amidas simples suelen formarse por la reaccin entre aminas y cloruros de cidos, lasntesis de los pptidos es ms difcil porque se deben de formar muchos enlaces amida diferentes en

orden especfico y no aleatoriamente.

2 sitios de unin + 2 sitios de unin = 4 productos distintos.

La solucin al problema de la especificidad es la proteccin.

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Proteccin

NH2

1. Formacin dela amida

2. Desproteccin

Alanina

Proteccin

COOH

O

OR

O

OCl

O

CH3

R

O CH3

CH3

OCH

3

CH3

CH3

O CH3

CH3

3

O O OCH

OCH

3

CN

R

O CH3

OCH

3

CN

Cl

O CH3

OO

Leucina

GRUPOS PROTECTORES EN L NTESIS DE PPTIDOS.

Nombre Abreviatura Reactivo Eliminacin

Grupos Protectores de aminas.

enciloxicarbonilo Z- , CBZ- H2 / Pd-CHBr, HF, HCl

rt-Butoxicarbonilo Boc- CF COOH

H gasBF3 / Et2O / THF

iano-t-butoxicarbonilo Cyoc- NaOH / THF

A S

Estructura

B

te 3

Cl

C

34


35/55

9

S

O

R

O

CH3

S

O

O

CH3

Cl

-Fluorenilmetoxicarbonil Fmoc- Piperidina

-Toluensulfonilo Tos- Na / NH3

rupos protectores de cid

X H3O

reparacin de Carbamatos para proteccin del grupo amino.

p

G os carboxlicos.

Ester RO- ROH / H+ H2O / NaOH+ - +R3O

P

carbamato

O

+

O

O

O

O

NH

O

O

CH3

O

NH2

OH

O

OCl

O

O

O

OH

NH

OH

NH2- HCl

O

+

el Cl2C=O y C6H5CH2OH Glicina Glicina-CBZd

O

O

OCl CH3

ZBC OHNH

O

+- HCl

ZBC

O

ONH

O

CH3

grupo ster activadoGlicina protegida Cloroformiato de etilo

35


36/55

fenilalanina

Gly-Phe con el grupo amino protegido

liminacin del grupo protector carbamatoE

O

O

O

NH

NH

O

OH

H2, Pd / CCH3

CO2O

NH

NH2

O

OH

r-butoxicarbonilamida (BOC)

Fluorenilmetoxcarbonilamida

te

Alanina dicarbonato de di-ter-butilo BOC-Ala

cloroformiato de9-fluorenilmetilo

aminocido. (cadenalateral protegida si esnecesario

aminocido- FMocprotegido (estable en cidos)

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(Grupo 9-fluorenilmetoxicarbonilo)

Desproteccin. (ruptura del grupo FMoc)

productosecundariopiperidina aminocido libre

Proteccin del grupo carboxilo de un aminocido por formacin de un ster.

FORMACIN DEL ENLAC PEPTDICO.

Leucinato de metilo

Leucina Leucina

Leucinato de bencilo

Cloroformiato de bencilo

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Anhdrido mixto de Ala-CBZ

L COOH).

) Carbonildiimidazol (CDI)

EL USO DE AGENTES ACOPLANTES (ACTIVANTES DEa

O

OH

NH-protegido

R

++

calor

N N N

N

O CO2

N NH

O

O

NH2

R1

CH3

O

NH

NH-protegido

R O

O

R1

CH3

b) Diciclohexilcarbodiimida (DCC)

+ +

calor

N C NNH

C

NH

O

O

O

NH2

R1

CH3

O

OH

NH-protegido

O

NH

NH-protegido

R O

O

R1

R

CH3

38


39/55

c) N-(3-dimetilaminopropil)-N-etilcarbodiimida. (EDCI EDAC)

+

+calor

N

N C

CH3

N

CH3

CH3

N NH

C

CH3

NH

CH3

CH3

O

O

OH

NH-protegido

R

O

O

NH2

R1

CH3

O

NH

NH-protegido

R O

O

R1

CH3

d) Hexafluorofosfato de (benzotriazol-1-il-oxi)tripirrolidinfosfonio. (PyBOP)

O

OH

R

NH

protegido

+

calor

N

N

N

O

P+

N

NN

P-

F

F

F

FF

F

O

O

R

NH2CH3

O

NH

R

NH

protegido

O

O

R

CH3

Resumen de 5 pasos para la sntesis de H-Ala-Leu-OH

. Proteger el grupo amino de la leucina como su derivado BOC

OC-Ala-OH

2. Proteger el grupo carbonilo de la leucina como su ster metlico

1

H-Ala-OH + bicarbonato de di-tert-butilo B

39


40/55

40

H-Leu-OH + CH3OH H-Leu-OCH33. Acoplar los dos aminocidos protegidos usando DCC

BOC-Ala-OH + H-Leu-OCH3 BOC-Ala-Leu-OCH3

4. Retirar el grupo protector BOC por tratamiento cido

BOC-Ala-Leu-OCH3 + CF3COOH H-Ala-Leu-OCH35. Retirar el ster metlico por hidrlisis bsica:

H-Ala-Leu-OCH3 + NaOH / H2O H-Ala-Leu-OH

roblema 25. Indique el mecanismo de la formacin de un derivado BOC para la reaccin de Tirosina

Problema delanina y leucina.

roblema 27. Cmo podran prepararse los siguientes tripptidos?

(a) H-Leu-Ala-Gli-OH

(c) H-Ala-Gli-Leu-OH

P

con bicarbonato de di-ter-butilo.26. Escriba los cinco pasos que se requieren para la sntesis de H-Leu-Ala-OH a partir

a

P

(b) H-Gli-Leu-Ala-OH

cadena A21 aminocidos

cadena B30 aminocidos

insulina


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La ina r dos cadenas que suman un total de 51 aminocidos unidos pos dospuentes disulfuro. Frederick Sanger determin su estructura y recibi el premio Nobel en Qumica en

958 por su trabajo.

SNTESIS DE PPTIDOS AUTOMATIZADA:TCNICA DE FASE SLIDA DE MERREFIELD.

La sntesis de pptidos se efecta sobre esferas slidas de poliestireno, preparado de un modo tal quepor cada 100 anillos de benceno uno lleve un grupo clorometilo:

insul esta compuesta po

1

CH

CH3

CH3

CH2 HC CH2 CH CH2 CH CH2 CH

CH3

CH3

Cl Cl

Sntesis de un tripptido utilizando la Fase slida de Merrifield.

Aminocido N-protegido

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2 Aminocido N-protegido 2 Aminocido N-protegidoy COOH activado

Dipptidoprotegido

Dipptido-Resina

3 AminocidoN-protegido y

COOHactivado

3 Aminocido N-protegido

Tripptido protegido

42


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Tripptido-Resina

Tripptido libre

polmero

Problerande. La preparacin de un decapptido puede implicar de 30 a 40 reacciones qumicas. Suponiendoue cada paso pueda realizar to del 90%, calcule el rendimiento global de unacuencia de 40 pasos.

PROTENAS.

9 Estructura primaria y secundaria9 Estructura terciari9 Clasificacin y funciones de protenas9 Enzimas9 Desnaturalizacin de protenas

ESTRUCTURA PRIMARIA.

e refiere a la secuencia en la que estn unidos los aminocidos.

ma 28. La importancia del rendimiento en cada paso de la sntesis de un pptido es muygq se con un rendimiense

a y cuaternaria

S

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Estructura primaria de la bradiquinina:

ly-Phe-Ser-Pro-Phe-Arg-OH

OXITOCINA

VASOPRESINA

H-Arg-Pro-Pro-G

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ESTRUCTRURA SECUNDARIA.

s la orientacin relativa de los tomos delesqueleto (backbone): tomos que forman ennlace peptdico.

epende de:La regin planar en cada enlace peptdico.La formacin de puentes de hidrgeno.Separacin adecuada de grupos R (cadenaslaterales de los aminocidos)

HELICE ALFA ada oxgeno est unido con un puente de hidrgeno al amino cido del siguiente giro de la hlice.

(Prolina rompe las hlices alfa)

EeD

C

45


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Vista lateral vista superior

ada carbonilo en un enlace peptdico est unido con un puente de hidrgeno al grupo H-N de unmino cido de una cadena adyacente.

HOJA PLEGADA (LMINA) BETA Ca

46


47/55

Dos o ms cadenas peptdicas pueden alinearse formando la lmina

rientacin de los puentes de hidrgeno en las lminas Beta O

47


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Tipos de Laminas Beta

ESTRUCTURA TERCIARIA.

48


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Describe el enrollamiento de toda la protena en una forma tridimensional (3D).

Factores que determinan la estructura terciaria: Interacciones hidrfobos de las cadenas laterales. Puentes disulfuro. Puentes de hidrgeno. Grupos prostticos.

Puede haber combinaciones de Hlices y lminas .

ESTRUCTURA CUATERNARIA.

49


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Describe como se unen las molculas de protenas diferentes en grandes estructuras agregadas.

CLASIFICACIN DE LAS PROTENAS (COMPOSICIN)

Protenas simples Constituidas nicamente por amino cidos

Protenas conjugadasConstituidas por amino cidos y otros compuestos. Glicoprotenas (carbohidratos) Lipopoprotenas (grasas) Nucleoprotenas (cido ribonucleico) Fosfoprotenas (steres de fosfato) Metaloprotenas (hierro)

PROTENAS CONJUGADAS:

Globulina (glicoprotena) Interfern (glicoprotena) Casena (fosfoprotena) Ferritina (metaloprotena) Hemoglobina (metaloprotena)

CLASES CONFORMACIONALES DE PROTINAS.

50


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Protenas fibrosas (insolubles)

Colgeno: tejido conectivo, tendones Queratina: cabello, uas, piel Elastina: tejido conectivo elstico

Protenas globulares (solubles) Insulina: hormona reguladora del metabolismo de la glucosa Mioglobina: transporte de oxgeno Ribonucleasa: controla la sntesis del RNA

ALGUNAS FUNCIONES BIOLGICAS DE LAS PROTENAS.

Enzimas (catalizadores biolgicos) Hormonas (insulina) Protenas protectoras (anticuerpos) Protenas de almacenamiento (casena)

Protenas estructurales (queratina, elastina) Protenas de transporte (hemoglobina)

ENZIMAS.

Casi todas son globulares Algunas son conjugadas:

La parte no proteica se llama cofactor La parte proteica se llama apoenzima Cofactor + apoenzima = holoenzima

Son especficas

Posible mecanismo de accin de la quimiotripsina.

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Posible mecanismo de accin de la tripsina.

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DESNATURALIZACIN DE LAS PROTENAS.

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Es la alteracin de la estructura terciaria. La estructura primaria no se altera.

ESTRUCTURAS DE PROTENAS EN INTERNET.

Protein Data Bankhttp://www.rcsb.org/pdb/

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Problema 29. se cree que la descarboxilacin de los -cetocidos catalizada por tiamina se inicia conla eliminacin de un tomo de hidrgeno cido del anillo de tiazol de la tiamina.

N+

S

CH3

H

CH3

CH3

N+

C- S

CH3

CH3

CH3

H+

+

a. Por qu es cido este hidrgeno?

N+

S

CH3

CH3

CH3

C

CH3

OHH

b. Proponga un mecanismo para la descarboxilacin del cido pirvico (CH3COCO2H) mediantetiamina. Se sabe que el intermedio final es la especie A.

A =

La vitamina cido lipoico es una coenzima en la conversin de A y CoA en acetil coenzima A.indique de que manera el intermedio A puede justificar la formacin de acetil coenzima A a partir delpiruvato inicial.

S

S

(CH2)4 CO2H

Unidad 2 Aminoacidos, Peptidos y Proteinas 1887

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