Aminoácidos y proteínas

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Aminoácidos y proteínas

  1. 1. Profesor Cristian Omar Alvarez De La Cruz Proteínas by Cristian Omar Alvarez De La Cruz is licensed under a Creative Commons ReconocimientoNoComercial-CompartirIgual 3.0 Unported License.
  2. 2.  Son las unidades monoméricas de Péptidos (<50) y Polipéptidos (>50, son las proteínas).  Son Más de 300 AA. Los que existen en la naturaleza.  Pueden ser: Proteinogénicos (los 20 codificados por el ADN); “proteicos No Estándar” y No proteicos  Todos cumplen con la siguiente estructura: Grupo Carboxilo Grupo Amino Carbono Alfa  A excepción de la Prolina, por tener un anillo pirrolidínico.
  3. 3.  En todos los aminoácidos estándar excepto la glicina, el carbono α está unido a cuatro grupos diferentes.  Esto significa que el carbono α es un centro quiral; lo que les permite ser enantiomeros.  Casi todos los aminoácidos de las proteínas son Lesteroisómeros.  Difieren unos de otros en sus grupos “R”.
  4. 4. Son sintetizados o no por el organismo No esenciales • • • • • Sí los sintetiza Alanina Aspartato Asparagina Glutamato Serina Histidina Isoleucina Leucina Metionina No los sintetiza Esenciales Fenilalanina Treonina Triptófano Valina Lisina • • Serían esenciales • sólo en ciertos Condicionalmente • estados clínicos. esenciales • Normalmente los • sintetizamos. • • • • • • • • • Arginina Glutamina Glicina Prolina Cisteína Tirosina
  5. 5. Hidrófobos Ala, Val, Leu, Ile, Gly, Met, Pro. Apolares Aromáticos Phe, Tyr, Trp. Polares sin carga Hidrofílicos Polaridad Apolares neutros Ser, Thr, Cys, Asn, Gln. Básicos Lys, Arg, His. Ácidos Asp, Glu.
  6. 6. Naturaleza Química Alifáticos: Gly, Ala, Val, Leu, Ile Aromáticos: Phe, Trp, Tyr* Azufrados: Met, Cys Iminoácidos: Pro Hidroxilados: Ser, Thr, Amidas: Asn, Gln Ácidos-: Asp, Glu Básicos+: Lys, Arg, His
  7. 7. En ellos la cadena lateral es un hidrocarburo alifático. Son muy poco reactivos, y fuertemente hidrofóbicos (excepto la Gly, cuya cadena lateral es un átomo de hidrógeno). Estos AA hidrofóbicos tienden a ocupar la parte central de las proteínas globulares, de modo que minimizan su interacción con el disolvente. Pertenecen a este grupo: G, A, V, L e I
  8. 8. La cadena lateral es un grupo aromático: benceno en el caso de la F, fenol en el caso de la Y e indol en el caso del W. Estos AA, además de formar parte de las proteínas son precursores de otras biomoléculas de interés: hormonas tiroideas, pigmentos o neurotransmisores..
  9. 9. Contienen azufre. Son C y M. La cisteína (C) tiene gran importancia estructural en las proteínas porque puede reaccionar con el grupo SH de otra C para formar un puente disulfuro (-S-S-), permitiendo el plegamiento de la proteína. Por este motivo, en algunos hidrolizados proteicos se obtiene el AA cistina, que está formado por dos cisteínas unidas por un puente disulfuro.
  10. 10. Tienen el grupo a-amino sustituido por la propia cadena lateral, formando un anillo pirrolidínico. Es el caso de la P.
  11. 11. Poseen un grupo alcohólico en su cadena lateral. Son la T y S .
  12. 12. Son el ácido la asparagina (N) y la glutamina (Q). Nota: no debes confundirlos con los ácidos; aunque aparentemente lo que estas viendo es un grupo amino NH2, es en realidad un AMIDA (R- CONH2).
  13. 13. Son el ácido aspártico o aspartato (D) y el ácido glutámico o glutamato (E). También se les llama dicarboxílicos.
  14. 14. La cadena lateral contiene grupos básicos. El grupo básico puede ser un grupo amino (K), un grupo guanidino (R) o un grupo imidazol (H).
  15. 15. Según la teoría de Browted – Lowry un ácido es toda especie química capaz de ceder protones (H+), y una base es toda especie capaz de aceptar protones. Cede este protón Acepta un protón Grupo ácido –COOH Grupo Básico – NH2 Aminoácido en su forma NO Iónica Los AA. pueden sufrir una reacción ácido base interna en la que el grupo carboxilo cede el protón para ser captado por el grupo amino. Dando lugar a un ión dipolar o zwitterión.
  16. 16. Quedándonos así:. El zwitterión obtenido tiene una carga neta de cero, ya que sus cargas se anulan entre sí. Entonces, ya que los AA. pueden reaccionar como ácidos o como bases se dicen que son ANFÓTEROS. Es decir en medios ácidos se comportan como bases y en medios básicos se comportan como ácidos. Sistema Buffer.
  17. 17. El grupo amino capta protones (H+) H+ El grupo carboxilo cede protones (H+) H+ A pH bajo (ácido), los aminoácidos se encuentran mayoritariamente en su forma catiónica (con carga positiva), mientras que a pH alto (básico) se encuentran en su forma aniónica (con carga negativa). Para valores de pH intermedios, como los propios de los medios biológicos (7.4), los aminoácidos se encuentran habitualmente en una forma de ion dipolar o zwitterión (con un grupo catiónico y otro aniónico).
  18. 18. El punto isoeléctrico de un AA es el momento del pH en que la carga eléctrica neta es cero (ZWITTERION). Para determinar el pI de un aminoácido se necesita determinar la media aritmética de los pK implicados en los equilibrios de la molécula con carga neta de cero. Para ello es necesario contar con una tabla de valores pK Ejemplo: Determine el punto Isoeléctrico para el AA Gly.
  19. 19. Paso uno: determinar en que punto de mi reacción se encontraría el Zwitterion. + Carga +1 + Zwitterion Carga de Cero Carga -1
  20. 20. Paso dos: Consultar la tabla de pK: Diapositiva siguiente. Para la Glicina pK1: 2.34 y pK2:9.6 Paso tres: Determinar la media aritmética:
  21. 21. Se muestra aquí la curva de titulación de la Gly. Los recuadros sombreados, centrados alrededor de pk1 y pK2 indican las regiones de máximo poder taponante (buffer).
  22. 22. Determina la reacción que se efectúa en la Lisina a partir de un pH Ácido a un pH Básico; y determina el punto isoelectrico . +2 Zwitterion Carga de Cero +1 + = -1
  23. 23. Consultar la tabla de pK: Tabla pK. Para la Lisina pKR: 10.53 y pK2: 8.95 Y determinar la media aritmética: 𝟏 pI= 𝟐 (𝒑𝑲𝒓 + 𝒑𝑲𝟐) pI= 9.74
  24. 24. Determina la reacción que se efectúa en el Aspartato a partir de un pH Ácido a un pH Básico; y determina el punto isoeléctrico . +1 Zwitterion Carga de Cero -1 + = -2
  25. 25. Consultar la tabla de pK: Tabla pK.. Para la Aspartato pK1: 1.88 y pKR: 3.65 Y determinar la media aritmética: 𝟏 pI= 𝟐 (𝒑𝑲𝟏 + 𝒑𝑲𝒓) pI= 2.77
  26. 26. Función como neurotransmisores: Glutamato Aspartato Glicina Unidades másicas para: Péptidos Proteínas Fosfolípidos Precursores de Oxácidos: Aminas biógenas Glucosa Nucleótidos Hemo, Creatina Hormonas Neurotransmisores Mediadores Moléculas de transporte para: NH2
  27. 27. Una vez que los AA codificables han sido incorporados a las proteínas, pueden sufrir ciertas transformaciones que dan lugar a los AA modificados. Entre las modificaciones más frecuentes destacan:       Hidroxialción Carboxilación Adición de Iodo Fosforilación Glicosilación Condensación
  28. 28. Algunos aminoácidos no forman parte de ninguna proteína: no existe ningún codón o triplete para ellos. En este caso actúan como intermediarios o precursores de diferentes reacciones del organismo. 1.- D-AMINOÁCIDOS: La D-Ala y el D-Glu forman parte del peptidoglicano de la pared celular de las bacterias. La gramicidina S es un péptido con acción antibiótica que contiene D-Phe. En ciertos péptidos opioides de anfibios y reptiles también aparecen D-aminoácidos. 2.- a-AMINOÁCIDOS NO PROTEICOS: La L-ornitina y la L-citrulina son importantes intermediarios en el metabolismo de la eliminación del nitrógeno y la creatina (un derivado de la G) juega un papel importante como reserva de energía metabólica. También pertenecen a este grupo la homoserina y la homocisteína 3.- ϒ-AMINOÁCIDOS: En estos AA, el grupo amino sustituye al último carbono, no al carbono α. La β-Alanina forma parte de algunos coenzimas, y el ácido ϒ-aminobutírico es un importante neurotransmisor.
  29. 29. Rompiendo dogmas:  La Selenocisteína es un aminoácido PROTÉICO con acción enzimática, encontrado en arqueobacterias, bacterias y eucariotas (incluídos mamiferos). Codificado por el CODÓN STOP (UGA).  La Pirrolisina es otro aminoácido PROTÉICO con acción enzimática, de una arqueobacteria metanogénica. Codificado por el codón STOP (UAG). De lo anterior podemos concluir que:  Pueden existir algunos aminoácidos Proteinogénicos codificados por codones diferentes a los 20 habituales.  El código genético puede tener sinónimos o variantes; así el codón STOP puede significar “alto” o bien: otro aminoácido.
  30. 30.  El primer aminoácido que se descubrió fue la asparagina (1806).  La mayoría de los nombres de los aminoácidos provienen de la fuente de la cual se aislaron: • Asparagina: espárrago • Glutamato: gluten de trigo • Tirosina: Queso (en griego “tyros”) • Glicina: Dulce (en griego “glycos”)
  31. 31.  Son los polímeros de los aminoácidos  A las uniones de los aminoácidos se les llama “Enlaces peptídicos”.  El EP se forma por una reacción de condensación entre el grupo carboxilo de un AA y el grupo amino del siguiente.  El EP es un enlace AMIDA. Hidrólisis Condensación Enlace peptídico
  32. 32.  A cada AA que conforma un péptido o proteína se le llama “residuo”.  Como consecuencia del EP sólo el grupo amino del primer aminoácido (amino terminal) y el grupo carboxilo del último (carboxilo terminal) tienen capacidad de ionización.  Excepto ácidos y bases cuyas cadenas no participan en el EP. Carboxilo terminal Amino terminal Enlace peptídico
  33. 33. Residuos Residuos Residuos Residuos  Se nombran empezando por el residuo terminal amino al carboxilo terminal. Residuos
  34. 34. La Prolina es un caso un poco diferente a los anteriores, ya que su anillo pirrolidínico Radical, está formado en parte por su alfa amino. Pero esto no le resta la posibilidad para formar enlaces peptídicos; aunque tendrá algunas características especiales, como interrumpir la formación de una α Hélice, ya que no encaja en su formación. Por ello casi siempre se hallan en los extremos de las asas de las helices alfa.
  35. 35. A pH de 7: los grupos ácidos (Carboxilo) se encuentran ionizados y presentan carga negativa; y los grupos básicos (Aminos) se encuentran protonados con carga positiva. Nota importante la forma que tiene la histidina (His) en este ejemplo puede parecerte a simple vista que no se parece a la de tu tabla. Pero es la misma.
  36. 36. A pH ÁCIDO: los grupos ácidos (Carboxilos) están protonados (COOH). Y los grupos básicos (Aminos) presentan carga positiva.
  37. 37. A pH Básico: los grupos ácidos (Carboxilos) están ionizados (COO-), y los grupos básicos (Aminos) han perdido su protón.
  38. 38. Considere el péptido siguiente: Lys-Ser-Tyr-Val-Phe-Lys-Cys La alfa Quimiotripsina es una enzima digestiva muy específica que rompe sólo los enlaces peptídicos en los que participa el grupo carboxilo de los aminoácidos aromáticos. Indique qué efecto tendría esta enzima sobre el siguiente péptido y los productos de la reacción catalizada por esta enzima. Por tal motivo, los productos de la reacción serán: Lys-Ser-Tyr Val-Phe Lys-Cys
  39. 39.  Las características de los AA que conforman la cadena determina la forma y función de la proteína.  Todos los organismos contienen miles de proteínas distintas y con diversas funciones. Ribunucleasa Bovina Pancreática A, contiene 124 residuos de aminoácidos . 4 puentes disulfuro (S-S) forman enlaces cruzados en este polipéptido entre Cys26 y Cys84, Cys40 y Cys95, Cys58 y Cys110, y Cys65 y Cys72.
  40. 40. Principales tipos de funciones proteicas Ejemplos Estructurales: Proporcionar soporte mecánico a células y tejidos • Colágeno y la Elastina: son constituyentes comunes de la matriz extracelular, y forman fibras en tendones, ligamentos, y hueso. • Tubulina: forma microtúbulos rígidos y duros. • Queratina: forma fibras que refuerzan a las células epiteliales; piel, uñas, pelo, plumas, otras. Transporte: Llevan sustancias vitales a todo el organismo. • • • • Albúmina: transporta lípidos. Hemoglobina: transporta O2 y CO2. Transferrina: hierro. Citocromos: electrones en las mitocondrias y cloroplastos. Reguladoras: Actúan como hormonas, regulan varios procesos fisiológicos. • Insulina y glucagón: regulan el metabolismo de la glucosa. • Somatotropina: Es la hormona del crecimiento, estimula el crecimiento de los huesos y de los cartílagos. • La sustancia P: media la sensación de dolor en el sistema nervioso. Catalíticas: Actúan acelerando las reacciones químicas en el organismo (enzimas). • Pepsina: Degrada a proteínas de la dieta en el estómago . • Amilasa: se encuentra en la saliva y tiene función catabólica en almidón y glucógeno. • Lipasa: actúa en la digestión química de lípidos. • Lactasa: imprecindible en el catabolismo de la lactosa. La falta de ella genera la intolerancia a la Lactosa. • DNA polimerasa: copia el ADN.
  41. 41. Principales tipos de funciones proteícas Ejemplos Contráctiles: Confieren a los organismos la capacidad de desplazarse o de cambiar de forma. • Actina y Miosina: Forman las miofibrillas responsables de la contracción muscular. • Dineína: Responsable del movimiento de los cilios y flagelos. Defensiva y protectoras: Defienden y protegen al organismo contra sustancias extrañas. • Inmunoglobulinas: son los anticuerpos que se sintetizan cuando penetran moléculas extrañas (antígenos) en el organismo. • Trombina y fibrinógeno: intervienen en la coagulación lo que impide la perdida de sangre. • Mucina: en el tracto digestivo y respiratorio tienen funciones bactericidas. De Reserva: Almacenan pequeñas moléculas o iones • Ferritina: almacena hierrro. • Ovoalbúmina: en la clara de huevo se utiliza como una fuente de aminoácidos para el desarrollo del embrión de ave. • Caseína: en la leche, es una fuente de aminoácidos para las crías de mamíferos. Reconocimiento de señales Receptores. En la superficie celular existen receptores… • • • • • • Hormonales Neurotransmisores De anticuerpos De Virus De bacterias Etc.
  42. 42. Fibrosas:  Largas  Forma de varilla  Insolubles en agua  Funcionan como protección y soporte principalmente.  Ejemplos: el colágeno, la queratina, la elastina, la fibrina, la miosina, otras. Colágeno una proteína fibrosa
  43. 43. Globulares:  Esféricas compactas  Hidrosolúbles  Complejas  Físicamente correosas (se pueden doblar y estirar sin romperse)  Múltiples funciones, algunas de ellas: enzimas, transporte, hormonas, otras.  Ejemplos: hemoglobina, inmunoglobulinas, albúmina, insulina, amilasa, otras. Hemoglobina
  44. 44. Simples:  Contienen sólo aminoácidos  Ejemplos: albumina, queratina , histonas, globulinas, etc. Conjugadas:  Consta de proteína simple combinada con un componente no proteico (grupo prostético).
  45. 45. Primaria:  Es la secuencia de aminoácidos en una cadena polipeptidica. Secundaria  Plegado de segmentos de polipéptidos cortos (3 a 30 residuos) y contiguos. α ó β Terciaria  Los segmentos secundarios se pueden plegar en interacciones con los residuos (aa) más alejados de la misma secuencia. Cuaternarios  Varias cadenas asociadas formando una unidad funcional.
  46. 46. Lámina β Hélice α
  47. 47. α Hélice:  Estructura en forma de tornillo  Dextrógira (giro a la derecha)  De 3,6 residuos (aa) por vuelta  Distancia de giro 5.4 Amnstrons  Estabilizada por puentes de hidrógeno entre los grupos –NH de los enlaces peptídicos y el carbonilo, cuatro residuos más adelante.
  48. 48. Cómo distinguir entre dextrógiro y Levógiro: Existe un método sencillo para determinar el sentido de giro de una estructura helicoidal. Cierre los puños dejando el pulgar estirado y dirigido hacia arriba. Observando su mano derecha, imagine una hélice que se prolonga en la dirección indicada por el pulgar y con su espiral girando en el sentido que se pliegan los otros 4 dedos. La hélice resultante es dextrógira. Si lo haces con tu mano izquierda obtendrás la levógira. Levógiro Dextrógiro
  49. 49. Lámina β:  Dos o más polipéptido adyacentes forman puentes de hidrogeno.  Su forma asemeja una serie de pliegues en zigzag.  Pueden ser paralelos (mismo sentido) ó antiparalelos (opuesto).  Suelen tener una longitud de 5 a 6 residuos.  Las laminas antiparalelas, tienen zonas alternadas de puentes de hidrógeno próximos y separados que se disponen perpendiculares al eje de la hebra.  En las láminas paralelas, lo hacen a distancias semejantes pero formando un ángulo con la dirección de las hebras. Es decir forman puentes de hidrógeno más débiles entre las cadenas adyacentes. Son menos estables.
  50. 50.  En realidad son un tercer tipo de estructura secundaria.  Compuesta por 4 residuos.  Permiten que se produzca un cambio de dirección de la cadena de 180º.  Se estabiliza por puentes de hidrógeno entre el grupo carboxilo del primer residuo y el el grupo amino del cuarto.  Generalmente se encuentran constituídos por residuos de Pro y Gly.  En la Gly por ser un residuo pequeño y flexible; y en la Pro, por su configuración imino particularmente adecuada para la formación de un giro cerrado.
  51. 51.  Son combinaciones de varios elementos estructurales secundarios combinados (helices α, láminas β y giros β).  a) βαβ, b) αα, c) meandro β, d) llave griega
  52. 52.  Es la representación real tridimensional de la proteína.  La estructura 3D y la función de la proteína depende de su secuencia de aa.  La estructura 3D se estabiliza mediante diferentes tipos de enlaces e interacciones.
  53. 53.  Son regiones diferenciadas dentro de la estructura terciaria de las proteínas.  Actúan como unidades autónomas de plegamiento y/o desnaturalización de las proteínas.  Es la asociación de distintos dominios lo que origina la estructura terciaria y mantiene su conformación tridimensional.  Cada Dominio puede conferir una función específica.
  54. 54. Nota : el puente disulfuro es un enlace más fuerte a comparación de los otros, aunque no tan común. Es cavalente, a diferencia de los otros.
  55. 55. Las fuerzas hidrofóbicas contribuyen al plegamiento de las proteínas en conformaciones compactas. Las cadenas laterales de los AA polares tienden a reunirse en el exterior de la proteína plegada, donde pueden interactuar con el agua; las cadenas laterales de los AA no polares quedan en el interior para formar centros hidrófobos compactos de átomos que rechazan el agua .
  56. 56.  Asociación de varias cadenas proteicas para formar una proteína multimérica.  Subunidades iguales: Homomultímero  Subunidades diferentes: Heteromultímeros.  Protómero: es el grupo de subunidades que se repite.
  57. 57. N Terminal en color Purpura; C Terminal en color rojo.
  58. 58.  Es el proceso de destrucción de la estructura de la proteína.  Normalmente no incluye la ruptura de enlaces peptídicos.  Puede ser parcial o total la perdida de su actividad biológica y su forma física.  Y puede ser por: • • • • • • • • Ácidos y bases fuertes Disolventes orgánicos Detergentes Agentes reductores Concentración salina Iones metálicos pesados Cambios de temperatura Agresión mecánica.
  59. 59. Agentes o procesos que desnaturalizan a las proteínas Descripción Ácidos y bases fuertes Los cambios de pH dan lugar a protonación de algunos grupos laterales de la proteína, lo cual altera los patrones de enlace del hidrógeno y los puentes salinos . Disolventes orgánicos Los disolventes orgánicos hidrosolubles, como el etanol, interfieren con las interacciones hidrófobas, ya que interaccionan con los grupos “R” apolares y forman enlaces de hidrógeno con el agua y los grupos polares de la proteína. Detergentes Estas moléculas anfipáticas (que tienen componentes hidrófobos e hidrófilos) rompen las interacciones hidrófobas, haciendo que se desplieguen las proteínas en cadenas polipeptídicas extendidas. Agentes reductores En presencia de reactivos como la Urea, los agentes reductores, como el β- mercaptoetanol, convierten los puentes disulfuro en grupos sulfhidrilos. La Urea rompe los enlaces de hidrógeno y las interacciones hidrófobas . Cambios de Temperatura Al aumentar la temperatura, aumenta la velocidad de vibración molécular. Finalmente, se rompen las interacciones débiles como los enlaces de hidrógeno, y la proteína se despliega .
  60. 60. Agentes o procesos que desnaturalizan a las proteínas Descripción Concentración salina La unión de iones salinos a los grupos ionizables de una proteína , disminuye la interacción entre los grupos de carga opuesta sobre la molécula proteica , formando un precipitado. Iones metálicos pesados Los metales pesados como el Mercurio y el plomo afectan de diversas maneras a la proteína. Pueden romper los puentes salinos al formar enlaces iónicos con los grupos e carga negativa. Pueden formar enlaces con los grupos sulfhidrilos. Entre otros. Agresión mecánica Las acciones de agitación y trituración rompen el delicado equilibrio de fuerzas que mantienen la estructura proteica .
  61. 61.  20n: Donde “n” es la cantidad de aa. Representa las posibles combinaciones de secuencias que podemos llegar a formar.  Si por ejemplo te dijera tu maestro que escribas todos los péptidos que se pueden formar con la combinación de 4 aminoácidos, sería: 204= 160,000 combinaciones diferentes o péptidos diferentes.  Sin embargo sólo una fracción de estos es estable. Profesor Cristian Omar Alvarez De La Cruz
  62. 62. Profesor Cristian Omar Alvarez De La Cruz
  63. 63.  Si quieres ver un resumen general explicado de todo lo concerniente al tema de proteínas te dejo el siguiente enlace. Está son 11 videos muy didácticos que te ayudaran a entender y razonar los temas de una forma sencilla y completa. Profesor Cristian Omar Alvarez De La Cruz
  64. 64.  http://www.biorom.uma.es/contenido/UPV_EHU/cibert.htm  http://ocw.unican.es/ciencias-de-la-salud/bioquimica-estructural-ymetabolica/ma  http://oregonstate.edu/instruct/bb350/
  65. 65.          Lehninger Principios de Bioquímica por David L. Nelson and M. Cox. Quita Edición Bioquímica. Por Richard Harvey y Denise Ferrier. Quinta edición. Editorial Lippincotts. Bioquímica Humana Texto y atlas de Koolman – Roehm. Editorial Panamericana, 4ta Edición. Bioquímica Ilustrada de Harper. Editorial Lange. 28ª Ed¡dición. Bioquímica Conceptos esenciales de Feduchi. Editorial Panamericana. Bioquímica “La base molecular de la vida” de Trudy y James Mckee. Editorial McGrawHill. Tercera edición. BiochemIstry of R.H. Garrett and C.M.Grisham. Third Edition. Fundamentals of Biochemistry of Voet. Fourt edition. Biochemistry of Campbell and Farrell.

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