aminoacidos peptidos y proteinas

Aminoácidos y Proteínas

2º. Periodo Académico Año 2008

Universidad de Cartagena

Facultad de Medicina

Unidad Academica de Bioquímica

Programa de Postgrado

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


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


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 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



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


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


Polares (no cargados) eléctricamente no cargados en su cadena lateral

Serina (Ser)

S

Treonina(Thr)

T

Asparagina (Asn)

N

Glutamina(Gln)

Q


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


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


2. Aminoácidos no proteicos

no se encuentran en las proteínas

4-hidroxiprolina

-carboxiglutamato

5-hidroxilisina

6-N-metillisina

selenocisteina

Ornitina Citrulina


Propiedades de los aminoácidos

1. Estereoisomería

2. Carácter ácido-base

3. Absorbancia UV

4. Reacciones de coloración


Estereoisomerismo de los aminoácidos

L-Alanina

C

COO-

H3+

NCH3

H

Carbono quiral: posee cuatro sustituyentes diferentes

Dos estereoisómeros

L-aminoácido

D-aminoácido


Los aminoácidos en las proteínas son

L-estereoisómeros

L-Gliceraldehido D-Gliceraldehido

L-Alanina D-Alanina


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


Switterion

CCOO-

H

R

+NH3 C

COO-

NH2

R

H + H+

+ H+

C

COOH

H

R

+NH3

Donador de protones

Aceptor de protones



Glicina

(equivalentes)

Aminoácido neutro

pI pK1 + pK2

2

pI pK1 + pKR

2

Glutamato

(equivalentes)


Aminoácido cargados

negativamente

pI pKR + pK2

2


Aminoácido cargado

positivamente

Histidina

(equivalentes)

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



Aminoácido 1 Aminoácido 2

Carboxiterminal

Amino terminal


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


Amino terminal

Carboxi terminal


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


Proteínas son macromoléculas formadas por cadenas lineales de aminoácidos

son biopolímeros

están determinadas genéticamente, es decir, los genes determinan que proteínas tendrá un individuo


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


Fuerzas o enlaces que estabilizan una proteína


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)


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


Según su composición química1. Simples u Holoproteínas

2. Conjugadas o heteroproteínas


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


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


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


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


Excepción PROLINA

Todos los enlaces peptidicos en las proteínas se dan con configuración trans


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



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


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


Cada estructura secundaria de una proteína tiene aminoácidos característicos

Hélice Lámina β Giro β



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


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


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


- 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


Fibroina de la seda

producida por insectos y arañas

conformaciones β Ala, Gly


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.


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


Análisis de las proteínas globulares revelan patrones estructurales comunes

motivos arreglos estables de varios elementos con estructuras secundarias y la conexión entre ellos

Dominios


Estructura terciaria de algunas proteínas


Citocromo c Lisozima Ribonucleasa


Métodos para identificar la estructura terciaria de una proteína

Difracción de rayos X

Resonancia Magnética Nuclear


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



Desnaturalización y Renaturalización de una proteína

ribonucleasa

aminoacidos peptidos y proteinas

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