Estructura y clasificación de aminoácidos

Propiedades ácido-base de los aminoácidos

El enlace peptídico, estructura y propiedades

Niveles estructurales de las proteínas (primaria,

secundaria, terciaria y cuaternaria)

Fuerzas de estabilización de las estructuras

secundaria, terciaria y cuaternaria

Función de las proteínas: estructural y reguladoras

(enzimas y hormonas)

La clave de la estructura de los miles de

proteínas diferentes, se encuentra en unas

subunidades monoméricas simples.

Todas las proteínas están construidas a partir

del mismo conjunto de 20 aminoácidos

unidos de forma covalente en secuencias

lineales características.

Proteína de la leche

Plumas

Cuernos de rinoceronte

20

aminoácidos

estándar

Telarañas

Enzimas Hormonas

Transportadores

Antibióticos

Anticuerpos

Venenos de hongos

Cristalino del ojo

Los 20 aminoácidos son -aminoácidos

Átomo de carbono

Grupo carboxilo

Átomo de hidrógeno

Grupo de cadena lateral

Grupo amino

SEMEJANZAS

• Grupo amino –NH2

• Grupo carboxilo –COOH • Hidrógeno • Carbono α

DIFERENCIAS

• El grupo R es el que diferencia a los aminoácidos entre sí.

Varían en estructura, tamaño y carga eléctrica, lo que influye en su grado de solubilidad en agua.

La mayoría de los -

Aminoácidos son Quirales • En todos los aminoácidos estándar excepto la glicina, el

carbono está unido a cuatro grupos diferentes y es

tetraédrico.

• El átomo de carbono es por lo tanto un centro quiral, por

consiguiente los aminoácidos pueden aparecer en forma

de 2 estereoisómeros.

Se pueden presentar en

forma L y D de acuerdo

a la posición del grupo

amino.

*Los aminoácidos L son

los más abundantes en

las proteínas.

AMINOÁCIDOS ESTÁNDAR

OTROS AMINOÁCIDOS

Son muchos pero se encuentran con menor frecuencia

A LOS AMINOÁCIDOS ESTÁNDAR SE LES HA ASIGNADO ABREVIATURAS DE

TRES LETRAS Y SÍMBOLOS DE UNA LETRA, QUE SE UTILIZAN PARA INDICAR

DE UNA MANERA ABREVIADA LA COMPOSICIÓN Y SECUENCIA DE

AMINOÁCIDOS POLIMERIZADOS EN LAS PROTEÍNAS.

El código de tres letras consiste generalmente en las tres primeras letras del nombre del aminoácido

• Los aminoácidos estándar pueden agruparse

en 5 grupos básicos en función de los

sustituyentes en R:

• Apolares, alifáticos (7)

• Aromáticos (3)

• Polares, sin carga (5)

• Cargados Positivamente (3)

• Cargados Negativamente (2)

Las cadenas laterales

de este grupo son

Hidrofóbicas

Las cadenas laterales de estos aa absorben luz UV a 270-280 nm

Las cadenas laterales de estos

a.a. pueden formar enlaces H.

La cisteína puede formar

enlaces disulfuro

Convenciones para identificar los carbonos

dentro de un aminoácido

1. Una práctica, numerando a partir del C-1

2. Los carbonos adicionales de un grupo R se

designan comúnmente , , , , etc. empezando

siempre a partir del carbono

Son aminoácidos modificados a partir de los aa. estándar.

• Derivado de la prolina. Se encuentra en paredes celulares de plantas y en el colágeno

4-hidroxiprolina

• Derivada de la lisina, se encuentra en el colágeno

5-hidroxilisina

•Constituyente de la miosina, una proteína

contráctil del músculo

6-N-metil-lisina

• Está en la proteína protombina que interviene en la coagulación de la sangre

-carboxiglutamato

• Es un derivado de 4 residuos diferentes de Lys y se encuentra en la proteína fibrosa elastina

desmosina

• Proviene de la serina; se encuentra en unas pocas proteínas

selenocisteína

•Son intermediarios CLAVE (metabolitos) en la

biosíntesis de la arginina y en el ciclo de la

urea.

Ornitina

• NO SE ENCUENTRAN EN PROTEÍNAS

Citrulina

MODIFICACIONES REVERSIBLES DE

AMINOÁCIDOS IMPLICADAS EN LA

REGULACIÓN DE LA ACTIVIDAD DE

PROTEÍNAS

Son aminoácidos modificados a partir de los

aa. estándar.

No son incorporados por los ribosomas

Se generan por modificaciones posteriores a la

traducción de las proteínas

De las modificaciones reversibles, la fosforilación

es importante en la regulación y señalización

Ionización de los Aminoácidos

Los grupos carboxilo y amino de los aminoácidos junto con los grupos ionizables R de algunos aminoácidos, actúan como ácidos y bases débiles.

A pH neutro, el grupo carboxilo está desprotonado y el grupo amino está protonado. La carga neta es cero; estos iones se denominan Zwitterions

Las sustancias con esta naturaleza dual (ácido-base) son anfóteras y se les llama anfolitos.

*La estructura real del aminoácido es iónica y depende

del pH

Grupo carboxílico

pierde un protón

El grupo amino se protona

A esta estructura se le denomia Ión dipolar o

Zwitterión

Carboxilato

Ión amonio *La estructura real del aminoácido es iónica y depende

del pH

Estructura neutra Ión dipolar

Componente minoritario Componente mayoritario

A pH neutro

Donador protones

Aceptor protones

• Un -aminoácido sencillo monoamínico y monocarboxílico como la alanina (Ala), es un

ácido diprótico cuando está totalmente

protonado; tiene dos grupos, el grupo -COOH y

el grupo –NH3+ , que pueden liberar protones:

CARGA

NETA

La titulación ácido-base implica

la adición o eliminación gradual

de protones.

Curva de titulación de 0.1M de glicina

A pH muy bajo, la especie iónica

predominante de la glicina es A,

o sea, la forma totalmente protonada

A B C En el punto medio de la primera etapa

de la titulación, el grupo –COOH de la

la glicina pierde su protón y se encuentran

concentraciones equimolares del dador

de protones (A) y del aceptor de protones

(B). En el punto medio de cualquier titulación

el pH es igual al pKa (pK1) ; para la glicina

el pH=2.34

A medida que avanza la titulación se

Alcanza otro punto importante a pH 5.97 aquí hay otro punto de inflexión en el que

la eliminación del primer protón es casi

completa y se ha iniciado la del segundo.

A este pH la glicina se encuentra como

ión dipolar (zwitterion)

La segunda etapa de la titulación corresponde

a la eliminación de un protón del grupo –NH3+

de la glicina; el pH en el punto medio de esta

etapa es 9.60 igual al pKa (pK2) del grupo –NH3+

La titulación es prácticamente completa a pH12

En donde la forma predominante es (C)

En solución ácida –COO-

se protona y se obtiene –COOH= carga total positiva

Al aumentar el pH el grupo –

COOH pierde su proton a pH=2

pKa1 (primera constante de disociación)

Sigue aumentando el pH y el –NH3

+ pierde su protón a pH entre 9 y 10

pKa2, por encima de este pH tiene una

carga total negativa

1. Da una medida cuantitativa del pKa de cada uno de los grupos ionizables:

2.34 para el –COOH

9.36 para el –NH3+

2. La glicina tiene 2 regiones con capacidad amortiguadora

3. Hay una relación entre su carga eléctrica neta y el pH de la disolución.

DE LA CURVA DE TITULACIÓN DE LA GLICINA, SE PUEDE DEDUCIR LO SIGUIENTE:

• Las formas Zwitterion predominan a valores de pH entre los valores de

pKa de los grupos amino y carboxilo.

• El pH característico en donde la carga neta es cero, se denomina punto

isoeléctrico o pH isoeléctrico, designado como pI

• Para aminoácidos sin cadenas laterales (R) ionizables, el punto

isoeléctrico (punto de equivalencia, pI) es

• En este punto,

– AA es menos soluble en agua

– AA no migra en un campo eléctrico

2

21 pKpKpI

Efecto del entorno químico en el pKa

Grupos amino y carboxilo

simples sustituidos por metil

Grupos amino y carboxilo

en la glicina

Los valores de pKa para los grupos ionizables en la Gli son menores que los

econtrados en los grupos amino y carboxilos sustituídos por un grupo metilo.

Estas perturbaciones a la baja del pKa se deben a interacciones intramoleculares. Efectos similares pueden ser causados por grupos químicos que se posicionan cerca

de , por ejemplo, el sitio activo de una enzima.

El ambiente químico afecta los

valores de pKa

El grupo -carboxi es mucho más acídico que en

los ácidos carboxílicos

El grupo -amino es ligeramente menos básico

que en las aminas

AA con cadenas laterales ionizables pueden

aparecer en las curvas de titulación

AA con cadenas laterales ionizables pueden

aparecer en las curvas de titulación

• Las cadenas laterales ionizables (R) también

son titulables

• Las curvas de titulación son más complejas, con

tres etapas correspondientes a los tres pasos de

ionización posibles

¿Por qué el valor de pKa de la cadena lateral

(R) es mucho más alto?

Calcule el pI del glutamato y de la histidina

¿Cómo se calcula el pI cuando

la cadena lateral (R) es ionizable?

• Identifique las especies que tienen carga neta= 0

• Identifique el valor de pKa que define la fuerza

acídica de este zwitterion: (pK2)

• Identifique el valor de pKa que define la fuerza

base de este zwitterion: (pKR)

• Obtenga el promedio de estos dos valores de pKa

Estructura y clasificación de aminoácidos

Propiedades ácido-base de los aminoácidos

El enlace peptídico, estructura y propiedades

Niveles estructurales de las proteínas (primaria,

secundaria, terciaria y cuaternaria)

Fuerzas de estabilización de las estructuras

secundaria, terciaria y cuaternaria

Función de las proteínas: estructural y reguladoras

(enzimas y hormonas)

Enlace ENLACE amida sustituido = PEPTÍDICO

DIPÉPTIDO

AA 1

AA 2

AA 3

TRIPÉPTIDO

AA 1

AA 2

AA3

AA 4

TETRAPÉPTIDO

AA 1

AA 2

AA3

AA 4

AA 5

PENTAPÉPTIDO

O

L

I

G

O

P

É

P

T

I

D

O

S

AA 4

AA 3

AA 1

AA 2

AA 5

AA 7

AA 1

AA 6

. AA n

POLIPÉPTIDO

PROTEÍNA

4-10 AA

1. Se comienza por el extremo amino o N-terminal.

2. A los residuos de los aminoácidos implicados se le añade el sufijo –il de los grupos acilo.

3. El nombre del último aminoácido se mantiene igual.

ESTRUCTURA DE UN PENTAPÉPTIDO

Extremo

carboxilo

Terminal

o

C-terminal

Extremo amino

Terminal

o

N-terminal Serilglicil tirosilalanil-leucina

Ser-Gly- Tyr-Ala-Leu

SGYAL

Los péptidos pueden distinguirse por

su comportamiento de ionización

Alanilglutamilglicil-lisina

Tetrapéptido

-un grupo -amino libre

- un grupo -carboxilo libre

- dos grupos R ionizables

Al igual que los aa, los péptidos

Tienen curvas de titulación características

pH isoeléctricos (pI) característicos

No se puede hacer una generalización entre las masas moleculares

de los péptidos y proteínas biológicamente activos en relación

con su función.

La longitud de los péptidos naturales varía desde 2 aa y muchos miles

de residuos.

Aún los péptidos más pequeños pueden tener funciones biológicas

importantes.

Dipéptido sintético comercial.

Es un edulcorante artificial conocido

Como aspartame o Nutrasweet.

Péptidos

Neuro-péptidos

Hormonas y

feromonas

Protección

(toxinas)

Antibióticos

Insulina

Oxitocina

Péptido sexual

Sustancia P (mediador del dolor)

Polimixín B (para bacterias

Gram -)

Bacitracín (para bacterias

Gram +)

Amanitina-- en hongos o setas

Conotoxina--en concha del caracol

Clorotoxina—en escorpiones