LOS AMINOACIDOS, PROTEINAS Y

LIPIDOS

LEONARDO BARRIOS CARRERA

INGENIERIA DE PETROLEO

BIOQUIMICA

USCO

ácidos orgánicos

Con un grupoAmino en posición

alta

Son los principalesConstituyentes de

Las proteínas.

ComponentesBásicos,

estructurales oFuncionales de los

Péptidos y las Proteínas.

Son moléculasSencillas

que al Unirse dan

origenA las

Proteínas.

AMINOACIDOS

Desde el punto de vista químico, los aminoácidos (AA)son ácidos orgánicos con un grupo amino en posiciónalfa.

Según esta definición, los cuatro sustituyentes delcarbono alfa (Ca) en un aminoácido son:

el grupo carboxiloun grupo aminoun átomo de hidrógenouna cadena lateral o grupo R, que es característica decada AA

ASPECTO GENERALES DE LOS AMINOACIDOS

La formula general de un aminoácido:

H

NH2 C COOH

R

H

NH3 C COO

R

átomo carbono α

grupo

aminogrupo cadena lateral

R es uno de los 20 diferentes cadenaslaterales.

A pH 7 tanto el grupo amino como elcarboxilo están ionizados

+

grupo carboxilo

Grupo R o cadena lateral:

•Enlazado al Cα.

•Varía en estructura, tamaño y carga eléctrica a través

de cada amino ácido.

• Lo cual confiere propiedades químicas diferentes en

cada aa.

Constituye una excepción el AA prolina, con un anillopirrolidínico, que puede considerarse como un a-aminoácido que está N-sustituído por su propia cadenalateral

En todos los AA proteicos, excepto en la glicina (Gly), elcarbono a es asimétrico y por lo tanto, son ópticamenteactivos. Esto indica que existen dos enantiómeros(isómeros ópticos), uno de la serie D y otro de la serie L .Los AA proteicos son invariablemente de la serie L

La configuración absoluta de los amino ácidos es especificada en elsistema L, D basado en la configuración de gliceraldehído de EmilFisher.

Los amino ácidos en la configuración L son los que predominan ennaturaleza.

En algunos casos muy concretos se pueden encontrar AA de la serie D: en los peptidoglicanos de la pared celular, en ciertos péptidos con acción antibiótica y en péptidos opioides de anfibios y reptiles.

Cuando un ser vivo se muere, sus AA (de la serie L) experimentan un proceso de racemización (se van convirtiendo poco a poco en una mezcla racémica con D-aminoácidos y L-aminoácidos. Este proceso ocurre con una velocidad característica y, en algunos casos, se puede estimar de manera aproximada la fecha de la muerte a partir del contenido en D-aminoácidos.

PROPIEDADES DE LOS AA

PROPIEDAES FISICAS

• Son sustancias cristalinas, por lo general,solubles en agua y en soluciones ácidas obásicas diluidas, muy poco solubles en ,alcohole insolubles en éter.

• Poseen un elevado punto de fusión que casisiempre sobrepasa los 200 - 300 ºC. convalores por encima de estas temperaturas losaminoácidos se descomponen

PROPIEDADES OPTICAS DE LOS AA

Excepto la glicina, todos los aminoácidospresentan actividad óptica, son capaces dedesviar el plano de vibración de la luzpolarizada. La actividad óptica de losaminoácidos se debe a que, al menos elcarbono alfa de estos compuestos (excepto laglicina) está sustituido de forma asimétricacon 4 grupos químicos diferentes

Propiedades eléctricas• Los aminoácidos deben sus propiedades

eléctricas a la presencia de grupos

• disociables en su molécula: los gruposcarboxilos y aminos:

Estos grupos pueden estar en su formadisociada o no disociada, según el pH del medioen que se encuentre disuelto; debido a ello estoscompuestos pueden existir en distintas formasiónicas. La relación entre la disociación de ungrupo y el pH del medio viene dada por lafórmula de Henderson-Hasselbach

Punto isoeléctrico• Relacionado con el comportamiento eléctrico de

los aminoácidos (PI). EI punto isoeléctrico es elvalor del pH al cual este presenta una carga netacero y no es atraída por ningún polo si losometemos a un campo eléctrico.

• a) Neutro:

• b) acido:

• C) Basico:

Se puede inferir la carga eléctrica netade un aminoácido al comparar el pH del

medio con el valor de su PI.

Los AA son excelentes amortiguadores, gracias a la capacidad de disociación del grupo carboxilo, del grupo amino y de otros grupos

ionizables de sus cadenas laterales (carboxilo, amino, imidazol, fenol, guanidino, etc).

Los grupos ácido-base débiles presentan una capacidadtamponadora máxima en la zona próxima al pKa. La tablade la derecha muestra los pKa de los 20 AA proteicos. Hayque destacar el hecho de que estos valores de pKa

calculados para los AA en disolución pueden verseligeramente modificados en el entorno proteico. Seobserva que el único grupo lateral con un pKa próximo al pHfisiológico es la cadena lateral de la histidina. Por ello, lasproteínas ricas en este AA se comportarán comoexcelentes amortiguadores fisiológicos.

El comportamiento ácido-base de los AA es el que va adeterminar las propiedades electrolíticas de lasproteínas, y de ellas dependen, en gran medida, suspropiedades biológicas. En el modelo de interacciónproteína-ligando, la carga eléctrica de una y otro jueganun papel fundamental. Por este motivo, la función de lasproteínas es extraordinariamente sensible al pH:

A pH bajo, la mayor parte de los grupos disociablesestarán protonados, y por lo tanto habrá un gran númerode cargas positivas en la proteína

A pH elevado, los grupos disociables no estaránprotonados, con lo cual habrá mayor número de cargasnegativas

Cambios en el pH se traducen en cambios en el númerode cargas de la proteína, y estos cambios pueden inhibirla interacción de la proteína con un ligando determinado.Por este motivo, muchas proteínas (enzimas, sobretodo) sólo pueden funcionar en un margen relativamenteestrecho de pH. Aquí radica la importancia delmantenimiento de valores contantes de pH en el mediointerno del organismo.

LOS AMINOACIDOS PUEDEN ACTUAR COMOACIDOS Y COMO BASES

Cuando un aminoácido se disuelve en agua, se encuentraen soluciones en forma del ion dipolar o zwitterion (ionhidriso en aleman), mostrando en la Fig 3.9

Un zwitterion puede actuar bien como acido (dador deprotones):

O como base( aceptor de protones):

Aminoácidos tiene curvas de titulación características

CLASIFICACION DE AMINOACIDOS

Aunque la mayoría de los AA presentes en la Naturaleza seencuentran formando parte de las proteínas, hay algunosque pueden desempeñar otras funciones. Hay, por tanto,dos grupos de AA:

AMINOÁCIDOS PROTEICOS:

- aminácidos codificables o universales, que permanecen

como tal en las proteínas. Los AA proteicos codificables son

20: Alanina(Ala, A)

Cisteína(Cys, C)

Aspártico(Asp, D)

Glutámico(Glu, E)

Fenilalanina (Phe, F)

Glicina(Gly, G)

Histidina(His, H)

Isoleucina(Ile, I)

Lisina (Lys, K)

Leucina(Leu, L)

Metionina(Met, M)

Asparragina (Asn, N)

Prolina(Pro, P)

Glutamina(Gln, Q)

Arginina(Arg, R)

Serina (Ser, S)

Treonina(Thr, T)

Valina (Val, V)

Triptófano(Trp, W)

Tirosina(Tyr, Y)

De estos 20 AA, la mitad pueden ser sintetizados por elhombre, pero el resto no, y por lo tanto deben sersuministrados en la dieta: son los AA esenciales.

Son AA esenciales: Arg, Val, Leu, Ile, Phe, Trp, Thr, Met yLys. Además, en recién nacidos el AA His es esencialporque su organismo todavía no ha madurado lo suficientecomo para poder sintetizarlo.

Las personas vegetarianas pueden tener problemas paraobtener alguno de estos AA en cantidad suficiente. Parasolucionarlo, suelen optar por consumir huevos y leche(dieta ovolactovegetariana) o pueden tomar los AAdeficitarios en forma de pastillas, como suplementonutricional.

Los AA proteicos se pueden clasificar en función de:

La naturaleza y propiedades de la cadena lateral R

1.- neutros o alifáticos

2.- aromáticos

3.- hidroxiáminoacidos

4.- tioaminoácidos

5.- iminoácidos

6.- dicarboxílicos y sus amidas

7.- dibásicos

La polaridad de la cadena lateral R:

APOLARES

POLARES SIN CARGA

CATIÓNICOS

ANIÓNICOS

- aminácidos modificados o particulares, que son elresultado de diversas modificaciones químicas posterioresa la síntesis de proteínas.

Una vez que los AA codificables han sido incorporados a las proteínas, pueden sufrir ciertas transformaciones que dan lugar a los AA modificados o particulares. Entre las modificaciones más frecuentes destacan:

HIDROXILACIÓN: Ejemplos típicos son la 4-hidroxiprolina o la 5-hidroxilisina, que se encuentran enproporción importante en el colágeno. Estos AA seincorporan a la proteína como P o como K, y sonposteriormente hidroxilados.

CARBOXILACIÓN: El E, por carboxilación post-sintéticase convierte en ácido g-carboxiglutámico.

ADICIÓN DE IODO: En la tiroglobulina (una proteína deltiroides), la Y sufre diversas reacciones de iodación ycondensación que originan AA como la monoiodotirosina,diiodotirosina, la triiodotirosina o la liotirosina.

FOSFORILACIÓN: La actividad de muchas proteínas sepuede modificar mediante reacciones de fosforilación(catalizadas por las enzimas quinasas) o desfosforilación(catalizadas por las enzimas fosfatasas). Los residuos quese suelen fosforilar son la serina y la tirosina.

GLICOSILACIÓN: Las glicoproteínas son proteínas unidasa cadenas de oligosacárido. Éstas se unen mediante unenlace O-glicosídico a un residuo de serina o treonina omediante un enlace N-glicosídico a un residuo deasparagina.

CONDENSACIÓN: La cistina es el resultado de la unión de dos C por medio de un puente disulfuro (-S-S-).

AMINOÁCIDOS NO PROTEICOS:

Se conocen más de un centenar, sobre todo en plantas superiores, aunque su función no siempre es conocida. Se pueden dividir en tres grupos:

1.- D-AMINOÁCIDOS: La D-Ala y el D-Glu forman partedel peptidoglicano de la pared celular de las bacterias. Lagramicidina S es un péptido con acción antibiótica quecontiene D-Phe. En ciertos péptidos opioides de anfibios yreptiles también aparecen D-aminoácidos.

2.- a-AMINOÁCIDOS NO PROTEICOS: La L-ornitina yla L-citrulina son importantes intermediarios en elmetabolismo de la eliminación del nitrógeno y la creatina(un derivado de la G) juega un papel importante comoreserva de energía metabólica. También pertenecen a estegrupo la homoserina y la homocisteína.

3.- w-AMINOÁCIDOS: En estos AA, el grupo aminosustituye al último carbono (carbono w), no al carbono a. Lab-Alanina forma parte de algunos coenzimas, y el ácido g-aminobutírico es un importante neurotransmisor.

CLASIFICACION DE PROTEINAS SEGÚN GRUPO R

-

- Aminoácidos neutros polares.- Cuando su grupo R contieneenlaces covalentes polares, así, aun sin tener cargaeléctrica, sí que presentan afinidad por el agua.

- Aminoácidos neutros no polares.- Cuando su grupo R sólo

contiene enlaces covalentes apolares, por lo cual son hidrófobos

(repulsión por el agua). Los grupos R pueden ser alifáticos o

aromáticos.

-Aminoácidos ácidos.- Cuando su grupo R lleva un grupo

ácido, de modo que con un pH neutro en el medio, los

aminoácidos presentan una carga eléctrica negativa.

- Aminoácidos básicos.- Cuando su grupo R lleva al menos un

grupo básico (amino), de modo que con un pH neutro en el

medio, los aminoácidos presentan una carga eléctrica positiva.

NOMBRE DEL

AMINOACIDOESTRUCTURA FUNCION

AMINOACIDOS

APOLARES:

PROLINA

La prolina está involucrada en la producción del colágeno.

Está también relacionada con la reparación y mantenimiento

de los músculos y huesos.

LEUCINA

SON TRES AMINOACIDOS QUE PARTICIPAN JUNTOS EN LA PRODUCCION DE

ENERGIA MUSCULAR.

MEJORA LOS TRANSTORNOS NEUROMUSCULARES.

PREVIENEN LA ATROFIA MUSCULAR POSTERIOR A UNA FRACTURA ÓSEA

CUANDO HAY INMOVILIZACION TIENEN LA CAPACIDAD DE PREVENIR EL

DAÑO HEPATICO.

GLICINA

participa en la neurotransmisión donde tiene una función

inhibitoria. Se forma a partir de la serina, otro aminoácido

que a su vez se forma desde el ácido pirúvico, o lo que sería lo

mismo, desde la glucosa en la etapa anterior al ciclo de Krebs.

El precursor inmediato de la glicina es la serina, que se

convierte en glicina por la actividad de la enzima serina

hidroximetiltransferasa (SHMT)99+98

NCOOH

H

C

H

NH2

COOHCH2CH

CH3

CH3

C

H

H COOH

NH2

ISOLEUCINASON TRES AMINOACIDOS QUE PARTICIPAN JUNTOS EN LA PRODUCCION DE ENERGIA

MUSCULAR.

MEJORA LOS TRANSTORNOS NEUROMUSCULARES.

PREVIENEN LA ATROFIA MUSCULAR POSTERIOR A UNA FRACTURA ÓSEA CUANDO HAY

INMOVILIZACION TIENEN LA CAPACIDAD DE PREVENIR EL DAÑO HEPATICO.

FENILALANINA

ES UN ESTIMULANTE CEREBRAL.

ESTA RECONOCIDA SU EFICACIA PARA ALIVIAR EL DOLOR.

SE UTILIZA SIEMPRE QUE SE REQUIERE UN ESPECIAL ALERTA CEREBRAL.

INCREMENTA LOS NIVELES DE ENDORFINA.

AYUDA A REGULAR EL RITMO CARDIACO.

ALANINA

Interviene en el metabolismo de la glucosa.

La glucosa es un carbohidrato simple que el organismo utiliza

Como fuente de energía.

VALINA

SON TRES AMINOACIDOS QUE PARTICIPAN JUNTOS EN LA PRODUCCION DE ENERGIA

MUSCULAR.

MEJORA LOS TRANSTORNOS NEUROMUSCULARES.

PREVIENEN LA ATROFIA MUSCULAR POSTERIOR A UNA FRACTURA ÓSEA CUANDO HAY

INMOVILIZACION TIENEN LA CAPACIDAD DE PREVENIR EL DAÑO HEPATICO.

C

H

CH3

NH2

COOH

C

H

NH2

CH

CH3

CH3

COOH

H

COOH

NH2

CCH2

C

H

NH2

COOHCH

CH3

CH2CH3

AMINOACIDOS

POLARES:

TREONINA

ACTUA COMO FACTOR LIPOTROFICO EVITANDO EL HIGADO GRASO

PARTICIPAN EL FORMACION DEL COLAGENO Y HELASTINA.

AYUDA A TRANSPORTAR EL FOSFATO EN LAS FOSFOPROTEINAS.

GLUTAMINA

Este aminoácido es un nutriente cerebral que interviene

específicamente en la utilización de la glucosa por las células

del cerebro.

Sirve de sustrato energético para células que se dividen

rápidamente, como enterocitos, linfocitos, reticulocitos,

fibroblastos y células tumorales. Cuando se oxida la glutamina

en el enterocito, se produce alanina, citrulina y prolina, además

de amoníaco y CO2.SERINA

La serina, junto con otros aminoácidos, interviene en la

desintoxicación del organismo, en el crecimiento de tejido

muscular, en el metabolismo de las grasas y de los ácidos

grasos.

ASPARAGINA forma oxaloacetato a partir del aspartato que aparece después

de la reacción en la que, por medio de la asparaginasa, la

esparagina es hidrolizada produciendo además amoniaco

METIOTINA

La serina, junto con otros aminoácidos, interviene en la

desintoxicación del organismo, en el crecimiento de tejido

muscular, en el metabolismo de las grasas y de los ácidos

grasos.

C C COOHCH3

OH H

NH2H

CCH2CH2C

NH2

O NH2

H

COOH

C

H

NH2

COOHCH2HO

C COOH

H

NH2

CH2C

NH2

O

C

H

NH2

COOHCH2CH2SCH3

AMINOACIDOS

BASICOS:

LISINA

SE UTILIZA CON ÉXITO EN EL HERPES LABIAL.

MEJORA LA FUNCION INMUNITARIA COLABORANDO EN LA

FORMACION DE ANTICUERPOS.

MEJORA LA FUNCION GASTRICA.

ARGININA

Interviene en el mantenimiento del equilibrio de nitrógeno y

de dióxido de carbono. También está implicada en la

producción de hormona de crecimiento, relacionada con el

crecimiento de los tejidos y músculos y en el mantenimiento y

reparación del sistema nervioso.

TRIPTOFANO

ES MATERIA PRIMA PARA LA SINTESIS DE VITAMINA B3.

SE UTILIZA CON ÉXITO EN LOS CASOS DE ADAPTACION,

ESTRÉS, ANCIEDAD, INSOMNIO Y CONDUCTA

COMPULSIVA.

HISTIDINA

Se encuentra abundantemente en la

hemoglobina; se ha utilizado en el tratamiento

de artritis reumatoide, enfermedades

alérgicas, úlceras y anemia. Su deficiencia

puede causar deficiencias en la audición.

C

H

NH2

COOH(CH2)4NH2

NHCNH2

NH

(CH2)3 C

H

NH2

COOH

HN

CH2 C

H

NH2

COOH

N

NCH2 C

H

COOH

NH2H

AMINOACIDOS

ACIDOS:

ACIDO

ASPARTICO

está relacionado con el correcto

funcionamiento del hígado ya que colabora en

su desintoxicación. Se combina con otros

aminoácidos formando moléculas capaces de

absorber toxinas de la corriente sanguínea

TIROSINA

La tirosina actúa como neurotransmisor. Está

relacionado con la síntesis de las

catecolaminas en el cerebro, células

cromafines (de la glándula suprarrenal) y en

los nervios y ganglios del sistema simpático.

ACIDO

GLUTAMICO

tiene gran importancia a nivel del

sistema nervioso central y actúa como

estimulante del sistema inmunológico

CISTEINA

formar parte de proteínas de gran

importancia biológica como son la

taurina y el glutatión. Parece que la

taurina actúa como neurotransmisor en

la retina y otras zonas del sistema

nervioso central.

C COOH

H

NH2

CH2C

HO

O

HO CH2 C

H

COOH

NH2

CCH2CH2C

HO

O NH2

H

COOH

C

H

NH2

COOHCH2HS

FUNCIONES•Son precursores de los péptidos y lasproteínas

• Forman parte de vitaminas

•Son precursores en la síntesis de algunashormonas

•Son aminoácidos, algunos antibióticos(cloramfenicol).

•Algunos son metabolitos intermediarios deimportantes vías metabólicas.

• asimilan los nutrientes.

• Intervienen en procesos de coagulación y

de transporte de oxígeno y grasas en la

sangre.

•Facilitan la entrada a las células de glucosa,

aminoácidos.

•Como parte del sistema inmunológico

inactivan los materiales tóxicos o peligrosos

•Definen la identidad de cada ser vivo pues

son la base de la estructura del código

genético.

CARACTERISTICAS DE LOS AA

• Fundamentalmente es la hidrofobicidad de la cadena lateral (con excepción de G)

•Suelen ocupar el interior de las proteínas globulares, donde contribuyen a la estructura global de la proteína debido al efecto hidrofóbico (“micela proteica”)

•Reactividad química muy escasa

TRANSPORTE DE LOS AA

Los a.a. atraviesan las membranas a través de mecanismos de transportadores específicos.

Pueden hacerlo por:

Transporte activo secundario

Difusión facilitada

DESTINO DE LOS AA

Todos los aminoácidos absorbidos pasan a la sangre y juntocon los aminoácidos que proceden de la degradación deproteínas corporales forman parte de un ““fondo común” o“pool”, los cuales tienen diferentes alternativas metabólicas:

a) Síntesis de nuevas proteínas especificas.

b) Transformación en compuestos no proteicos deimportancia fisiológica.

c) Degradación con fines energéticos.

Los aminoácidos, no se almacenan en el organismo.

Sus niveles dependen del equilibrio entre biosíntesis(anabolismo) y degradación (catabolismo) de proteínascorporales, es decir del balance nitrogenado).

El N se excreta por orina y heces

En los animales cuyo consumo de proteínas en la alimentación superaa las necesidades existentes para la síntesis de proteína y otrasbiosíntesis, el exceso de nitrógeno se degrada en su mayor parte y losesqueletos carbonados se metabolizan en el ciclo del ácido cítrico.

Las reacciones de transaminación contribuyen a la degradación delos aminoácidos, con la eliminación del grupo α- amino para dar el α-cetoácido correspondiente.

El proceso neto es la desaminación del aminoácido al cetoácidocorrespondiente más amoniaco.

Una vez eliminado el nitrógeno, el esqueleto carbonado puedeprocesarse hacia la oxidación en el ciclo cítrico o puede utilizarse parala biosíntesis de hidratos de carbono dependiendo del estadofisiológico del organismo.

CATABOLISMO DE LOS A.A

Los 20 aminoácidos convergen a sólo 7 metabolitos distintos:

1. Piruvato2. Oxalacetato3. Fumarato4. Succinato5. α-ceto-glutarato6. Acetil-CoA7. Acetoacetil-CoA

Destino del grupo nitrogenado: Desaminación Oxidativa

Separación del grupo nitrogenado.

Reacción reversible por lo que el amonio puede unirse al α-cetoglutarato para formar glutamato nuevamente, utilizando como coenzima NADPH+

Excreción del Exceso de Nitrógeno

El exceso de nitrógeno se excreta en una de las siguientes formas:

* Amoniaco (ión amonio)

* Urea

* Ácido úrico.

NH3 , Amoniaco

NH4+, Ión Amonio

Urea

Ac. úrico

El principal producto de desecho del metabolismo del nitrógeno en los animales terrestres lo constituye la urea (compuesto hidrosoluble)

CICLO DE LA UREA

Ruta metabólica cíclica que transforma el amoniaco de los

aminoácidos en urea.

Definición

Hígado

Órgano involucrado

Lugar

Mitocondria -Citosol

Excreción

Riñones

El matabolismo de los aminoácidos concluye con sucatabolismo y formación de sustancias factibles de serexcretadas como la urea.

La biosíntesis de este metabolito final encierra cuatro etapas:

1. Transaminación

2. Desaminación Oxidativa

3. Transporte de amoniaco

4. Ciclo de la urea.

Ciclo de la Urea y Ciclo Cítrico

AMINOÁCIDOS CON ACTIVIDAD

BIOLÓGICA

Los a.a o sus derivados actúan como mensajeros químicos:

Glicina, Glutamina (GABA), Triptofano (5- HT y Melatonina).

Los a.a son derivados de moléculas que tiene nitrógeno

Bases nitrogenadas de los ácidos nucleicos

Intermediarios metabólicos (formación de la urea)

Glicina, Citrulina y Ornitina

ALGUNOS AA IMPORTANTES QUE NO SE ENCUENTRAN EN LAS PROTEINAS

Apolares neutros; dado su carácter hidrofobico estos a.aparticipan en el mantenimiento de la estructuratridimensional de la proteínas.

Cadena R hidrocarbonadas dos tipos: Aromáticos(hidrocarburos, cíclicos- instaurados). Absorción de laluz.

Alifaticos o alcanos; (no aromaticos, metanos).

OH; parcialmente polares y S: enlaces disulfuro (fig)

Polares neutros: grupos funcionales capaces de formarenlaces de H. (OH)(fig).

Aminoácidos ácidos: conservan sus cadenas laterales ungrupo carboxilato -.

Aminoácidos básicos: a un pH fisiológico llevan una carga+ por lo que forman enlaces ionicos con los a.a ácidos.

Composicion de las proteinasen cuanto a AA

Para determinar la cantidad de cadaaminoacido en una proteina es precisoempezar por someterla a hidrólisis, conacidos, álcalis o enzimas, según elaminoácido que vaya a determianrse. Lahidrólisis acida, en ausencia de aire, es elmetodo que se prefiere de ordinario

METODOS PARA LA IDENTIFICACION DE AA

METODOS QUÍMICOS. El primer método, ydesde el punto de vista cuantitativo el métodomas burdo, consiste en aislamiento directo delos aminoácidos o de sus derivados, a base dediferencias en sus solubilidades.

METODOS MICROBIOLOGICOS. Muchosmicroorganismos proliferan en mediosfrancamente simples y cuya composición puedevariarse a voluntad. Estos microorganismosrequieren a menudo determinados aminoácidos(aminoácidos esenciales) para su crecimiento.

METODO DE DISOLUCIÓN ISOTOPICO. Estemétodo puede ser extraordinariamente exacto,pero requiere de aminoácidos puertos marcadosisotópicamente, es muy laborioso y a veces, comoen el caso de isótopos estables, requiere del usode equipo de ensayo costoso (espectrómetro demasas).

ANÁLISIS CROMATOGRAFICO. Con muchadiferencia, el método mas útil y mas preciso paradeterminar la cantidad de cada aminoácido en unhidrolizado de proteína es la separación de losaminoácidos en una columna de adsorbente,seguida por la elusión consecutiva de cada ácido(Stein y Moore).

METODO DE SANGER. Las proteínas pueden ser caracterizadas por un análisis ulterior de los residuos N y C-terminal. La mayoría de las proteínas tienen dos extremos: un amino (N-terminal) y un carboxilo (C-terminal).

METODO DE EDMAN En este procedimiento se utiliza el reactivo fenilisotiocianato, que marca y libera tan solo el residuo N-terminal sin destruir el resto de la proteína. El aminoácido del N-terminal liberado se puede aislar e identificar; el derivado del aminoácido se conoce como una feniltiohidantoina.

Los péptidos están formados por la unión de aminoácidosmediante un enlace peptídico.

El enlace peptidico es un enlace covalente que se estableceentre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino delsiguiente, dando lugar al desprendimiento de una molécula deagua.

> Dipéptidos: formado por 2 aminoácidos.> Tripéptidos : formado por 3 aminoácidos.> Tetrapéptidos : formado por 4 aminoácidos.> Oligopéptidos : si tiene menos de 10 aminoácidos.

> Polipéptidos : si tiene más de 10 aminoácidos.

PROTEINASLas proteínas son biomoleculas formadas básicamentepor carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Puedenademás contener azufre y en algunos tipos de proteínas,fósforo, hierro, magnesio y cobre entre otroselementos.

Pueden considerarse polímeros de unas pequeñas moléculasque reciben el nombre de aminoácidos y serían portanto la monómera unidad. Los aminoácidos están unidosmediante enlaces pepiticos.

La unión de un bajo número de aminoácidos da lugar a unpéptido; si el n: de aa. que forma la molécula no esmayor de 10, se denomina oligopéptido, si es superior a10 se llama polipéptido y si el n: es superiora 50 aa. se habla ya de proteína.

Péptidos y proteínas

Los péptidos y las proteínas son polímeros (del griego poli muchos, meros parte) de aminoácidos unidos por enlace peptídico.

Cada aminoácido que forma parte de una cadena peptídicase le denomina residuo pues ha perdido un átomo dehidrógeno de su grupo amino y una porción hidroxilo de sugrupo carboxilo, o uno de los 2 si ocupan los extremos dela cadena.

Como el enlace peptídico se establece entre el grupo α-carboxilo de un aminoácido Y el grupo a-amino del siguiente,los residuos de los extremos tendrán: uno, el grupoamino no Comprometido en el enlace, y el otro, el carboxilo.Por convenio, el residuo aminoacídico que tiene el grupoamino libre (N-terminal) suele escribirse a la izquierdaY el que Posee el grupo carboxilo libre (C-terminal), a laderecha.

Estructura de los péptidos

CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS

Las proteínas son polímeros lineales de a-aminoácidos conamplia variabilidad estructural y funciones biológicas muydiversas. La variedad de proteínas es elevadísima, y parasu clasificación se suele recurrir a:

criterios físicoscriterios químicos

criterios estructuralescriterios funcionales

Es difícil hacer una clasificación más descriptiva oconceptual. Sin embargo, los criterios que hemos descritoson muy útiles desde el punto de vista práctico, y nospermiten definir al colágeno como una proteína simple,fibrosa y oligomérica, y al citocromo c como una proteínaconjugada, globular y monomérica.

CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS

El criterio físico más utilizado es la solubilidad. Así sedistinguen1.albúminas: proteínas que son solubles en agua o endisoluciones salinas diluídas2.globulinas: requieren concentraciones salinas máselevadas para permanecer en disolución3.prolaminas: solubles en alcohol4.glutelinas: sólo se disuelven en disoluciones ácidas obásicas5.escleroproteínas: son insolubles en la gran mayoría de losdisolventes

CRITERIO FÍSICO

Desde un punto de vista químico, existen dos grandesgrupos de proteínas:•proteínas simples: formadas exclusivamente por a-aminoácidos, como es el caso de la ubiquitina, una proteasaintracelular formada por 53 AA.•proteínas conjugadas: que contienen además de la cadenapolipeptídica un componente no aminoacídico llamado grupoprostético, que puede ser un azúcar, un lípido, un ácidonucleico o simplemente un ión inorgánico. La proteína enausencia de su grupo prostético no es funcional, y se llamaapoproteína. La proteína unida a su grupo prostético esfuncional, y se llama holoproteína (holoproteína =apoproteína + grupo prostético). Son proteínas conjugadasla hemoglobina, la mioglobina, los citocromos, etc. En lafigura inferior derecha se representa el citocromo c,donde el grupo prostético (representado en color verde) esel grupo hemo.

CRITERIO QUÍMICO

En cuanto a su forma molecular, podemos distinguir:•proteínas globulares: la cadena polipeptídica apareceenrollada sobre sí misma dando lugar a una estructura máso menos esférica y compacta.•proteínas fibrosas: si hay una dimensión que predominasobre las demás, se dice que la proteína es fibrosa. Lasproteínas fibrosas, por lo general, tienen funcionesestructurales.

CRITERIO ESTRUCTURAL (DE FORMA)

Desde un punto de vista funcional se distinguen:•proteínas monoméricas: constan de una sola cadenapolipeptídica, como la mioglobina.•proteínas oligoméricas: constan de varias cadenaspolipeptídicas. Las distintas cadenas polipeptídicas quecomponen una proteína oligomérica se llaman subunidades,y pueden ser iguales o distintas entre sí. Un ejemplo es lahemoglobina, formada por 4 subunidades, cada unarepresentada de distinto color en la figura inferior.

CRITERIO FUNCIONAL

ESTRUCTURA PRIMARIA

ESTRUCTURA PRIMARIA DE LAS PROTEÍNAS

La estructura primaria viene determinada por lasecuencia de AA en la cadena proteica, es decir, el númerode AA presentes y el orden en que están enlazados (Fig.abajo). Las posibilidades de estructuración a nivel primarioson prácticamente ilimitadas. Como en casi todas lasproteínas existen 20 AA diferentes, el número deestructuras posibles viene dado por las variaciones conrepetición de 20 elementos tomados de n en n, siendo n elnúmero de AA que componen la molécula proteica.

ESTRUCTURA PRIMARIA DE LAS PROTEÍNAS

Generalmente, el número de AA que forman una proteínaoscila entre 80 y 300. Los enlaces que participan en laestructura primaria de una proteína son covalentes: son losenlaces peptídicos. El enlace peptídico es un enlace amidaque se forma entre el grupo carboxilo de una AA con elgrupo amino de otro, con eliminación de una molécula deagua. Independientemente de la longitud de la cadenapolipeptídica, siempre hay un extremo amino terminal y unextremo carboxilo terminal que permanecen intactos. Porconvención, la secuencia de una proteína se lee siemprea partir de su extremo amino.

ESTRUCTURA PRIMARIA DE LAS PROTEÍNAS

Como consecuencia del establecimiento de enlacespeptídicos entre los distintos AA que forman la proteína seorigina una cadena principal o "esqueleto" a partir del cualemergen las cadenas laterales de los AA (Átomossombreados en la Fig. abajo). Los átomos que componen lacadena principal de la proteína son el N del grupo amino(condensado con el AA precedente), el Ca (a partir del cualemerge la cadena lateral) y el C del grupo carboxilo (que secondensa con el AA siguiente). Por lo tanto, la unidadrepetitiva básica que aparece en la cadena principal de unaproteína es: (-NH-Ca-CO-)

Como la estructura primaria es la que determina los nivelessuperiores de organización, el conocimiento de la secuenciade AA es del mayor interés para el estudio de la estructura yfunción de una proteína. Clásicamente, la secuenciación deuna proteína se realiza mediante métodos químicos. Elmétodo más utilizado es el de Edman, que utiliza elfenilisotiocianato para marcar la proteína (representado en laFig. abajo como un triángulo) e iniciar una serie de reaccionescíclicas que permiten identificar cada AA de la secuenciaempezando por el extremo amino. Hoy en día esta serie dereacciones las realiza de forma automática un aparatollamado secuenciador de AA.

Es el plegamiento que la cadena polipeptídica adopta gracias a laformación de puentes de hidrógeno entre los átomos queforman el enlace peptídico. Los puentes de hidrógeno (en colorverde en la figura inferior) se establecen entre los grupos -CO-y -NH- del enlace peptídico (el primero como aceptor de H, y elsegundo como donador de H). De esta forma, la cadenapolipeptídica es capaz de adoptar conformaciones de menorenergía libre, y por tanto, más estables.

Se pueden distinguir varios tipos de conformaciones quedeterminan la estructura secundaria de una proteína:

1.CONFORMACIÓN AL AZAR2.HÉLICE A3.HOJA B4.GIROS B

5.CONFORMACIÓN DEL COLÁGENO6.ESTRUCTURAS SUPERSECUNDARIAS

ESTRUCTURA SECUNDARIA

HÉLICE alfa

Cuando la cadena principal o esqueleto de un polipéptido se pliegaen el espacio en forma de helicoide dextrógiro se adopta unaconformación denominada hélice a. Esta estructura es periódicay en ella cada enlace peptídico puede establecer dos puentesde hidrógeno (Fig. líneas punteadas). Un puente de hidrógeno seforma entre el grupo -NH- del enlace peptídico del AA enposición n y el grupo -CO- del enlace peptídico del AA situado enposición n-4. El otro puente de hidrógeno se forma entre elgrupo -CO- del enlace peptídico del AA en posición n y el grupo -NH- del enlace peptídico del AA situado en posición n+4.. Cadavuelta de la hélice implica 3,6 AA, con una translación media porresiduo de 0,15 nm, lo que indica que la hélice tiene un paso derosca de 0,54 nm. Dicho con otras palabras, una vuelta completade la hélice a representa una distancia de 0,54 nm y contiene 3,6residuos de AA.

Las cadenas laterales de los AA se sitúan en la parteexterna del helicoide, lo que evita problemas deimpedimentos estéricos. Los AA alanina, glutamina,leucina y metionina se encuentran frecuentementeformando parte de hélices a, mientras que la prolina,glicina, tirosina y serina no. De hecho, la prolina seconsidera un terminador de la hélice ya que su Ca no tienelibertad de giro, y al estar integrado en un anillo, interfiereen la formación de puentes de hidrógeno. Los AA muypolares (Lys, Glu) también desestabilizan la hélice a porquelos enlaces de hidrógeno pierden importancia frente a lasinteracciones electrostáticas de atracción o repulsión. Poreste motivo, la estructura en hélice a es la que predomina avalores de pH en los que los grupos ionizables no estáncargados. En caso contrario, adoptan la conformación alazar.

• En éste nivel estructuralla estructura primariaadopta disposiciónhelicoidal. Los grupos R delos Aa se sitúan en el poloexterior de la hélice. Ycada 3.6 Aa la hélice dauna vuelta completa.

• La hélice se estabiliza conpuentes de hidrógeno quese establecen entre losgrupos –N-H de un enlacepeptídico y el grupo –C=Ode un enlace peptídicosituado 3.6 posicionesdespués.

• La estructura helicoidal esdextrógira, es decir; lasvueltas de la hélice giran ala derecha.

• Adquieren estaconformación, proteínasque poseen elevado númerode aminoácidos conradicales hidrófilos, ya quelas cargas interactúan conlas moléculas de agua que larodean.

• Dificultarán la formaciónde la hélice los Aa conradicales hidrófobos y lapresencia del Aminoácidoprolina.

La estabilidad de la a-hélice puede verse afectada por:

1. La repulsión (o atracción) electrostática entre residuos deaminoacidos, cuyas cadenas laterales presenten cargaseléctricas iguales o diferentes, a pH fisiológico por ejemplo,muchos residuos de aminoácidos polares iónicos contiguosimpediría la formación de la u-hélice en ese segmento.

2. Volumen de los grupos adyacentes. El tamaño y la forma dealgunos grupos de la cadena lateral de los residuos deaminoácidos, impiden la formación o desestabilizan la a-hélice;por ejemplo, la cercanía de los residuos de asparagina, serina,treonina y leucina.

3. Interacciones entre cadenas laterales de aminoácidosseparadas por 3 6 4 residuos. Cuando existen aminoácidosbásicos y ácidos separados por 3 ó 4 residuos se establecenentre ellos interacciones iónicas que inestabilizan la a-hélice, lo

mismo ocurre en el caso de 2 aminoácidos aromáticos alestablecerse entre ellos interacciones hidrofóbicas.

4. Presencia de residuos de prolina. La prolina es unaminoácido cíclico; el átomo denitrógeno forma parte de unanillo rígido, por lo que no existe rotación alrededor delenlace N-C,; tampoco dispone del átomo de hidrógeno delnitrógeno amídico Para formar puentes de hidrógenos.

5. Interacción entre aminoácidos en los extremos de laa-hélice y el dipolo eléctrico inherente a estaestructura. Cada enlace peptídico es un pequeño dipoloeléctrico, donde el oxígeno carbonílico tiene carga parcialnegativa y el nitrógeno amida carga parcial positiva.

HOJA Beta

Cuando la cadena principal de un polipéptido se estira almáximo que permiten sus enlaces covalentes se adopta unaconfiguración espacial denominada estructura b, que suelerepresentarse como una flecha. En esta estructura lascadenas laterales de los aminoácidos se sitúan de formaalternante a la derecha y a la izquierda del esqueleto de lacadena polipeptídica. Las estructuras b de distintascadenas polipeptídicas o bien las estructuras b dedistintas zonas de una misma cadena polipeptídica puedeninteraccionar entre sí mediante puentes de hidrógeno,dando lugar a estructuras laminares llamadas por su formahojas plegadas u hojas b

Cuando las estructuras b tienen el mismo sentido N-C, lahoja b resultante es paralela, y si las estructuras b tienensentidos opuestos, la hoja plegada resultante esantiparalela.

Esta conformación es típica de proteínas fibrosas como lafibroína de la seda, donde numerosas estructuras bantiparalelas dan lugar a varias hojas b, pero tambiénaparece en proteínas globulares como lasinmunoglobulinas.

En ésta disposición los Aa no forman una hélice, sino unacadena en forma de zig-zag denominada disposición enlámina plegada. Se estabiliza creando puentes dehidrógeno entre distintas zonas de la misma molécula o devarias moléculas, doblando en zigzag las estructuras,adquiriendo asi esa forma plegada.

Representación de la conformación en lámina plegada (en violeta los puentes de

hidrógeno)

CONFORMACIÓN β Ó LÁMINA PLEGADA

GIROS beta

Secuencias de la cadena polipeptídicacon estructura a o b a menudo estánconectadas entre sí por medio de losllamados giros b (Figura de la derecha,en color blanco). Son secuencias cortas,con una conformación característica queimpone un brusco giro de 180o a lacadena principal de un polipéptido.

AA como Asn, Gly y Pro (que se acomodan mal enestructuras de tipo a o b) aparecen con frecuenciaen este tipo de estructura.La conformación de los giros b está estabilizadageneralmente por medio de un puente de hidrógenoentre los residuos 1 y 4 del giro b (En color verde enlas Fig.izquierda). En la Figura de la derecha no serepresentan los átomos de hidrógeno.

Se llama estructura terciaria a la disposición tridimensionalde todos los átomos que componen la proteína, conceptoequiparable al de conformación absoluta en otras moléculas.La estructura terciaria de una proteína es la responsabledirecta de sus propiedades biológicas, ya que la disposiciónespacial de los distintos grupos funcionales determina suinteracción con los diversos ligandos. Para las proteínas queconstan de una sola cadena polipeptídica (carecen deestructura cuaternaria), la estructura terciaria es la máximainformación estructural que se puede obtener. La estructuraterciaria es una disposición precisa y única en el espacio, ysurge a medida que se sintetiza la proteína. En otraspalabras, la estructura terciaria está determinada por lasecuencia de AA (estructura primaria).

ESTRUCTURA TERCIARIA

Se distinguen dos tipos de estructura terciaria:Proteínas con estructura terciaria de tipo fibroso en lasque una de las dimensiones es mucho mayor que las otrasdos. Son ejemplos el colágeno, la queratina del cabello o lafibroína de la seda), En este caso, los elementos deestructura secundaria (hélices a u hojas b) puedenmantener su ordenamiento sin recurrir a grandesmodificaciones, tan sólo introduciendo ligeras torsioneslongitudinales, como en las hebras de una cuerda.

Proteínas con estructura terciaria de tipo globular, másfrecuentes, en las que no existe una dimensión quepredomine sobre las demás, y su forma esaproximadamente esférica. En este tipo de estructuras sesuceden regiones con estructuras al azar, hélice a hoja b,acodamientos y estructuras supersecundarias. Mioglobina

Desde un punto de vista funcional esta estructura es la mas importante y se alcanza cuando la mayoría de las proteínas adoptan en sus actividades biológica y funcional.

ENLACE RESPONSABLES DE LAS ESTRUCTURAS TERCIARIAS GLOBULAR

• Esta conformación globular se mantiene estable gracias a la existencia de enlaces entre los radicales R de los aminoácidos. Existen varios tipos de enlaces:

1. puentes disulfuro

2. puentes de hidrógeno

3. puentes eléctricos

4. interacciones hidrofóbicas

5. enlaces de Van der Waals

Cuando una proteína consta de más de una cadena polipeptídica,es decir, cuando se trata de una proteína oligomérica, decimos quetiene estructura cuaternaria. La estructura cuaternaria debeconsiderar: (1) el número y la naturaleza de las distintassubunidades o monómeros que integran el oligómero y (2) la formaen que se asocian en el espacio para dar lugar al oligómero.

En proteínas con estructura terciaria de tipo fibroso, laestructura cuaternaria resulta de la asociación de variashebras para formar una fibra o soga. La miosina o latropomiosina constan de dos hebras con estructura de hélicea enrolladas en una fibra levógira. La a-queratina del cabelloy el fibrinógeno de la sangre presentan tres hebras en cadafibra levógira. El colágeno consta de tres hebras helicoidaleslevógiras que forman una fibra dextrógira. La fibroína de laseda presenta varias hebras con estructura de hoja borientadas de forma antiparalela.

ESTRUCTURA CUATERNARIA

Cuando varias proteínas con estructura terciaria de tipoglobular se asocian para formar una estructura de tipocuaternario, los monómeros pueden ser:

Exactamente iguales, como en el caso de lafosfoglucoisomerasa o de la hexoquinasa.

Muy parecidos, como en el caso de la lactato deshidrogenasa.

Con estructura distinta pero con una misma función, como enel caso de la hemoglobina.

Estructural y funcionalmente distintos, que una vez asociadosforman una unidad funcional,como en el caso de la aspartatotranscarbamilasa, un enzima alostérico con seis subunidades conactividad catalítica y seis con actividad reguladora.

La estructura cuaternaria modula la actividad biológica dela proteína y la separación de las subunidades a menudoconduce a la pérdida de funcionalidad. Las fuerzas quemantienen unidas las distintas cadenas polipeptídicasson, en líneas generales, las mismas que estabilizan laestructura terciaria. Las más abundantes son lasinteracciones débiles (hidrofóbicas, polares,electrostáticas y puentes de hidrógeno), aunque en algunoscasos, como en las inmunoglobulinas, la estructuracuaternaria se mantiene mediante puentes disulfuro. Elensamblaje de los monómeros se realiza de formaespontánea, lo que indica que el oligómero presenta unmínimo de energía libre con respecto a los monómeros.

Funciones de

proteínas

EJEMPLOS

Estructural Algunas glicoproteínas forman parte de las membranas, actúan como receptores y

facilitan el transporte de sustancias. El citoesqueleto, los cilios y flagelos, los

ribosomas están constituidos por proteínas. Las histonas, forman parte de los

cromosomas que regulan la expresión genética.

Enzimática Son las mas numerosas y específicas; actúan como biocatalizadores de las

reacciones metabólicas.

Hormonal Algunas hormonas son proteínas; por ejemplo: insulina, glicagón, tiroxina, ACTH,

calcitonina

Reguladora Algunas proteínas (glicoproteínas) regulan la expresión de ciertos genes y otras

regulan la división celular

Homeostática Hay proteínas que mantienen el equilibrio osmótico y actúan junto con sistemas

amotiguadores en la regulación del pH

Defensiva Las inmunoglobulinas actúan como anticuerpos. La trombina y el fibrinógeno

(filamentosas) contribuyen a la formación de coágulos para evitar hemorragias. Las

mucinas protegen las mucosas (efecto bactericida). Algunas toxinas bacterianas son

proteínas fabricadas con misión defensiva.

Transporte La hemoglobina, hemocianina y mioglobina transportan oxígeno. Las lipoproteínas

transportan lípidos por la sangre. Los citocromos son transportadores de electrones.

Las proteínas transportadoras de la membrana plamsmática que controlan el paso de

las sustancias a través de la misma.

Contractil La actina y la miocina constituyen las fibrillas responsables de la contracción muscular.

Reserva Las albúminas son moléculas de reserva energética.

Cuando la proteína no ha sufrido ningún cambio en suinteracción con el disolvente, se dice que presenta unaestructura nativa. Se llama desnaturalización de lasproteínas a la pérdida de las estructuras de orden superior(secundaria, terciaria y cuaternaria), quedando la cadenapolipeptídica reducida a un polímero estadístico sin ningunaestructura tridimensional fija.

Cualquier factor que modifique la interacción de la proteínacon el disolvente disminuirá su estabilidad en disolución yprovocará la precipitación. Así, la desaparición total o parcialde la envoltura acuosa, la neutralización de las cargaseléctricas de tipo repulsivo o la ruptura de los puentes dehidrógeno facilitará la agregación intermolecular y provocarála precipitación. La precipitación suele ser consecuencia delfenómeno llamado desnaturalización y se dice entonces que laproteína se encuentra desnaturalizada.

DESNATURALIZACIÓN DE LAS PROTEÍNAS

En una proteína cualquiera, la estructura nativa y ladesnaturalizada tan sólo tienen en común la estructuraprimaria, es decir, la secuencia de AA que la componen. Losdemás niveles de organización estructural desaparecen enla estructura desnaturalizada.

La desnaturalización provoca diversos efectos en laproteína:

1. Cambios en las propiedades hidrodinámicas de laproteína: aumenta la viscosidad y disminuye elcoeficiente de difusión

2. Una drástica disminución de su solubilidad, ya que losresiduos hidrofóbicos del interior aparecen en lasuperficie

3. Pérdida de las propiedades biológicas

Una proteína desnaturalizada cuenta únicamente con suestructura primaria. Por este motivo, en muchos casos, ladesnaturalización es reversible ya que es la estructuraprimaria la que contiene la información necesaria ysuficiente para adoptar niveles superiores deestructuración. El proceso mediante el cual la proteínadesnaturalizada recupera su estructura nativa se llamarenaturalización. Esta propiedad es de gran utilidaddurante los procesos de aislamiento y purificación deproteínas, ya que no todas la proteínas reaccionan de igualforma ante un cambio en el medio donde se encuentradisuelta. En algunos casos, la desnaturalización conduce ala pérdida total de la solubilidad, con lo que la proteínaprecipita. La formación de agregados fuertementehidrofóbicos impide su renaturalización, y hacen que elproceso sea irreversible.

Los agentes que provocan la desnaturalización de unaproteína se llaman agentes desnaturalizantes. Sedistinguen agentes físicos (calor) y químicos(detergentes, disolventes orgánicos, pH, fuerza iónica).Como en algunos casos el fenómeno de ladesnaturalización es reversible, es posible precipitarproteínas de manera selectiva mediante cambios en:

la polaridad del disolventela fuerza iónicael pHla temperatura

LIPIDOS

ASPECTO GENERALES

Conjunto muy heterogéneo de biomoléculas cuya característicadistintiva aunque no exclusiva ni general es la insolubilidad en agua,siendo por el contrario, solubles en disolventes orgánicos (benceno,cloroformo, éter, hexano, etc.).

En muchos lípidos, esta definición se aplica únicamente a una partede la molécula, y en otros casos, la definición no es del todosatisfactoria, ya que pueden existir lípidos soluble en agua (como losgangliósidos, por ejemplo, y a la vez existen otras biomoléculasinsolubles en agua y que no son lípidos (carbohidratos como la quitinay la celulosa, o las escleroproteínas).

Los lípidos pueden encontrarse unidos covalentemente con otrasbiomoléculas como en el caso de los glicolípidos (presentes en lasmembranas biológicas), las proteínas aciladas (unidas a algún ácidograso) o las proteínas preniladas (unidas a lípidos de tipoisoprenoide).

También son numerosas las asociaciones no covalentes delos lípidos con otras biomoléculas, como en el caso de laslipoproteínas y de las estructuras de membrana.

Una característica básica de los lípidos, y de la que derivansus principales propiedades biológicas es la hidrofobicidad.La baja solubilidad de los lipídos se debe a que suestructura química es fundamentalmente hidrocarbonada(alifática, alicíclica o aromática), con gran cantidad deenlaces C-H y C-C. La naturaleza de estos enlaces es 100%covalente y su momento dipolar es mínimo. El agua, al seruna molécula muy polar, con gran facilidad para formarpuentes de hidrógeno, no es capaz de interaccionar conestas moléculas.

En presencia de moléculas lipídicas, el agua adopta en tornoa ellas una estructura muy ordenada que maximiza lasinteracciones entre las propias moléculas de agua, forzandoa la molécula hidrofóbica al interior de una estructura enforma de jaula, que también reduce la movilidad del lípido.Todo ello supone una configuración de baja entropía, queresulta energéticamente desfavorable. Esta disminución deentropía es mínima si las moléculas lipídicas se agreganentre sí, e interaccionan mediante fuerzas de corto alcance,como las fuerzas de Van der Waals. Este fenómeno recibeel nombre de efecto hidrofóbico.

CLASIFICACIÓN DE LOS LIPIDOS

La heterogeneidad estructural de los lípidos dificultacualquier clasificación sistemática. El componente lipídicode una muestra biológica puede ser extraído condisolventes orgánicos y ser sometido a un criterio empírico: la reacción de saponificación. La saponificación consisteen una hidrólisis alcalina de la preparación lipídica (conKOH o NaOH). Los lípidos derivados de ácidos grasos(ácidos monocarboxílicos de cadena larga) dan lugar a salesalcalinas (jabones) y alcohol, que son fácilmente extraíblesen medio acuoso. No todos los lípidos presentes en unamuestra biológica dan lugar a este tipo de reacción. Sedistinguen por tanto dos tipos de lípidos:•lípidos saponificables

•lípidos no saponificables

Los lípidos saponificables agrupan a los derivados poresterificación u otras modificaciones de ácidos grasos, yse sintetizan en los organismos a partir de laaposición sucesiva de unidades de dos átomos decarbono. En este grupo se incluyen:•ácidos grasos y sus derivados•eicosanoides (prostaglandinas, tromboxanos yleucotrienos)•lípidos neutros (acilgliceroles y ceras)•lípidos anfipáticos (glicerolípidos y esfingolípidos).

LÍPIDOS SAPONIFICABLES

ÁCIDOS GRASOS Y SUS DERIVADOS

Los ácidos grasos son ácidos monocarboxílicos de cadena larga. Por lo general, contienen un número par de átomos de carbono, normalmente entre 12 y 24. Ello se debe a que su síntesis biológica tiene lugar mediante la aposición sucesiva de unidades de dos átomos de carbono. Sin embargo también existen ácidos grasos con un número impar de átomos de carbono, que probablemente derivan de la metilación de un ácido graso de cadena par.

Las propiedades químicas de los ácidos grasos derivan poruna parte, de la presencia de un grupo carboxilo, y porotra parte de la existencia de una cadena hidrocarbonada.La coexistencia de ambos componentes en la mismamolécula, convierte a los ácidos grasos en moléculasdébilmente anfipáticas (el grupo COOH es hidrofílico y lacadena hidrocarbonada es hidrofóbica). El carácteranfipático es tanto mayor cuanto menor es la longitud de lacadena hidrocarbonada. La solubilidad en agua decrece amedida que aumenta la longitud de la cadena.El grupo carboxílico de la molécula convierte al ácidograso en un ácido débil (con un pKa en torno a 4,8).También presenta las reacciones químicas propias delgrupo COOH: esterificación con grupos OH alcohólicos,formación de enlaces amida con grupos NH2, formación desales (jabones), etc.

El grupo COOH es capaz de formar puentes de hidrógeno,de forma que los puntos de fusión de los ácidos grasos sonmayores que los de los hidrocarburos correspondientes.

Según la naturaleza de la cadena hidrocarbonada,distinguimos tres grandes grupos de ácidos grasos:

ÁCIDOS GRASOS SATURADOS:Desde el punto de vista químico, son muy poco reactivos. Por logeneral, contienen un número par de átomos de carbono. En lanomenclatura de los ácidos grasos se utilizan con másfrecuencia los nombres triviales que los sistemáticos. Lanomenclatura abreviada es muy útil para nombrar los ácidosgrasos. Consiste en una C, seguida de dos números, separadospor dos puntos. El primer número indica la longitud de lacadena hidrocarbonada, mientras que el segundo indica elnúmero de dobles enlaces que contiene.

Los ácidos grasos saturados más abundantes son el palmítico(hexadecanoico, o C16:0) y el esteárico (octadecanoico, oC18:0). Los ácidos grasos saturados de menos de 10 átomos de Cson líquidos a temperatura ambiente y parcialmente solubles enagua. A partir de 12 C, son sólidos y prácticamente insolubles enagua. En estado sólido, los ácidos grasos saturados adoptan laconformación alternada todo-anti, que da un máximo de simetríaal cristal, por lo que los puntos de fusión son elevados. El puntode fusión aumenta con la longitud de la cadena.

Los ácidos grasos de cadena impar probablemente derivan dela metilación de un ácido graso de cadena par. En ellos, lasimetría del cristal no es tan perfecta, y los puntos de fusiónson menores. Ejemplos son el ácido propiónico (C3:0), valeriánico(pentanoico, o C5:0) y pelargónico (nonanoico, o C9:0).

Los lípidos ricos en ácidos grasos saturados constituyen lasgrasas. Conviene en este punto hacer una distinción entre lostérminos lípidos, grasas y aceites. Grasas son aquellos lípidosque son sólidos a temperatura ambiente, mientras que aceitesson aquellos lípidos que son líquidos a temperatura ambiente.

Tanto los aceites como las grasas son lípidos.

ÁCIDOS GRASOS INSATURADOS:Con mucha frecuencia, aparecen insaturaciones en los ácidosgrasos, mayoritariamente en forma de dobles enlaces, aunquese han encontrado algunos con triples enlaces. Cuando hayvarios dobles enlaces en la misma cadena, estos no aparecenconjugados (alternados), sino cada tres átomos de carbono. Enla nomenclatura abreviada, se indica la longitud de la cadena yel número de dobles enlaces. La posición de los dobles enlaces seindica como un superíndice en el segundo múmero.

Por lo general, las insaturaciones de los ácidos grasos son deltipo cis. Esto hace que la disposición de la molécula seaangulada, con el vértice en la insaturación. Esta angulación haceque los puntos de fusión de las ácidos insaturados sean másbajos que los de sus homólogos saturados. Los dobles enlaces entrans distorsionan poco la simetría cristalina, que es muyparecida a la de los ácidos grasos saturados.

Algunos ácidos grasos poliinsaturados (linoleico, linolénico yaraquidónico) no pueden ser sintetizados por los animalessuperiores (incluído el hombre), y como su función biológica esfundamental, deben ser suministrados en la dieta. Por estemotivo reciben el nombre de ácidos grasos esenciales.

Los ácidos grasos insaturados manifiestan las propiedadesinherentes al doble enlace:

-Reaccionan fácilmente con ácido sulfúrico para dar sulfonatos,que se emplean frecuentemente como detergentes domésticos.

- Los dobles enlaces pueden adicionar hidrógeno. Lahidrogenación catalítica (completa) de los ácidos grasosinsaturados constituye la base de la transformación industrialde aceites en grasas sólidas (la margarina es el resultado de lahidrogenación de aceites vegetales).

-Los dobles enlaces pueden autooxidarse con el oxígeno del aire.Es una reacción espontánea en la que se producen radicalesperóxido y radicales libres, muy reactivos, que provocan enconjunto el fenómeno de enranciamiento de las grasas, queresulta en la formación de una compleja mezcla de compuestos deolor desagradable.

DERIVADOS DE ÁCIDOS GRASOS:Con mucha menor frecuencia, aparecen en la Naturaleza ácidosgrasos cuya estructura difiere en mayor o medida de la quehemos visto hasta ahora. Entre ellos podemos destacar:

- jabones: Son las sales de los ácidos grasos. Debido a lapolaridad del anión carboxilato tienen un fuerte carácteranfipático, y son muy miscibles con el agua, especialmente losjabones de metales alcalinos. En general, los jabones adoptan enmedio acuoso estructuras micelares en equilibrio con formaslibres.

Las grandes micelas esféricas pueden incluir en su interiorgrasas neutras, por lo que los jabones tienen poder detergente.Las sales de los metales pesados y alcalino-térreos (calcio,magnesio) son insolubles, y carecen de utilidad como jabones.

- hidroxiácidos grasos: contienen grupos hidroxilo en la cadenahidrocarbonada. Ejemplos son el ácido cerebrónico (2-hidroxiC24:0), el hidroxinervónico (2-hidroxi C24:115), ambos presentesen esfingolípidos de cerebro, y el ácido ricinoleico (12-hidroxiC18:19), presente en el aceite de ricino.

- ácidos grasos ramificados: contienen uno o varios gruposmetilo como sustituyentes en la cadena hidrocarbonada. Unejemplo es el ácido tuberculoesteárico (10-metil esteárico, o10-metil C18:0), presente en el bacilo de la tuberculosis(Mycobacterium tuberculosis). En el hombre, el ácido fitánicoaparece como consecuencia de deficiencias en el metabolismodel fitol, que no puede ser degradado en el hígado.

-ácidos grasos cíclicos: El ácido lactobacílico se encuentra enbacterias y contiene un anillo de ciclopropano, mientras que elchaulmógrico se encuentra en semillas de plantas, y contiene unanillo de ciclopenteno.

- ácidos grasos con triples enlaces: Algunos actúan comoantibióticos (micomicina y ácido nemotínico) y otros sonextraídos del fruto de la planta Ongokea klaineana, como elácido 6, 9-octadecen-in-oico

EICOSANOIDES

Este término agrupa a una serie de compuestos derivados de ácidos grasos poliinsaturados de 20 átomos de carbono (de donde deriva su nombre), como el ácido araquidónico.

Como la diversidad de los eicosanoides es grande, estos compuestos se clasifican en función de las enzimas que intervienen en su síntesis:

☻ Si son productos de la ruta de la ciclooxigenasa: prostaglandinas y tromboxanos☻ Si son productos de la ruta de la lipoxigenasa: leucotrienos

Tienen una amplia gama de actividades biológicas:

intervienen en procesos alérgicos, inflamatorios,provocan la contracción del músculo liso (en lamenstruación y en el parto). Son el prototipo demediadores locales, liberados in situ ante diversosestímulos. Aunque son compuestos que funcionan comoseñales químicas, difieren de las hormonas en dosaspectos importantes:

☻ Se sintetizan prácticamente en todos los tejidos, no en una glándula endocrina ☻ Químicamente son muy inestables y, por tanto, sólo actúan a nivel local.

Tipos de eicosanoides: PROSTAGLANDINASTROMBOXANOSLEUCOTRIENOS

Son ésteres de ácidos grasos con alcoholes. No tienenningún otro tipo de componentes, por loque son moléculasmuy poco reactivas.

En la Naturaleza encontramos dos tipos:

ACILGLICEROLES: Los acilgliceroles o glicéridos sonésteres de ácidos grasos con glicerol (propanotriol).Constituyen el contingente mayoritario de los lípidos dereserva energética, y son muy abundantes en el tejidoadiposo animal y en las semillas y frutos de las plantasoleaginosas.

LÍPIDOS NEUTROS

El glicerol o propanotriol presenta tres grupos alcohólicos,y por tanto puede aparecer esterificado en una, dos o tresposiciones, dando lugar respectivamente, amonoacilgliceroles (monoglicéridos), diacilgliceroles(diglicéridos) y triacilgliceroles (triglicéridos). En suinmensa mayoría se presentan como triésteres, aunque losmono y diacilgliceroles aparecen esporádicamente comointermediarios en la biosíntesis o degradación detriglicéridos, o como segundos mensajeros hormonales. Lostriglicéridos son moléculas muy hidrofóbicas, mientras quelos mono y diacilgliceroles presentan carácter anfipáticodebido a los grupos OH no esterificados.

Las tres posiciones de esterificación pueden aparecer con3 ácidos grasos iguales, dos iguales y uno distinto, o lostres diferentes. Por este motivo, el carbono del alcoholsecundario del glicerol puede resultar asimétrico. Enalgunos casos (cuando los sustituyentes en C1 y C3 soniguales), es imposible distinguir entre el C1 y el C3 delglicerol, y por lo tanto se recurre a la numeraciónestereoquímica de los carbonos del glicerol, que sedenota anteponiendo el prefijo sn- al número del carbono.

Según esta numeración, si se sitúa el OH del alcoholsecundario a la izquierda, se considera como carbono 1 al quequeda arriba utilizando la proyección de Fischer. Paranombrarlos se indican los radicales de ácidos grasos, seguidode glicerol. Así, el nombre sn-1 palmitoil sn-2 oleil sn-3estearoil glicerol representa un triacilglicerol con ácidopalmítico en posición sn-1, ácido oleico en posición sn-2 yácido esteárico en posición sn-3.

Los ácidos grasos más frecuentes en los acilgliceroles sonpalmítico y esteárico (entre los saturados); y oleico y linoleico(entre los insaturados). Con bastante frecuencia, la posición sn-2de los triacilgliceroles está ocupada por un ácido grasoinsaturado. Los triglicéridos animales poseen mayor porcentajede ácidos grasos saturados, por lo que suelen ser sólidos atemperatura ambiente (grasas). Los triglicéridos vegetales y delos animales marinos tienen un alto contenido de ácidos grasosinsaturados, y son líquidos a temperatura ambiente (aceites).

CERAS: Son ésteres de ácidos grasos con alcoholesprimarios de cadena larga (entre 14 y 32 átomos decarbono, y completamente saturados), también llamadosalcoholes grasos. Desde el punto de vista químico sonbastante inertes. Su función principal es estructural,cubriendo y protegiendo diversas estructuras,contribuyendo al carácter hidrofóbico de los tegumentosde animales y plantas.

la cera de las abejas,cuyo nombre sistemático espalmitato de miricilo (16C+30C). El palmitato de cetilo(16C+16C) es una cera presente en las ballenas, y quecontribuye a su flotabilidad. En los pelos de mamíferos, lalanolina contiene una mezcla compleja de ésteres de ácidosgrasos con alcoholes alifáticos, alcoholes triterpénicos yesteroles.

Cuando la molécula de un lípido posee un grupo fuertementepolar además de la cadena hidrocarbonada hidrofóbica sedice que se trata de un lípido anfipático. Se representan deforma esquemática como una o dos líneas rectas oquebradas (que representan a las cadenas hidrocarbonadashidrofóbicas), que acaban en un círculo (que representa lacabeza polar, hidrofílica).

En presencia de agua, las colas hidrofóbicas tienden ainteraccionar entre sí, creando un espacio hidrofóbico delque el agua es excluída y en el que pueden quedar atrapadasotras moléculas hidrofóbicas, mientras que la cabezapolar interacciona con el agua, y se encuentra solvatada,preservando a la parte hidrofóbica de todo contacto con elagua. Este es el llamado efecto hidrofóbico.

LIPIDOS ANFIPATICOS

El efecto hidrofóbico es el responsable de que enpresencia de agua, los lípidos anfipáticos tengan laimportante propiedad de la autoestructuración, que dalugar a tres tipos de estructuras distintas:

Monocapas: se forman en la interfase aire-agua. Las colashidrofóbicas se orientan hacia el aire, mientras que las cabezaspolares lo hacen hacia el agua (figura de la derecha). Lasmonocapas son susceptibles de compresión lateral mecánica (enel sentido de la flecha, en la figura inferior), de forma que lasmoléculas quedan totalmente empaquetadas en la interfase aire-

agua.

se forman en medio acuoso. En ellas, las colashidrofóbicas quedan hacia el interior mientras que las cabezaspolares están en la superficie, en contacto con el agua. Puedenconsiderarse como una minúscula gota de lípido delimitada porgrupos polares en contacto con el agua. Debido al tamaño delsoluto, las disoluciones micelares son disoluciones coloidales.

Las disoluciones micelares reciben el nombre de emulsiones, y lasmoléculas que pueden formarlas se llaman emulsionantes odetergentes. Los lípidos no solubles en agua quedan atrapados enel interior de la micela, y ésta puede ser arrastrada por ladisolución. Es el llamado efecto detergente. La animacióninferior muestra cómo funcionan los detergentes para quitar lagrasa de un plato sucio.

Micelas:

Bicapas: En los seres vivos, los lípidos anfipáticos denominadosfosfolípidos forman bicapas, cuya importancia es enorme, dadoque constituyen la base de las estructuras de membrana, quedelimitan la interfase célula-medio o definen diversoscompartimentos intracelulares. Se puede considerar una bicapacomo dos monocapas superpuestas, unidas por sus zonashidrofóbicas. La parte hidrofílica de los fosfolípidos de la bicapaflanquea por ambos lados a la zona hidrofóbica, y evita sucontacto con el medio acuoso.

En el laboratorio se pueden formar bicapas artificiales, quesirven como modelo para el estudio de las propiedadesbiológicas de las membranas. Estas bicapas reciben elnombre de liposomas.

MICELAS

En la superficie externa

se sitúan las cabezas

polares interaccionando

con la fase acuosa.

Las colas apolares se

sitúan en el interior.

Región

hidrofóbica

Cabezas

polares

Bicapa de fosfolípidos

Agua

BICAPAS

Separan dos medios acuosos.

En el laboratorio se pueden

obtener liposomas que

dejan en el interior un

compartimento acuoso.

Los lípidos anfipáticos se clasifican en función de sugrupo polar. Hay muchas formas de hacerlo, todas válidas.La clasificación que se presenta a continuación se hace enfunción de la naturaleza del alcohol al que se encuentranesterificados los ácidos grasos, y distingue dos grandesgrupos:

los glicerolípidos, en los que los ácidos grasos estánesterificados a los carbonos carbonos sn-1 y sn-2 del

glicerol

los esfingolípidos, en los que los ácidos grasos estánesterificados a la esfingosina, un alcohol nitrogenado de 18átomos de Carbono

CLASIFICACION LIPIDOSANFIPATICOS

Glicerolípidos: Están formados por glicerol esterificado en posiciones sn-1 y sn-2 con ácidos grasos. El OH del carbono sn-3 del glicerol puede estar esterificado:

con un azúcar, dando lugar a los glicoglicerolípidos

con ácido ortofosfórico, dando lugar a los fosfoglicerolípidos, que a su vez puede presentar otros sustituyentes .

Las enzimas capaces de hidrolizar este tipo de lípidos son las fosfolipasas.

Esfingolípidos: Están compuestos por un alcohol nitrogenado llamado esfingosina. La esfingosina aparece normalmente N-sustituída, formando un enlace amida con un ácido graso (que generalmente está insaturado). Esta N-acil esfingosina recibe el nombre de cerámido o ceramida.

La esfingosina tiene una gran analogía estructural con unmonoacilglicerol, ya que una larga cadena hidrofóbica de 15carbonos está unida a un extremo polar con tres carbonos, condos funciones hidroxilo y una función amina. El cerámido,asímismo, es análogo a un diacilglicerol, con dos largas cadenashidrofóbicas y un residuo polar tricarbonado, que recuerda alglicerol.

Los lípidos que contienen cerámidos se clasifican en dos grupos:

los glicoesfingolípidos, en los que el cerámido está unidomediante un enlace b-glicosídico a un monosacárido o a un

oligosacárido.

los fosfoesfingolípidos, en los que el cerámido está esterificadocon ácido fosfórico, que a su vez se une mediante enlaces estera alcoholes nitrogenados (colina, etanolamina, etc.). Junto con losfosfoglicerolípidos componen el grupo de los fosfolípidos.

Los lípidos insaponificables son derivados por aposiciónvarias unidades isoprénicas, y se sintetizan a partir deuna unidad básica de 5 átomos de carbono: el isopreno.En este grupo de lípidos se incluyen:

terpenos: retinoides, carotenoides, tocoferoles, naftoquinonas, dolicoles. Suelen incluirse en este grupo moléculas formadas por condensación de unas pocas unidades de isopreno. Químicamente, la mayoría son hidrocarburos, aunque algunos contienen funciones oxidadas. Muchas de estas moléculas son vitaminas liposolubles. Son frecuentes en los aceites esenciales de plantas. En este grupo se incluyen: retinoides (vitamina A) carotenoides (provitamina A) tocoferoles (vitamina E) naftoquinonas (vitamina K) dolicoles

LÍPIDOS NO SAPONIFICABLES

esteroides: esteroles, sales y ácidos biliares, hormonasesteroideas. Son compuestos derivados delciclopentanoperhidrofenantreno (o esterano), un sistema decuatro ciclos que se forma a partir del hidrocarburo escualeno.

Los distintos esteroides se distinguen por:

- el grado de saturación del esterano- la existencia de cadenas laterales diversas- la existencia de grupos funcionales sustituyentes (hidroxilo,oxo o carbonilo).

La numeración común a todos estos anillos es la que se detalla enla molécula de colesterol.

Se distinguen tres grupos de esteroides:esterolesácidos y sales biliareshormonas esteroideas

Existen otros lípidos insaponificables que no están relacionados estructuralmente con el isopreno:

hidrocarburoslípidos pirrólicos

MOVIMIENTO DE LIPIDOS Y PROTEINAS

Los lípidos pueden hacer desplazamientos de difusión lateral, rotación , flexión y flip-flop (migración de un lado para otro de la membrana).

Las proteínas integrales pueden hacer movimientos de rotación y de traslación.

1. LEHNINGER 4 ED.2. HARPER BIOQUIMICA 14 ED.3. LUBERT STYER - BIOQUIMICA - 6 EDICION4. BIOQUIMICA MEDICA5. FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA.

PRATT, CHARLOTTE; VOET, JUDITH; VOET, DONALD6. GUIA APUNTES ING. EDUARDO PASTRANA

CONSULTAS BIBLIOGRAFICAS