Aminoácidos y Proteínas
2º. Periodo Académico Año 2008
Universidad de Cartagena
Facultad de Medicina
Unidad Academica de Bioquímica
Programa de Postgrado
Aminoácidos y Proteínas
B
D
GF
I
J
M N
P
RT
V
Y
Phe Tyr
Gln
Ala Val
Leu
Asn
Trp
Cys
Pro
Arg
His
Gly
Lys Thr
Asp
Ile Glu
Gln Met
BIOQUIMICA
VIDA
HUMANO
TC
A
G
T
C
A
G G
G
G G
A
A
A
A
T
TC
C
T
TT C
A
Phe
Tyr
Gln
Val
Leu
Asn
Trp
Cys
Pro
Arg
His
Gly
Lys
Thr
Asp
Ile
Glu
Gln
Met
Monóm
ero
s Polím
ero
s Aminoácidos y Proteínas
AMINOACIDOS
Compuesto orgánico que contiene por lo menos
un grupo amino
un grupo carboxilo
grupo amino
grupo carboxilo
C
COOH
R1 NH2
R2
CH2
La presencia de estos grupos le confiere dos características importantes:
1. Sustancias anfóteras
2. Sustancias formadoras de polímeros
Aminoácidos y Proteínas
Lisina
CH2 COO-
+NH3
2
CH2CH2CH2
β3 1
4
5
6
CH2
+NH3
-aminoácidos con los cuatro grupos funcionales diferentes
excepción: glicina
C
COO-
+NH3
H H
Aminoácidos y Proteínas
Clasificación:
1. Aminoácidos Proteicos
hacen parte de las proteínas
Codificables Modificados
EsencialesDieta
No EsencialesSintetizados por
el hombre
carbono
C
COO-
R
H +NH3 grupo amino
grupo carboxilo
cadena lateral
Aminoácidos y Proteínas
Aminoácidos Codificables: Mayoritarios
Nombre 3 letras 1 letra
Valina Val V
Leucina Leu L
Metionina Met M
Treonina Thr T
Isoleucina Ile I
Triptofano Trp W
Lisina Lys K
Fenilalanina Phe F
Histidina His H
Tirosina Tyr Y
Alanina Ala A
Arginina Arg R
Asparagina Asn N
Acido Aspártico Asp D
Cisteina Cys C
Glutamina Gln Q
Acido Glutámico Glu E
Glicina Gly G
Prolina Pro P
Serina Ser S
Ese
nci
ale
sN
o E
senci
ale
s
Aminoácidos y Proteínas
Aminoácidos y Proteínas
Polares(cargados)
Polares (no cargados)Ser, Tre, Gln, Asn
Casos especialesCys, Gly, Pro
ApolaresAla, Val, Iso, leu, Met, Tyr, Trp, Phe
PositivosArg, His, Lys
NegativosAsp,Glu Polares
Clasificación
Aminoácidos y Proteínas
Polares (cargados) eléctricamente cargados en su cadena lateral
Positivos
Negativos
Arginina (Arg)
R
Histidina (His)
H
Lisina (Lys)
K Acido Aspártico(Asp)
D
Acido Glutámico(Glu)
E
Aminoácidos y Proteínas
Polares (no cargados) eléctricamente no cargados en su cadena lateral
Serina (Ser)
S
Treonina(Thr)
T
Asparagina (Asn)
N
Glutamina(Gln)
Q
Aminoácidos y Proteínas
Apolares con cadenas laterales hidrofobicas
Alanina(Ala)
A
Isoleucina(Ile)I
Leucina(Leu)L
Metionina (Met)M
Fenilalanina(Phe)F
Triptofano(Trp)W
Tirosina(Tyr)Y
Valina(Val)V
Aminoácidos y Proteínas
Cisteina(Cys)
C
Glicina (Gly)
G
Prolina(Pro)
P
Casos especiales
Cistina
Cisteína
Cisteína
Aminoácidos Modificables: Minoritarios
Metilación: 1- y 3- metilhistidina proteínas musculares
Acetilación: acetil-lisina
Hidroxilación: 3-, 4- prolina colágeno
5-OH-lisina
Fosforilación: Fosfoserina, fosfotreonina
Carboxilación: -carboxiglutámico
Dimerización: Cisteína cistina
Hipermodificaciones: iodación: iodotirosina hormonas tiroideas
desmosina cuatro restos de lisina
lisinal desaminación de R en la lisina
Aminoácidos y Proteínas
2. Aminoácidos no proteicos
no se encuentran en las proteínas
4-hidroxiprolina
-carboxiglutamato
5-hidroxilisina
6-N-metillisina
selenocisteina
Ornitina Citrulina
Aminoácidos y Proteínas
Propiedades de los aminoácidos
1. Estereoisomería
2. Carácter ácido-base
3. Absorbancia UV
4. Reacciones de coloración
Aminoácidos y Proteínas
Estereoisomerismo de los aminoácidos
L-Alanina
C
COO-
H3+
NCH3
H
Carbono quiral: posee cuatro sustituyentes diferentes
Dos estereoisómeros
L-aminoácido
D-aminoácido
Aminoácidos y Proteínas
Los aminoácidos en las proteínas son
L-estereoisómeros
L-Gliceraldehido D-Gliceraldehido
L-Alanina D-Alanina
Aminoácidos y Proteínas
Carácter Acido-Base de los aminoácidos
SwitterionDoble
ion
CCOO-
H
R
+NH3C
COOH
H
R
NH2
H2O
Sustancias con naturaleza dual (anfotérica), comportarse como acido y como base son llamadas ANFOLITOS
(electrolitos anfotéricos)
Forma no iónica
Aminoácidos y Proteínas
Switterion
CCOO-
H
R
+NH3 C
COO-
NH2
R
H + H+
+ H+
C
COOH
H
R
+NH3
Donador de protones
Aceptor de protones
Aminoácidos y Proteínas
Aminoácidos y Proteínas
Glicina
(equivalentes)
Aminoácido neutro
pI pK1 + pK2
2
pI pK1 + pKR
2
Glutamato
(equivalentes)
Aminoácidos y Proteínas
Aminoácido cargados
negativamente
pI pKR + pK2
2
Aminoácidos y Proteínas
Aminoácido cargado
positivamente
Histidina
(equivalentes)
Aminoácidos y Proteínas
Aminoácidos y Proteínas
Enlace Peptídico
las proteínas son polímeros de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos
es un enlace amida formado por la condensación entre el grupo -carboxílico y el grupo amino liberando una
molécula de agua
Péptido
Aminoácidos y Proteínas
Aminoácidos y Proteínas
Aminoácido 1 Aminoácido 2
Carboxiterminal
Amino terminal
Aminoácidos y Proteínas
4 monómeros de aminoácidos
Monómero 1 Monómero 2 Monómero 3 Monómero 4
Péptido
Residuo 1 Residuo 2 Residuo 3 Residuo 4
Los PEPTIDOS son cadenas de aminoácidos
dipéptido 2 aminoácidos
tripéptido 3 aminoácidos
pocos aminoácidos Oligopéptido
muchos aminoácidos Polipéptido
Polipéptido Proteína
Hemoglobina 4 polipéptidos subunidades
Aminoácidos y Proteínas
Amino terminal
Carboxi terminal
Aminoácidos y Proteínas
Diferencias entre proteínas y péptidos
L-Aspartil-L-fenilalanina metil ester (Aspartame)
Los péptidos se nombran empezando por el extremo amino terminal que esta colocado del lado izquierdo
Péptido Proteína
Longitud < 30-50 aminoácidos
> 50 aminoácidos
Existencia biológica Origen de síntesis y sin prueba en organismos
Origen natural y se encuentra en ser vivo
Aminoácidos y Proteínas
Proteínas son macromoléculas formadas por cadenas lineales de aminoácidos
son biopolímeros
están determinadas genéticamente, es decir, los genes determinan que proteínas tendrá un individuo
Aminoácidos y Proteínas
Propiedades de las proteínas
• Solubilidad son solubles, al incrementar el pH y/o temperatura se disminuye la solubilidad
• Especificidad cada proteína tiene una función específica determinada por su estructura primaria
• Efecto Tampón actúan como amortiguadores de pH debido a su carácter anfótero
Desnaturalización
Proceso mediante el cual las proteínas pierden sus estructuras menos la primaria
pierde solubilidad en el agua y precipita
se produce por • cambios de temperatura • variaciones de pH• sales de metales pesados• radiación UV• rayos X
En algunos casos, las proteínas desnaturalizadas pueden volver a su estado original a través de un proceso llamado renaturalización
Aminoácidos y Proteínas
Fuerzas o enlaces que estabilizan una proteína
Aminoácidos y Proteínas
Atracción electrostáticaPuentes de Hidrógeno
Interacción hidrofóbica
Coordinación con iones metálicos
Hélice
Lámina β
Especificidad de algunos compuestos en la fragmentación de las cadenas polipeptídicas
Tratamiento Punto de clivaje
Tripsina Lys, Arg (C)
Quimotripsina Phe, Trp, Tyr (C)
Pepsina Phe, Trp, Tyr (C)
Endoproteinasa Lys C Lys (C)
Bromuro de Cianogeno Met (C)
Asp-N-Proteasa Asp, Glu (N)
Aminoácidos y Proteínas
Aminoácidos y Proteínas
ClasificaciónSegún su forma
Fibrosas: presentan cadenas polipéptidas largas y una atípica estructura secundariainsolubles en agua y en soluciones acuosas
Queratina, Colágeno y Fibrina
Globulares: se caracterizan por doblar sus cadenas en una forma esférica apretada o compacta dejando grupos hidrófobos hacia
adentro de la proteínas y grupos hidrófilos hacia afuerason solubles en solventes polares como el agua
Enzimas, Anticuerpos, Hormonas, Proteínas de Transporte
Mixtas: posee una parte fibrilar (en el centro de la proteína) y otra parte globular (en los extremos)
Albúmina
Aminoácidos y Proteínas
Según su composición química1. Simples u Holoproteínas
2. Conjugadas o heteroproteínas
Aminoácidos y Proteínas
Proteínas
Holoproteínas Heteroproteínas
Globulares Fibrilares Fosfoproteínas
Glucoproteínas
Lipoproteínas
Nucleoproteínas
Cromoproteínas
Protaminas
Histonas
Albuminas
Globulinas
Péptidos y Proteínas
Estructura de la proteína
quimiotripsina
Glicina
Estructuras
Arreglo espacial de átomos en la
proteínaCONFORMACION
Estructuras que adopte sin romper
sus enlaces covalentes
Proteína nativa
En su conformación y plegamiento que la hace
funcional
Péptidos y Proteínas
Niveles estructurales de las proteínas
Es la manera en como se organiza para adquirir cierta formacomprende cuatro niveles de organización, aunque el cuarto no siempre esta presente
Estructura Primaria
Estructura Secundaria
Estructura Terciaria
Estructura Cuaternaria
Residuos de aa α hélice Cadena polipeptídica Subunidades ensambladas
Péptidos y Proteínas
Niveles estructurales de una proteína1. La estructura tridimensional esta determinada por la secuencia de aminoácidos2. La función de una proteína depende de su estructura3. Una proteína aislada tiene solo una única estructura4. Las fuerzas mas importantes que estabilizan la estructura proteíca son las interacciones covalentes5. En medio del gran numero de estructuras de una proteína,
se puede reconocer el patrón estructural que nos ayudara a organizar nuestro entendimiento de la arquitectura de la proteína
Las proteínas tiene estática, intercambian sus estructuras
tridimensionales determinando en algunos casos su función
Péptidos y Proteínas
Estructura Primaria
orden de los residuos de aminoácidos unidos por enlace peptídico en la proteína secuencia de aminoácidos
El enlace peptídico es
planar y rígidoAmino terminal
Carboxi terminal
Los demás enlaces que involucran la cadena lateral pueden rotar libremente
Péptidos y Proteínas
Excepción PROLINA
Todos los enlaces peptidicos en las proteínas se dan con configuración trans
Péptidos y Proteínas
En proteínas conjugadas la estructura primaria determina donde se sitúan los enlaces covalentes con azucares, lípidos, grupos prostéticos, etc
Estructura Secundaria
Conformación local de algunas partes de la proteína
α Hélice
Conformaciones β
Péptidos y Proteínas
Péptidos y Proteínas
Las cadenas laterales se disponen hacia el exterior y el enlace peptídico esta paralelo al eje de la hélice
Enlaces de hidrogeno estabilizan la estructura
Cada 5.2 Å posee 3.6 aminoácidos
α HéliceWilliam Astbury en 1930 Rayos X repetición de aminoácidoses una conformación estable puentes de H-amino + OH-
carboxilo
Amino terminal
Carboxi terminal
5.6 Å(3.6 residuos)
Carbono
Hidrógeno
Oxígeno
Nitrógeno
Grupo R
Vista longitudinal de
una -hélice
Vista transversal de una -hélice
Péptidos y Proteínas
Lámina βPauling y Corey conformación en zig-zag
• Antiparalelo• Paralelo
Antiparalelo Paralelo
Vista lateral Vista lateral
Giros βconectan el final de dos segmentos adyacentes de una lamina
antiparalelavuelta de 180 4 aminoácidosGly y Pro son importantes tamaño
Péptidos y Proteínas
Cada estructura secundaria de una proteína tiene aminoácidos característicos
Hélice Lámina β Giro β
Péptidos y Proteínas
Péptidos y Proteínas
Tipo de uniones que estabilizan el plegamiento de las proteínas
1. interacción electrostática
2. puentes de hidrógeno, entre Thr y Ser
3. interacción dipolo-dipolo entre dos Ser
4. unión de disulfuro,convalente, entre dos cisteínas
5. interacción hidrofóbica entre Leu e Ile
Estructura Terciaria
orden de los residuos de aminoácidos unidos por enlace peptídico en la proteína secuencia de aminoácidos
disposición tridimensional de todos los átomos que componen una proteína
responsable directa de sus propiedades biológicas
es el máximo nivel estructural en holoproteinas
Péptidos y Proteínas
Superplegamiento de la proteína que da lugar a una estructura compacta
1. Fibroso: una de las dos dimensiones en mucho mayor que la otra
forma alargada, función estructural
Colágeno
-Queratina del cabello
Fibroina de la seda
Subunidad fundamental es una estructura secundaria repetida
Insolubles en agua alta concentración de residuos de aa con grupos hidrofóbicos
Péptidos y Proteínas
Propiedades y estructura secundaria de las proteínas fibrosas
Estructura Característica Ejemplo
-hélice, entrecruzadas por puentes disulfuro
Duras, estructuras protectoras insolubles de flexibildad y
dureza variable
-queratina del cabello, uñas
Conformaciones β Suaves, filamentos flexibles, altamente fuertes sin tensiones
Fibroina de la seda, colágeno de tendones
Péptidos y Proteínas
- queratina
están en cabello, uñas, capa mas externa de la piel,
hacen parte de los filamentos intermediarios junto con proteínas del citoesqueleto
Rico en aa hidrofobicos como Ala, Val, Leu, Ile, Met, Phe
-hélice de la queratina
Doble cadena superenrollada
Protofilamento
Protofibrilla
32 protofibillas Filamento intermediario
Colágeno
están en tejido conectivo de tendones, cartílagos, matriz orgánica de la huesos y cornea de los ojos
es la única con estructura secundaria distinta a -hélice
3 aa por vuelta en 5.2 Å cadenas 3 cadenas
35% Gly, 11% Ala, 21% Pro e OH-Pro
Gly-X-Pro Gly-X-OHPro
Péptidos y Proteínas
Fibroina de la seda
producida por insectos y arañas
conformaciones β Ala, Gly
Péptidos y Proteínas
2. Globular: no hay predominio de dimensión entre las cadenas polipeptídicas
se suceden estructuras secundarias al azar
forma esferoidal
Diversidad de estructuras determinan diversidad en sus funciones
enzimas, proteínas transportadoras, reguladoras, motoras, inmunoglobulinas, etc.
Péptidos y Proteínas
Forma globular nativa
Hélice
Conformación β
Mioglobina
primera en determinar su estructura terciaria por estudios con Rayos X
proteína que transporta oxigeno en los músculos
almacena oxigeno y facilita su difusión durante la contracción muscular
una cadena de 153 aa y una protoporfirina de hierro (grupo hemo)
Grupo Hemo
His
Fe+3
No activa no transporta oxigeno
Fe+2
activa transporta oxigeno
Péptidos y Proteínas
Análisis de las proteínas globulares revelan patrones estructurales comunes
motivos arreglos estables de varios elementos con estructuras secundarias y la conexión entre ellos
Dominios
Péptidos y Proteínas
Estructura terciaria de algunas proteínas
Péptidos y Proteínas
Citocromo c Lisozima Ribonucleasa
Péptidos y Proteínas
Métodos para identificar la estructura terciaria de una proteína
Difracción de rayos X
Resonancia Magnética Nuclear
Péptidos y Proteínas
Estructura Cuaternaria
arreglo que adopta una proteína con mas de una cadena polipeptídica
subunidad estructural repetitiva en una proteína multimerica, ya sea una subunidad o un grupo de subunidades es llamado protómero
oligomérica multimérica
debe considerar
1. el numero y naturaleza de las subunidades o monómeros
2. la forma en que se asocian en el espacio
Hemoglobina
primera proteína oligomérica con estructura cuaternaria
4 polipéptidos y cuatro grupos hemo
Parte proteíca: globina 2 cadenas (141 residuos)
2 cadenas β (146 residuos)
Dímero de β-protómeros ó como tetrámero
Deoxyhemoglobina hemoglobina sin moléculas de oxigeno unidas al grupo hemo
Péptidos y Proteínas
Péptidos y Proteínas
Desnaturalización y Renaturalización de una proteína
ribonucleasa