Bioquimica estructural

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Bioquimica estructural

  1. 1. tema 2Proteínas COPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR - CASA EDITORIAL MARESDEFINICIÓN, CONCEPTO Y SIGNIFICACIÓN BIOLÓGICA.AMINOÁCIDOS: SUS CLASES Y PROPIEDADES GENERALESLas proteínas son sustancias orgánicas nitrogenadas complejas que se hallan en lascélulas animales y vegetales. Son polímeros lineales en los que las unidades mo-noméricas son los aminoácidos, que se pliegan en una notable diversidad de formastridimensionales, que les proporcionan una correspondiente variedad de funciones.Actúan como componentes estructurales de mensajeros y de receptores de mensaje-ros. Algunas proteínas se unen al DNA y regulan la expresión de los genes; otrasparticipan en la replicación, la transcripción y la traducción de la informacióngenética; otras están relacionadas con el sistema inmunitario (inmunoglobulinas);con la contracción muscular (actina y miosina); con el transporte de oxígeno y larespiración celular (hemoglobina y citocromos).Quizás las proteínas más importantes sean las enzimas, catalizadores que determi-nan el ritmo y el rumbo de toda la bioquímica.Las proteínas son componentes esenciales de todas las células vivas. Su misión enel organismo es de dos tipos: Una de tipo estructural, formando parte del propio or-ganismo y otra de tipo funcional.CARACTERÍSTICAS GENERALES• El peso molecular de las proteínas varía entre 5.000 y varios millones.• Constan de 20 aminoácidos, unidos por enlaces peptídicos.• En las proteínas globulares solubles, las cadenas peptídicas están plegadas for- mando estructuras complejas.• Como su conformación se mantiene por fuerzas débiles, es fácilmente alterada por un ligero cambio de pH, temperatura o disolventes.• Son muy reactivas porque tienen muchas cadenas laterales con restos de ami- noácidos con grupos aniónicos o catiónicos.
  2. 2. 54 PROTEÍNAS • La hidrólisis parcial de una proteína, realizada por medio de ácidos, bases o en- zimas conduce a la obtención de moléculas más pequeñas. Si se efectúa la hidrólisis total se obtienen los aminoácidos que la componen. AMINOÁCIDOS: SUS CLASES Y PROPIEDADES GENERALES Las proteínas están constituidas por la concatenación de unas sustancias químicas denominadas aminoácidos. Son éstos la unidad estructural de las proteínas. Por hidrólisis de proteínas se han identificado 20 aminoácidos distintos.COPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR - CASA EDITORIAL MARES Un aminoácido, de ahí su nombre, posee dos grupos funcionales característicos: un grupo amino – NH2 y un grupo carboxílico – COOH. Hay aminoácidos con un solo grupo amino y un solo grupo carboxílico, denominándose entonces mo- noamino-monocarboxílicos. Hay otros, sin embargo, que poseen más de un gru- po amino o más de un grupo carboxílico. Un aminoácido con un grupo amino y dos grupos carboxílicos, por ejemplo, recibiría el nombre de monoamino-dicar- boxílico. En general, todos los aminoácidos de un hidrolizado de proteína son del tipo alfa, que corresponde a la siguiente fórmula general: NH2 | R – C – COOH | H donde R representa el esqueleto carbonado característico del aminoácido en cues- tión y que es el que le distingue de los demás. Al carbono poseedor de los grupos amino y carboxilo se le denota como carbono alfa (Cα) y a los siguientes carbonos de R se les nombra con las letras sucesivas del alfabeto griego, es decir: Cβ, Cγ , Cδ, Cκ, etc. Dentro del conjunto de todos los aminoácidos naturales, existen unos que pueden ser sintetizados por las células del organismo humano a partir de materiales senci- llo que contengan C, O, H y N, pero otros tienen que adquirirse necesariamente con la dieta. Estos últimos se denominan “aminoácidos esenciales” para la especie hu- mana, y son: valina, leucina, isoleucina, treonina, metionina, fenilalinina, triptófano y lisina.
  3. 3. BIOQUÍMICA ESTRUCTURAL 55Clasificación de aminoácidosSe pueden clasificar atendiendo a su carácter ácido o básico. Así podrían ser:• Neutros: Alifáticos, aromáticos, azufrados, secundarios.• Ácidos.• Básicos.No obstante, tiene más interés y significación el método de clasificación basado en lapolaridad de sus grupos R, cuando se hallan en disolución acuosa, a pH próximo a 7,0: COPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR - CASA EDITORIAL MARESAminoácidos con grupos R no polaresEstos grupos R son de naturaleza hidrocarbonatada y poseen carácter hidrófobo. Alanina (ALA) (A) CH3 – CH – COOH | NH2 Ácido amino propiónico CH3 Valina (VAL) (V) CH – CH – COOH CH3 / | NH2 Ácido α-amino isovaleriánico CH3 Leucina (LEU) (L) CH – CH2 – CH – COOH CH3 / | NH2 Ácido α-amino isocaproico NH2 | Isoleucina CH3 – CH2 – CH – CH – CHOH (ILEU) (I) | CH3 Ácido α-amino, β-metil valeriánico H | Prolina (PRO) (P) C – COOH / H2C NH | | H2C — CH2 Ácido pirrolidín 2-carboxílico
  4. 4. 56 PROTEÍNAS Fenilalanina CH2 – CH – COOH (PHE) (F) | NH2 Ácido α-amino, β-fenil propiónico Triptófano C – CH2 – CH – COOH (TRP) (W) || | CH NH 2 N |COPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR - CASA EDITORIAL MARES H Ácido α-amino, β-3-indol propiónico Metionina CH3 – S – CH2 – CH2 – CH – COOH (MET) (W) | NH2 Ácido α-amino, γ-metiltio n-butírico Aminoácidos con grupos R polares sin carga Sus grupos R son más solubles en agua porque sus grupos funcionales establecen enlaces de hidrógeno con ella. Glicina o glicocola H – CH – COOH (GLY) (G) | NH2 Ácido amino acético Serina (SER) (S) HO – CH2 – CH – COOH | NH2 Ácido α-amino, β-hidroxipropiónico OH | Treonina CH3 – CH – CH – COOH (THR) (T) | NH2 Ácido α-amino, β-hidroxi-n-butírico
  5. 5. BIOQUÍMICA ESTRUCTURAL 57 Tirosina (TYR) (Y) OH CH2 – CH – COOH | NH2 Ácido α-amino, β-hidroxi-fenil propiónico H2N Asparagina / C – CH2 – CH – COOH (ASN) (N) O | NH2 γ-amida del ácido α-amino succínico COPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR - CASA EDITORIAL MARES O Glutamina C – CH2 – CH2 – CH – COOH (GLN) (Q) H2N / | NH2 δ-amida del ácido a-amino glutárico Cisteína (CYS) (C) SH – CH2 – CH – COOH | NH2 Ácido α-amino, β-mercapto propiónicoLa cisteína tiene la particularidad de poder encontrarse en las proteínas en for-ma de: NH2 | Cistina S – CH2 – CH – COOH | S – CH2 – CH – COOH | NH2Aminoácidos con grupos R cargados negativamenteSon los aminoácidos ácidos, ya que sus grupos R poseen una carga negativa neta apH 7,0. OH Ácido aspártico / C – CH2 – CH – COOH (ASP) (D) O | NH2 Ácido α-amino succínico
  6. 6. 58 PROTEÍNAS OH Ácido glutámico / C – CH2 – CH2 –CH – COOH (GLU) (E) O | NH2 Ácido α-amino glutárico Aminoácidos con grupos R cargados positivamente Son los aminoácidos básicos, en los que los grupos R poseen una carga positiva neta a pH 7,0.COPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR - CASA EDITORIAL MARES Lisina (LYS) (K) H2N – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH – COOH | NH2 Ácido α-amino ε-amino caproico Arginina H2N – C – NH – CH2 – CH2 – CH2 – CH – COOH (ARG) (R) || | NH NH2 Ácido α-amino δ-guanidín n-valeriánico Histidina HC = C – CH2 – CH – COOH (HIS) (H) | | | N NH NH2 / C | H Ácido α-amino, β-imidazol propiónico Todos los aminoácidos, a pH 7,0, tienen sus grupos amino y carboxilo de las cade- nas laterales ionizados, exceptuando la histidina en la que el grupo imidazol se io- niza a partir de pH 6,0. Los grupos α-amino y α-carboxílico también resultan ionizados a pH 7. Propiedades generales de los aminoácidos Isomería de los aminoácidos Todos los aminoácidos, a excepción de a glicocola o glicina, poseen átomos de car- bono asimétricos. Por lo tanto, presentan actividad óptica.
  7. 7. BIOQUÍMICA ESTRUCTURAL 59Algunos aminoácidos aislados a partir de las proteínas son dextrorrotatorios (Ala,Ileu, Glu, etc.), mientras que otros son levorrotatorios (Trp, Leu, Phe).También los aminoácidos presentan el fenómeno de la esteroisomería. Para su estu-dio, hay que basarse en la estructura de los dos isómeros posibles del gliceraldehí-do, designados convencionalmente por L y D. O O C/ C/ |. H |. H H – C – OH OH – C – H |. |. COPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR - CASA EDITORIAL MARES C H2OH C H2OH D-gliceraldehído L-gliceraldehídoEn virtud a esta referencia, los dos isómeros posibles de la alanina se nombrarían: COOH COOH | | H – C – NH2 H2N – C – H | | CH3 CH3 D-alanina L-alaninaAsí, el grupo carboxilo del átomo de carbono asimétrico de la alanina, o de cual-quier otro aminoácido, puede relacionarse estéricamente con el grupo aldehído delátomo de carbono asimétrico del gliceraldehído; el grupo amino sustituyente delaminoácido, con el grupo hidroxilo del gliceraldehído, y el grupo R del aminoácidocon el grupo – CH2OH del gliceraldehído.De esta manera los estereoisómeros de todos los aminoácidos que aparecen en lanaturaleza pueden relacionarse estructuralmente con los dos estereoisómeros delgliceraldehído, designándose por L o por D, según se relacionen con el L-gliceral-dehído o con el D-gliceraldehído, respectivamente. Esta nomenclatura es indepen-diente de la dirección de rotación del plano de la luz polarizada que muestren losisómeros. Los símbolos L y D se refieren así a la configuración absoluta y no a ladirección de rotación.Todos los aminoácidos que se han hallado en las proteínas pertenecen a la serie L.Excepcionalmente se han encontrado algunos de la serie D en determinadas estruc-turas celulares, hormonas, etc.Cuando una aminoácido se obtiene en el laboratorio mediante simples reaccionesquímicas, se consigue generalmente una forma ópticamente inactiva, denominada
  8. 8. 60 PROTEÍNAS “mezcla racémica”, que esta constituida por una mezcla equimolecular de isómeros D y L, simbolizada por DL. Aquellos aminoácidos que posean dos átomos de carbono asimétricos presentan cuatro estereoisómeros. En el caso de la treonina se conocen los cuatro. La forma aislada de los hidrolizados de proteínas se designa como L y su imagen especular como D. Aparte, existen otras dos formas llamadas diasteroisómeros o formas alo. COOH COOH COOH COOH | | | | H 2N – C – H H2N – C – H H – C – NH2 H – C – NH2 | | | |COPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR - CASA EDITORIAL MARES H – C – OH OH – C – H OH – C – H H – C – OH | | | | CH3 CH3 CH3 CH3 L-treonina L-alo-treonina D-treonina D-alo-treonina Siempre que un aminoácido tenga más de un átomo de carbono asimétrico, se toma la posición del carbono alfa como base para asignarle la configuración. La cistina, dos moléculas de cisteína unidas por un puente de sulfuro, puede adop- tar una forma en que los pares de átomos de carbono asimétricos sean la imagen en el espejo uno del otro. Cuando eso ocurre, el isómero se halla compensado interna- mente y se denomina forma meso. COOH COOH COOH COOH | | | | H2N – C – H H2N – C – H H – C – NH2 H – C – NH2 | | | | CH2 – S – S – CH2 CH2 – S – S – CH2 L-cistina D-cistina COOH COOH | | H2N – C – H H – C – NH2 | | CH2 – S – S – CH2 Meso-cistina Propiedades ácido-base de los aminoácidos Un aminoácido simple (con grupo R no polar), a pH neutro, es una molécula eléc- tricamente neutra. Esta neutralidad no se debe a que no tenga cargas sino a que su
  9. 9. BIOQUÍMICA ESTRUCTURAL 61grupo carboxilo está cargado negativamente y el grupo amino positivamente, confi-riendo al aminoácido una carga global nula: H | – R – C – COO | + NH3Este tipo de iones dipolares se llama “zwiteriones”.Por su estructura de “zwiterión”, los aminoácidos pueden actuar como ácidos débi- COPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR - CASA EDITORIAL MARESles o como bases débiles. Se dice de la sustancia con ese comportamiento que tie-nen propiedades anfóteras.El grupo carboxílico puede liberar un protón, actuando como ácido: H H | | – R – C – COOH R – C – COO | | NH2 H+ NH2El grupo amino puede captar un protón, actuando como una base: H H+ H | | R – C – COOH R – C – COOH | | + NH2 NH3Un aminoácido puede, en solución, presentarse de las siguientes formas: H H H | – | | R – C – COO R – C – COOH R – C – COO– | | + | NH2 NH3 NH3+ forma forma forma dipolar o aniónica (Aa–) catiónica (+Aa) zwiterión (+Aa–)A pH bajo, el aminoácido existe en su forma catiónica y al ir aumentando éste, elaminoácido toma sucesivamente las formas dipolar y aniónica: + 1→  Aa ←   + 2 →  Aa − ←  Aa − 
  10. 10. 62 PROTEÍNAS Las constantes de equilibrio de estas dos reacciones son, respectivamente: + K1 Aa − ←→ Aa − + H + + K 2 Aa − ←→ Aa − + H +   [ + Aa − ] [H + ] [anión] [H + ] K1 = K2 = [catión] [ + Aa − ] Se define como punto isoeléctrico de un aminoácido a aquel valor de pH para el cual la concentración de la forma aniónica es igual a la de la forma catiónica, es de-COPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR - CASA EDITORIAL MARES cir, que el aminoácido no tiene una carga neta. En las circunstancias del punto isoeléctico se verifica: [anión] = [catión]. Multipli- cando K1 por K2: [ + Aa − ] [anión] [H + ]2 K1 ⋅ K 2 = = [H + ]2 [catión] [ + Aa − ] Tomando logaritmos: log K1 + log K2 = 2 log [H+] y cambiando de signo: (–log K1) + (–log K2) = 2 (–log [H+]) De donde se deduce: pK1 + pK2 = 2pI 1 pI = (pK1 + pK 2 ) 2 Estudiemos, como aplicación, el caso de la Alanina: se trata de un α-aminoácido sencillo, monoamino y monocarboxílico, que puede ceder dos protones durante su valoración completa con una base. A continuación representamos la curva de valoración bifásica de la Alanina. En ella se comprueba cómo los valores de los pK′ de las dos etapas de disociación se en- cuentran lo suficientemente separados para mostrar dos ramas bien distintas.
  11. 11. BIOQUÍMICA ESTRUCTURAL 63Los valores aparentes de pK′ para las dos etapas de disociación pueden extrapolar-se a partir de los puntos medios de cada etapa. Son: pK′1 = 2,34 y pK′2 = 9,69. 14 NH 2 | R - CH COO - - pH pK ¢2 = 9,69 + NH 3 | COPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR - CASA EDITORIAL MARES 6,2 R - CH COO - - pI + NH 3 | R - CH COOH - pK1 = 2,34 ¢ 1 – 0,5 1 1,5 Eq. de OHCuando el valor de pH es 2,34, punto medio de la primera etapa, se hallan presen-tes concentraciones equimolares del dador de protones y del aceptor: (R – CH – COOH) (R – CH – COO–) + | + | NH3 NH3 Dador AceptorA pH 9,69, están presentes concentraciones equimolares de: – (R – CH – COO ) y de (R – CH – COO–) + | | NH3 NH2Cada una de las dos ramas de la curva bifásica puede expresarse matemáticamente,con una buena aproximación, mediante la ecuación de Henderson-Hasselbalch;esto significa que podemos calcular las relaciones de las especies iónicas a cual-quier pH, si se conocen los valores de pK′.Cuando el pH es 6,02, existe un punto de inflexión entre las dos ramas separadasde la curva de valoración de la Alanina. Para este valor de pH la molécula no posee
  12. 12. 64 PROTEÍNAS carga eléctrica efectiva, y no se desplazará en un campo eléctrico. Corresponde, pues, tal valor al llamado “punto isoeléctrico”, cuyas característica fueros expues- tas con anterioridad. Aminoácidos no proteicos Además de los aminoácidos citados anteriormente, presentes con mayor o menor frecuencia en las proteínas humanas, se conocen cerca de 150 aminoácidos encon- trados en diferentes células en forma libre o combinada. Así es posible encontrar β-, γ- y δ-aminoácidos, nunca presentes en las proteínas naturales. Otros aminoáci-COPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR - CASA EDITORIAL MARES dos poseen configuración D, en lugar de la forma L habitual, ejemplo: el ácido D- Glutámico, de la pared celular bacteriana. Citaremos algunos aminoácidos no proteicos de interés especial: a) β-Alanina. Precursor del ácido Pantoténico. El ácido Pantoténico es una vitami- na indispensable para el crecimiento de los animales superiores: NH2 | CH2 – CH2 – COOH En forma de Panteteína (un derivado del ácido Pantoténico) la β-Alanina se in- corpora a la estructura de la Coenzima A. Se encuentra igualmente este aminoá- cido no proteico en los seres superiores como producto degradativo de las bases pirimidínicas. b) Citrulina. Intermediario en la síntesis de Arginina y en el ciclo de la Urea, pro- ceso hepático encaminado a eliminar NH3 (resultado de la degradación de las proteínas) en forma de Urea. O || H2N – C – NH – CH2 – CH2 – CH2 – CH – COOH | NH2 Citrulina c) Ornitina. Idéntica función a la anterior: NH2 | H2N – CH2 – CH2 – CH2 – CH – COOH Ornitina
  13. 13. BIOQUÍMICA ESTRUCTURAL 65d) Ácido γ-amino butírico (GABA). Agente químico para la transmisión del im- pulso nervioso. Se encuentra en el cerebro: NH2 | CH2 – CH2 – CH2 – COOH γ-amino butíricoe) Azaserina. Sustancia con ligera actividad antitumoral (antibiótico derivado de especias de Streptomyces): COPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR - CASA EDITORIAL MARES C5O4H8N3 NH2 + | N ≡ N – CH2 – CO – O – CH2 – CH – COOH [O - (2) diazo acetilserina]f) Ácido β-amino-isobutírico. Producto final del metabolismo de las Pirimidíni- cas. Se encuentra en la orina de pacientes con una enfermedad metabólica here- ditaria. H2N – CH2 – CH – COOH | CH3 β-amino-isobutíricog) Taurina. Se conjuga con los ácidos biliares en el hígado. Procede de una des- carboxilación y oxidación de la cisteína: CH2 – CH2 – SO3H | NH2 TaurinaReacciones químicas características de los aminoácidosLas propiedades químicas de los aminoácidos van asociadas a sus grupos funciona-les de manera que existen unas reacciones específicas del grupo carboxilo, otras delgrupo amino y otras del grupo R de cada aminoácido. También hay aminoácidosque tienen reacciones específicas propias.
  14. 14. 66 PROTEÍNAS Propiedades del grupo carboxilo 1. Formación de ésteres: Se produce si previamente se ha bloqueado el grupo ami- no, consiguiendo un ácido: + NH3 Cl– + NH3 HCl | – | R – C – COO R – C – COOH | | H H Clorhidrato de aminoácidoCOPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR - CASA EDITORIAL MARES + – OH – R′ NH3 Cl | O / + H2O R–C–C | O – R′ H Éster 2. Formación de amidas al reaccionar con el amoniaco: NH3 Cl– + | /O Éster + NH3 R–C–C + R′ – OH | NH2 H Amida Alcohol 3. Formación de sales: • en el grupo carboxilo: NH2 | /O R–C–C – + ; M+ = metal (catión) | OM H • en el grupo amino: H | – R – C – COOH ; A = ácido (anión) | + – NH3 A
  15. 15. BIOQUÍMICA ESTRUCTURAL 674. Formación de haluros de acilo: NH2 | /O R–C–C | X H donde X puede reemplazarse por cualquier halógeno.5. Formación de aminas, por decarboxilación: En ese tipo de reacciones actúan unas enzimas denominadas genéricamente decarboxilasas. COPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR - CASA EDITORIAL MARES NH2 | R – C – COOH R – CH2 – NH2 | H CO2 AminaPropiedades del grupo amino6. Desaminación: • por oxidación: desaminación oxidativa: H [O] | R – C – COOH R – CO – COOH + NH3 | NH2 cetoácido + amoniaco • por acción del ácido nitroso: H H | | R – C – COOH + HNO2 R – C – COOH + N2 + H2O | | NH2 OH Hidroxiácido Por esta última reacción se pueden determinar volumétricamente los aminoáci- dos, en función del nitrógeno formado.7. Reacción de adición con formol:
  16. 16. 68 PROTEÍNAS H H | |. R – C – COOH + 2 HCHO R–C | |. CH2OH NH2 N/ CH OH 2 El compuesto resultante es un ácido que se puede determinar por adición de sosa (Método de Sorensen). 8. Formación de betaínas: Se producen por metilación del aminoácido por la intro- ducción de uno, dos o tres grupos metilos, obteniéndose las llamadas betaínasCOPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR - CASA EDITORIAL MARES mono, di y trisustituidas. + NH3 NH2 – CH3 | | R – C – COO– + ICH3 R – C – COO– + HI | | H Ioduro H de metilo Betaína 9. Reacción con el dinitrofluorobenceno: Reacción de Sanger: El dinitrofluorobenceno (DNFB) se combina con la amina del aminoácido li- berándose ácido fluorhídrico y se forma un dinitrofenilaminoácido (DNP-aa): NO2 F + H2N – CH – COOH | O2N R DNFB NO2 NH – CH – COOH | R + HF O2N DNP-aa Esta reacción se puede utilizar para establecer la identidad del aminoácido ter- minal de una proteína portadora del grupo amino libre y también es muy útil para conocer el número exacto de cadenas que contiene una molécula de
  17. 17. BIOQUÍMICA ESTRUCTURAL 69 proteína puesto que la reacción solo se produce con grupos amino libres. Sin embargo, actualmente este método es muy poco usado, pues el procedimiento con el DNFB no puede repetirse secuencialmente.10. Reacción con el fenilisotiocianato: Reacción de Edman: El fenilisotiocianato (PITC) reacciona con la amina en un medio alcalino débil: (OH –) débil N = C = S + H2N – CH – COOH | COPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR - CASA EDITORIAL MARES R PITC S ácido || calor NH – C – NH – CH – COOH H2O | R Feniltiocarbamil-aa (PTC-aa) N—C=S | | CO NH / CH | R PTH-aa Se produce un feniltiocarbamil derivado del aminoácido, que se cicla en medio ácido débil o por acción del calor. El feniltiohidantoin-aminoácido (PTH-aa) producido es característico del aminoácido, ya que su naturaleza depende de la del grupo R, y se puede identificar cromatográficamente. La degradación de Edman es el método actualmente preferido para la identifi- cación de aminoácidos N-terminales, ya que realizándola secuencialmente puede llegar a determinarse hasta una secuencia de 25 aminoácidos.11. Reacción con la ninhidrina: Esta reacción tiene un gran interés, ya que da lugar a una reacción coloreada de los aminoácidos, ampliamente utilizada para la identificación y sobre todo para su determinación cuantitativa.
  18. 18. 70 PROTEÍNAS La ninhidrina decarboxila y desamina al aminoácido gracias a su fuerte poder oxidante. La ninhidrina reducida formada reacciona con una molécula de nin- hidrina no reducida y con el amoniaco resultante de la desaminación para for- mar un compuesto complejo que presenta coloración violeta. De esta forma se pueden determinar cuantitativamente los aminoácidos por espectrofotometría, y también por gasometría, gracias al dióxido de carbono que se forma. La coloración violeta es sensiblemente la misma para todos los aminoácidos. Su espectro de absorción presenta un máximo de 570 nm.COPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR - CASA EDITORIAL MARES Algunos aminoácidos en particular, como la prolina y la hidroxiprolina, dan con la ninhidrina una coloración amarilla, con un máximo de absorción en 440 nm. CO OH CO OH / / C C / / CO OH CO OH Nihidrina Hidrindantina /O + + R–C H NH2 + CO2 | R – CH – COOH + NH3 α-aminoácido Ninhidrina = Hidrato de Tricetohidrindeno Reacciones específicas de algunos aminoácidos La cisteína es capaz, gracias a su grupo sulfhidrilo activo, de dar mercáptidos con el ion plata o mercurio, liberándose un hidrogenión. Así se inactivan los grupos sulfhidrilos. H Ag+ H | | HS – CH2 – C – COOH AgS – CH2 – C – COOH + H+ | | NH2 NH2 Cisteína Mercaptido Argéntico de Cisteína
  19. 19. BIOQUÍMICA ESTRUCTURAL 71Los aminoácidos con grupos fenólicos, como la Tirosina, dan una reacción carac-terística al calentarse con nitrato de mercurio, Hg(NO3)2, en ácido nítrico, produ-ciéndose una reacción de coloración roja. Es la llamada reacción de Millon.Los aminoácidos que poseen grupos sulfhidrilos que estén libre, así, por ejemplo,la cisteína, producen una coloración roja en una reacción con nitroprusiato sódicoen solución amoniacal diluida. Esta reacción se conoce por el nombre de ensayocon nitroprusiato.NIVELES DE ORGANIZACIÓN ESTRUCTURAL COPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR - CASA EDITORIAL MARESDE LA MOLÉCULA PROTEICACada tipo de molécula proteica posee, en su estado activo, una forma tridimensio-nal característica que es conocida como su conformación o estructura.El mantenimiento de esta estructura es fundamental para el normal funcionamientode la proteína en cuestión, y una perdida de esta conformación suele implicar unaalteración en la misión biológica de la molécula proteica.Esta organización en la estructura de una proteína se realiza a cuatro niveles dife-rentes, a saber:• Nivel primario de organización o estructura primaria: Se refiere a la com- posición cuantitativa de los aminoácidos integrantes de la cadena, así como a su orden o secuencia y a la disposición de enlace péptico.• Nivel secundario de organización o estructura secundaria: Es la referente a la disposición espacial de la cadena proteica, especialmente a la formación de estructuras planas o filamentosas, predominando la dimensión longitudinal. Es decir, describe el plegamiento local de la cadena a través de las unidades estruc- turales que aparecen en las proteínas.• Nivel terciario de organización o estructura terciaria: Es la conformación tridimensional completa de la cadena polipeptídica. Las interacciones locales entre aminoácidos próximos originan hélices α, hojas β u otras formas de es- tructura secundaria. Estos subconjuntos se organizan en dominios, que com- prenden entre 30 y 150 aminoácidos, y que actúan a modo de unidades más o menos coherentes. La disposición geométrica de los dominios es lo que consti- tuirá la estructura terciaria.• Nivel cuaternario de organización o estructura cuaternaria: Solamente poseen este nivel aquellas proteínas formadas por varias cadenas polipeptídi- cas; se refiere a las diversas interrelaciones que pueden ocurrir entre dichas cadenas.
  20. 20. 72 PROTEÍNAS Estructura primaria Las proteínas están constituidas por una o varias cadenas polipeptídicas, cada una de las cuales posee cien o más restos aminoácidos, unidos entre sí covalentemente por enlaces peptídicos. Todas las proteínas están constituidas por un conjunto bási- co de 20 aminoácidos, ordenador en diversas secuencias específicas. Mediante estudios con rayos X se ha comprobado que en una cadena peptídica los átomos están dispuestos en forma de zig-zag con un ángulo de aproximadamente 120º, siendo Cα, C y N los átomos que se sitúan en los que podríamos llamar línea principal de la cadena, mientras que los grupos R, el O y el H se extienden haciaCOPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR - CASA EDITORIAL MARES los lados de la cadena. Así, tendríamos un tripéptido: O H R H O H || | || R H2N C Ca N C Ca Ca N C Ca N COOH R | || | H H O R H H FIGURA 1. La unión entre el C del grupo carboxílico y el N del grupo amino, en el enlace de tipos peptídico, se explica mediante la resonancia entre las estructuras: O R′ O– R′ C–N/ / C = N+ FIGURA 2. R/ H R / H que le confiere una natu- Ca raleza muy semejante a H la de la hibridación sp2 del carbono en la forma- ción de eteno (figura 3). C N Por efecto de esta reso- nancia, los enlaces C – N O Ca y C – O son intermedios entre sencillo y doble. La sp2 propiedad fundamental del enlace peptídico es FIGURA 3.
  21. 21. BIOQUÍMICA ESTRUCTURAL 73que todos los átomos que lo forman han de estar en un mismo plano, por lo que lacadena proteica sólo puede girar por sus Cα, pero nunca por el enlace peptídico.Estudios de modelos peptídicos utilizando el método de difracción de rayos X hi-cieron posible medir las diversas distancias interatómicas, que resultan ser, para elenlace C – O de 1,23 Å, y para el C – N de 1,32 Å.Estas dimensiones son intermedias entre el enlace sencillo (C – O: 1,43 Å, C – N: 1,47Å) y enlace doble (C – O: 1,21 Å, C – N: 1,29 Å). Esto indica que la unión peptídicaexiste en un estado de resonancia entre reuniones dobles y simples (figura 4). COPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR - CASA EDITORIAL MARES H R carbono a H 1,51 1,02 1,325 N FIGURA 4. C 1,455 1,23 carbono a O H RLa unión peptídica es plana, esta unidad planar que es rígida, es el resultado de la es-tabilización por resonancia del enlace peptídico, y es común a las estructuras protei-cas. Además, la orientación del oxígeno del carbonilo y del hidrógeno amídico es“trans” con respecto a la unión peptídica, al igual que la de los carbonos alfa. Laconfiguración “cis” no es favorable debido a impedimentos estéricos. Esto hace quelos grupos R están situados alternativamente a uno y otro lado de la columna verte-bral polipeptídica. El enlace peptídico impone, por tanto, restricciones significativasacerca del número de conformaciones que puede adoptar una cadena polipeptídica.La información necesaria para definir la estructura en tres dimensiones de una pro-teína reside en su secuencia de aminoácidos. A medida que se construye la cadenaen el ribosoma, se pliega en la configuración que minimiza la energía libre; en otraspalabras, la cadena adopta la conformación más estable.Los 20 aminoácidos están construidos sobre un plan común. Tienen un grupo ami-no (NH2) en un extremo y un grupo de ácido carboxílico (COOH) en el otro; ambosgrupos están enlazados a un átomo de carbono central, llamado carbono alfa. Tam-bién están enlazados al carbono alfa un átomo de hidrógeno y un cuarto grupo, la
  22. 22. 74 PROTEÍNAS denominada cadena lateral. Es en la naturaleza de su cadena lateral en lo único que difieren los aminoácidos. El esqueleto de la proteína se construye uniendo, cabeza con cola, los aminoácidos: el grupo amino de una unidad se enlaza al grupo carboxílico de la siguiente. La fisión se logra eliminando una molécula de agua, para forma un enlace carbono-nitrógeno de- nominado enlace peptídico, y la cadena proteica recibe el nombre de polipéptido. Las propiedades del enlace peptídico imponen ciertas restricciones en el plega- miento de la proteína. Cada unidad de enlace peptídico se encuentra en un plano, con lo que la cadena tiene que plegarse por medio de rotaciones de los enlaces esta-COPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR - CASA EDITORIAL MARES blecidos con carbonos alfa. Secuenciación de aminoácidos La hidrólisis parcial de las proteínas produce mezclas complejas de péptidos dife- rentes. Los dos mejores métodos para la separación de los distintos péptidos son: • Cromatografía de intercambio iónico. • Electroforesis sobre papel. Normalmente, se hace una separación primaria en péptidos ácidos, básicos y neu- tros mediante electroforesis a pH ligeramente ácido. Los péptidos ácidos (–) emi- gran hacia el ánodo, los básicos (+) hacia el cátodo y los neutros no se mueven. A continuación, cada péptido es separado mediante una segunda etapa de electrofo- resis a pH adecuado o mediante cromatografía de intercambio iónico. Después que los péptidos han sido aislados, cada uno se hidroliza por completo por calefacción y se determinan los restos aminoácidos presentes por electroforesis o cromatografía. La determinación de los restos N-terminales de los péptidos o las proteínas, se pue- de hacer por varios métodos: • Reacción de Sanger, que ya ha sido estudiada. • Reacción de dansilación, utilizando como reactivo el cloruro de dansilo. • Reacción de Edman, también vista anteriormente. La identificación de los restos C-terminales puede determinarse selectivamente por medio de unas enzimas, denominadas carboxipeptidasas, que rompen hidrolítica- mente el enlace del aminoácido C-terminal, liberándolo. Utilizando esta enzima ob-
  23. 23. BIOQUÍMICA ESTRUCTURAL 75tendremos en primer lugar un aminoácido libre y un péptido que ya tendrá un nue-vo aminoácido C-terminal, sobre el que volverá a actuar la carboxipeptidasa. Deesta forma se irán liberando todos los aminoácidos de la cadena.Existen otras enzimas, las aminopéptidas, que tiene especificidad por el enlace delaminoácido N-terminal de las cadenas peptídicas.Antes de efectuar el análisis de la secuencia de aminoácidos de una proteína, sedebe observar en primer lugar si la proteína consta de varias cadenas peptídicas y,en caso de que fuera así, si estas cadenas están unidas por enlaces covalentes. En elcaso de que no existan enlaces covalentes entre las cadenas, éstas pueden disociar- COPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR - CASA EDITORIAL MARESse tratando la proteína con ácidos o bases.Las cadenas pueden estar unidas entre sí (enlace intercatenario) por el puente– S – S – de una molécula de cistina, o bien una cadena simple puede poseer un en-lace – S – S – entre dos de sus aminoácidos (enlace intracatenario). En cualquiercaso, el primer paso a seguir es la ruptura de estos enlaces disulfuro. Un ejemploclásico de este tipo de péptidos es la insulina.Los enlaces cruzados – S – S – pueden escindirse por oxidación con ácido perfór-mico, transformándose los dos restos de hemicistina en restos de ácido cisteico.Otro método para estudiar la secuencia de aminoácidos de una cadena peptídica esla fragmentación de las cadenas por hidrólisis parcial. Se emplea normalmente lahidrólisis enzimática, ya que la hidrólisis ácida o básica produce normalmente laruptura de la totalidad de los enlaces peptídicos. Suele utilizarse la enzima Tripsinaque escinde solamente aquellos enlaces en los que la función carbonilo es aportadapor los aminoácidos lisina o arginina. El número de fragmentos resultantes seráigual al número de restos de lisina o arginina que hubiera en la cadena. Algunos deestos fragmentos serán dipéptidos y tripéptidos, cuyos aminoácidos serán fácilmen-te identificables mediante las reacciones comentadas anteriormente. Igualmente po-dremos utilizar la pepsina o la quimotripsina, que rompen la cadena peptídica porpuntos distintos a los de la tripsina.Estructura secundaria de proteínasSe refiere a la ordenación regular y periódica en el espacio de las cadenas poli-peptídicas a lo largo de una dirección.Los enlaces que mantienen esta estructura son no covalentes; lo que se pretende esadoptar conformaciones de menor energía libre y, por tanto, más estables.
  24. 24. 76 PROTEÍNAS Hélices Plano amida H N C y O H a CARBONO F R FIGURA 5. H N CCOPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR - CASA EDITORIAL MARES O Plano amida O 1 O O O O 2 5 8 11 14 4 7 10 16 3 6 9 12 15 N N N N N H H H H 13 H 27 cordón 310 hélice a hélice p hélice FIGURA 6. Hélice α La hélice α fue descrita por Pauling en 1951, que hizo estudios de difracción de ra- yos X de cristales de aminoácidos y pequeños péptidos. Hélice α: Φ = 120º; ψ = 120º. • 3,6 residuos de aminoácidos por vuelta (n). • La distancia entre elementos iguales de dos aminoácidos consecutivos medida en la dirección del eje principal, d = 1,5 Å. • El paso de hélice p = nd = 5,4 Å, se define como la distancia entre elementos homólogos medida en la dirección del eje principal de la hélice. • Los grupos R de los aminoácidos se proyectan hacia el exterior de la hélice. • Los puentes de hidrógeno se establecen entre el CO de un residuo y el NH del tercer residuo que lo sigue; estos enlaces de H son paralelos al eje mayor de la hélice, ya que los grupos CO apuntan casi directos a los NH a los que están uni-
  25. 25. BIOQUÍMICA ESTRUCTURAL 77 dos. La ordenación α-helicoidal permite participar a cada enlace peptídico de la cadena en el establecimiento de enlaces de H intracatenarios.• La localización habitual de la hélice α es a lo largo de la parte externa de la pro- teína, las cadenas laterales tienden a cambiar de hidrofóbicas a hidrofílicas cada 3 ó 4 residuos.• Aminoácidos que permiten hélice α estable: Ala, Leu, Met, Phe, Tyr, Cis, His, Asn. – Inestabilizan la hélice α: Ser, Thr, Gly, Lys, Arg. – Rompen la hélice α: Pro, Pro. COPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR - CASA EDITORIAL MARESHélice 310 Φ = 120º; ψ = 150ºEs la otra especie helicoidal importante en la estructura globular de proteínas.• Tienen 3 residuos por vuelta (n = 3) y un puente de hidrógeno entre CO de un residuo y el NH del segundo residuo que le sigue.• Es mucho menso favorable que la hélice α para estructuras periódicas largas; sin embargo, pequeños trozos de 310 son frecuentes.• Los grupos CO apuntan fuera del eje de la hélice y por lo tanto el puente de H está doblado y no es muy favorable.• Pequeños trozos de 310 se han encontrado en: – Lisozima. – Hemoglobina – Anhidrasa carbónica.Hélice levógiraSe origina cuando el ángulo ψ (C – Cα) = 310º.• Tiene 3 residuos de aminoácidos por vuelta.• Los grupos CO y NH están orientados casi perpendicularmente al eje de la héli- ce y no pueden formar puentes de hidrógeno con grupos de la misma cadena.• Estas cadenas forman puentes de hidrógeno intercatenarios perpendiculares a las cadenas.• En el colágeno, 3 de estas hélices se arrollan una alrededor de otra formando una superhélice dextrógira.• Las secuencias que aparecen con mayor frecuencia son Gly-X-Pro, Gly-Pro-X, Gly-X-Hpro, por lo cual esta hélice levógira se conoce como hélice poliprolina.
  26. 26. 78 PROTEÍNAS Estructura β u hoja β Es el otro elemento estructural importante encontrado en proteínas globulares. Las hojas β están “plegadas”, con Cα, sucesivamente arriba y abajo del plano de la hoja. Hay dos tipos de hojas β: paralelas y antiparalelas, que difieren en el patrón de puentes de H. • Las hojas antiparalelas tienen puentes de hidrógeno perpendiculares a las he-COPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR - CASA EDITORIAL MARES bras, alternando los enlaces próximos con otros más espaciados. • Las hojas paralelas tienen enlaces de hidrógeno espaciados regularmente que forman ángulo respecto a las hebras al enlazarlas. • La estructura β paralela tiene lugar en hojas con un mínimo de 5 hebras. Están siempre completamente ocultas protegidas a ambos lados por hélice α. Es me- nos estable que la antiparalela. • La estructura β antiparalela frecuentemente toma la disposición de un cordón torcido de 2 hebras solamente. Tienen un lado expuesto al solvente y el otro oculto, por lo que presentan alternancia de hidrofobicidad. R O H R O | || | | || + C C N C C NH3 – / / / / / / O–C N C C N C || | | || | | O H R O H R R O H R O | || | | || + C C N C C NH3 FIGURA 7. Estructura en hoja – / / / / / / plegada de cadenas paralelas. O–C N C C N C || | | || | | O H R O H R H2N COOH H2N COOH H2N COOH
  27. 27. BIOQUÍMICA ESTRUCTURAL 79 O R H O R + || | | || | H3N C C N C C / / / / / C N C C N C=O | | || | | | – R H O R H O R O H R O | || | | || + C C N C C NH3 FIGURA 8. Estructura en hoja – / / / / / / plegada de cadenas antiparalelas. O–C N C C N C | | || | | COPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR - CASA EDITORIAL MARES || O H R O H R H2N COOH HOOC NH2 H2N COOHEstructura terciariaLa disposición e interelación de las cadenas plegadas de una proteína (estructurasecundaria) en una forma específica mantenida por uniones salina, enlaces dehidrógeno, puentes disulfuro, fuerzas de Van der Waals, interacciones hidrofóbicas,actuando conjuntamente proporcionan gran estabilidad a la proteína y constituyenla estructura terciaria.Los enlaces que mantienen esta estructura son:Enlace covalente. Consiste, como sabemos, en una compartición de electrones,siendo siempre un enlace fuerte, que da lugar a una gran estabilidad de la cadenaproteica. El más impotente es el llamado puente disulfuro.Enlace iónico. Es un puente salino. Se debe a dos grupos polares de las cadenas deaminoácidos, que según el pH poseerán carga eléctrica positiva o negativa. Estosenlaces no son demasiado numerosos ya que al estar los aminoácidos en disolu-ción, tendrán sus grupos polares saturados por los dipolos moleculares del agua.Enlace por puente de hidrógeno. Se forman entre el C = O del grupo carboxílicoy un grupo de la cadena que tenga H activo. Son muy numerosos y son de capitalimportancia en la estabilización de la molécula, dada su gran cuantía.
  28. 28. 80 PROTEÍNAS Enlace por fuerzas de Van der Waals. Se forman entre las cadenas laterales que poseen radicales. Aunque los restos hidrocarbonados son apolares, tiene interaccio- nes débiles por este tipo de fuerzas. Estas interacciones son debidas a irregularida- des en la distribución de los electrones alrededor del núcleo dando lugar a dipolos instantáneos que implican atracciones y repulsiones de tipo electrostático. Enlaces hidrofóbicos. Son interacciones entre las cadenas laterales no polares de aminoácidos como la alanina, valina, etc., dentro de envolturas de agua. Estas inte- racciones pueden tener lugar entre cadenas laterales de varias moléculas o se pue- den presentar entre las cadenas de una misma molécula; ocurren ante la incapaci- dad de las cadenas laterales no polares de interaccionar con el agua, ya sea iónica-COPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR - CASA EDITORIAL MARES mente o a través de enlaces hidrofóbicos. Enlace coordinado. Son estos enlaces de importancia en todas las interacciones entre metales de transición y biomoléculas, por ejemplo Fe2+, en la hemoglobina y citorcromos, el Co3+ en la vitamina B12. Estructura cuaternaria La organización de las proteínas producida por ajuste de las estructuras arrollada y plegada, para formar una estructura funcional agregada, se llama estructura cuater- naria. En este nivel de organización las subunidades de proteínas se conservan uni- das esencialmente por influjo de fuerzas no covalentes. La asociación de estructu- ras terciarias se denomina “agregado estable”. Solamente poseen este nivel aque- llas proteínas formadas por varias cadenas polipeptídicas y podemos definirla como la asociación de subunidades semejantes o diferentes de la proteína en oligómeros (por ello las proteínas que tiene este tipo de estructura se denominan Oligoméri- cas). Para realizar su función biológica muchas proteínas requieren más de una su- bunidad en su estructura, por ejemplo la hemoglobina, la actomiosina, etc. En 1976 Levitt y Chothia demostraron que las proteínas cuyas estructuras se aso- cian hasta ese momento podrían asignarse a una de cinco clases estructurales. Es- tas clases fueron definidas en función de la presencia y disposición de hélices α y hojas β, elementos estructurales mayoritarios de las proteínas globulares. Estas clases son: 1. CLASE I: Las “proteínas α totales” en la cual sólo están presentes hélices α y se empaquetan juntas en una forma globular. 2. CLASE II: Las “proteínas β totales” en las cuales sólo están presentes estructu- ras β generalmente como dos hojas β antiparalelas.
  29. 29. BIOQUÍMICA ESTRUCTURAL 813. CLASE III: Las “proteínas α + β”, en las cuales están presentes estructuras α y β pero segregadas en la estructura terciaria.4. CLASE IV: Las “proteínas α/β” en las cuales segmentos estructurales α y β se alternan en la estructura primaria dando una estructura terciaria que se caracteri- za por una zona central de hebras β mayormente paralela, flanqueada a ambos lados por hélices α.5. CLASE V: Las “proteínas en espiral” recubren aquellas moléculas, principal- mente pequeñas ricas en puentes disulfuro o asociadas con un cofactor grande, y tienen una estructura secundaria pequeña. COPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR - CASA EDITORIAL MARESDesnaturalización de proteínasCada tipo de molécula posee, en su estado nativo, una forma tridimensional carac-terística que es conocida como su conformación o estructura.El mantenimiento de esta estructura es fundamental para el normal funcionamientode la proteína en cuestión, y una pérdida de esta conformación suele implicar unaalteración en la misión biológica de la molécula proteica.Esta pérdida de la estructura tridimensional de una proteína, se conoce como Des-naturalización. En la desnaturalización se producen cambios en las propiedades fí-sicas, química y biológicas de una molécula proteica, por ejemplo:• Disminución de la solubilidad.• Disminución en la simetría.• Disminución o pérdida total de la actividad biológica original.• Aumento en la reactividad química, en particular de los grupos ionizables.• Aumento en la susceptibilidad a la hidrólisis por medio de enzimas proteolíticas.• Alteración en la estructura interna y disposición de las cadenas peptídicas, sin rotura de los enlaces peptídicos.Las principales causas de la desnaturalización son:• Un cambio significativo en el pH de la solución de la proteína.• Cambios de temperatura, fundamentalmente a temperaturas altas.• Concentraciones alta de compuestos polares neutros como la urea o la guanidi- na, ya que esos compuestos rompen los enlaces de hidrógeno formando otros enlaces nuevos.• Tratamiento con disolventes orgánicos, etanol, acetona, etc.
  30. 30. 82 PROTEÍNAS • Radiación ultravioleta. • Vibración ultrasónica, agitación enérgica de las soluciones acuosas. Generalmente la desnaturalización es un proceso irreversible, dependiendo éste de la intensidad y duración del tratamiento desnaturalizante. Hay excepciones tales como la desnaturalización de la hemoglobina con ácido y renaturalización por neu- tralización en condiciones apropiadas. La desnaturalización de la Ribonucleasa pancreática por acción del calor y la renaturalización por enfriamiento. Puede afirmarse en general que la desnaturalización es reversible si no hay rotura de los enlaces disulfuro presentes en la proteína nativa, es decir, rotura de enlacesCOPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR - CASA EDITORIAL MARES covalentes fuertes. PROPIEDADES QUÍMICAS DE LAS SOLUCIONES PROTEICAS. SOLUBILIDAD. PRECIPITACIÓN Las proteínas como electrólitos Las proteínas son polielectrólitos anfóteros debido a que contienen los grupos ami- no y carboxilo. Las propiedades electrolíticas de las proteínas están en función de estos grupos ionizables. Cada cadena abierta de una proteína contiene sólo un gru- po α-amino libre y un grupo α-carboxilo libre, por lo cual su influencia es relativa- mente pequeña en cuanto a las propiedades electrolíticas. Sin embargo, varios de los aminoácidos componentes de proteínas contienen grupos ionizables que no in- tervienen en la formación del enlace peptídico. Tal es el caso de la lisina, la argini- na, la histidina y el ácido glutámico, etc. Análogamente al comportamiento de los aminoácidos en solución, se vio que las proteínas existen como cationes complejos en solución ácida y, cuando se titulan con álcalis (se aumenta el pH), muestran etapas de disociación de ion H+, bien su- cesivas o superpuestas, con formación de zwiteriones y, finalmente, aniones proteí- nicos. Aunque en los procesos de disociación de proteínas intervienen muchos gru- pos ionizables, de los cuales varios pueden entrar en función simultáneamente, el proceso general puede representarse por una ecuación química, la cual, sin indica- ción de los números de cargas y de los iones hidrógeno que interviene, puede for- mularse como sigue: →  Proteína + ←  H + + + →  proteína zwitterión − ←  H + + proteína −   (catión) (ion dipolar) (anión) Las curvas de titulación de proteínas correspondientes a los equilibrios anteriores, son del tipo de la mostrada en la figura:
  31. 31. BIOQUÍMICA ESTRUCTURAL 83 pH 10 8 6 4 COPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR - CASA EDITORIAL MARES 2 – Equivalentes de OH añadidosÉste sería el caso de una curva para una proteína. Las curvas se extienden sobreuna amplia gama de pH y no muestran cambios bruscos, lo que se debe al gran nú-mero de grupos que se ionizan sucesiva y simultáneamente para la mayor parte delintervalo de pH. Esta característica es lo que hace que las proteínas actúan comotampones o buffers.El pH isoeléctrico de una proteína es aquel en el cual la proteína no emigra en uncampo eléctrico. A este pH, la proteína existe en la forma de ion dipolar o zwite-rión, en el cual las cargas positivas son iguales a las cargas negativas, y la carganeta es cero.El punto isoiónico de una proteína es el pH al cual el número de iones H + disocia-dos de la proteína es igual al número de estos iones que la proteína toma de la so-lución.Los valores de pH isoeléctrico e isoiónico son iguales cuando la proteína no secombina con otros iones que el H+. En general, en presencia de sales aniones y ca-tiones de la sal se asociarán probablemente en grados algo distintos, con las cargasde la proteína y cambiarán apreciablemente su movilidad en un campo eléctrico yel pH isoeléctrico.Las proteínas actúan como amortiguadores a uno y otro lado del pH isoeléctrico.En definitiva, la capacidad amortiguadora de las proteínas se basa en el sistemaproteína/proteinato.

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