TEMA 1: Aminoàcids, pètids iproteïnes

BIOQUÍMICA

Grups M1-M2Curs 2008-09

• Característiques estructurals dels aminoàcids.• Els aminoàcids com a bases i com a àcids.• Enllaç peptídic.• Estructura primària de les proteïnes.

Tema 1: Aminoàcids, pèptids i proteïnes• Moltes de les biomolécules són macromolécules, o sigui polímers d’alt pes molecular construïts a partir de molècules precursores relativament senzilles. Exemples: proteïnes, polisacàrids, àcids nuclèics.

PROTEÏNES:Macromolècules molt versàtils i abundants

que desenvolupen moltes funcionsdiferents.

Algunes funcions de les proteïnes:

1. Catàlisi enzimàtica

2. Transport i magatzem (hemoglobina, mioglobina)

3. Moviment (contracció muscular, mitosi)

4. Suport mecànic (col·lagen)

5. Protecció immunològica (anticossos)

6. Generació i transmissió del impuls nerviós (receptors)

7. Creixement i diferenciació cel·lular (hormones, factors de

transcripció)

8. De reserva (ovoalbúmina, caseïna de la llet)

Els α-aminoàcids* Les proteïnes son polímers lineals (no ramificats) quina unitatestructural són els α-aminoàcids (a-aa). Estructura general dels a-aa:

* A la naturalesa les proteïnes es formen a partir d’un conjunt de 20 α-aa

* En relació a l’estereoisomeria del carboni α, els aa tenen varis isòmers.

Carboni α

R=20

Carboni asimètric: duesconfiguracions

Existeixen dues formes diferents (estereoisomers)que s’anomenen l i d. Mateixes propietats però desvienel plànol de la llum polaritzada en sentit contrari.

La majoria dels aa són L, Itenen una configuracióabsoluta S

En relació a l’estereoisomeria delcarboni α, els aa que formen lesproteïnes naturals són els isòmersL.

Característiques del grup R

Els aa varien per la naturalesa del grup R en:

– En la mida i forma (més o menys volumen).

– En la polaritat: en la capacitat de formar pontsd´hidrògen i en el caràcter hidrofòbic.

– En la càrrega.

– En la reactivitat química.

Els aminoàcids segons aquestes propietats,es classifiquen en 5 grups

1. Aminoàcids amb cadenes laterals no polars o alifàtiques:glicina, alanina, valina, leucina, isoleucina i metionina.

2. Aminoàcids amb cadenes laterals polars sense càrrega: serina,treonina, cisteïna, asparagina i glutamina.

3. Aminoàcids aromàtics: fenilalanina, tirosina, i triptofan.4. Aminoàcids carregats positivament o bàsics: histidina, lisina i

arginina.5. Aminoàcids carregats negativament o àcids: Aspàrtic i

Glutàmic.

Aminoàcids amb grup R no polar

Aminoàcids amb grup R polar sensecarrega

La cisteïna pot formar ponts disulfur

Insulina:

• Ponts disulfur intracatenàris

• Ponts disulfur intercatenàris

Aminoàcids amb grup Raromàtic

Aminoàcids amb grup R carregatpositivament o bàsic

* La cadena lateral de la histidina conté un grup imidazol que vora del pH fisiològic pot estar o no ionitzat: pKa del grup imidazol esta al voltant de 7

Aminoàcids amb grup R carregatnegativament o àcid

NH2 - C - H

COOH

CH2O - PO3H2-

fosfoserina

NH2 - C - HCOOH

CH2 - S

NH2 - C - HCOOH

S - CH2

cistina

CHCOOH

CH2

HN

H2C

CH

OH4-hidroxiprolina

NH2 - C - HCOOH

CH3

CHC N

N CHH3C3-metilhistidina

NH2 - C - HCOOH

CH2

CH2

CHCH2

HO

NH25-hidroxilisina

NH2 - C - HCOOH

CH2

CH2

CH2

CH2

NHCH3

ε-N-metil-lisina

NH2 - C - HCOOH

CH2

CH2

CH2

CH2

NHCO-CH33

ε-N-acetil-lisina

Aminoàcids proteics modificats

NH2 - C - HCOOH

CH2

OHOH

3,4-dihidroxifenilalanina(L-DOPA)

NH2 - C - HCOOH

CH2

C Nβ-cianoalanina

NH2 - C - HCOOH

NH2

CH2

CH2

CH2

ornitina

NH2 - C - H

COOH

CH2N O

CH2

CH2

CH2

NH

citrulina

NH2 - C - HCOOH

CH2

O

I

II

I

OHtiroxina

NH2 - C - HCOOH

CH2N

CH2

CH2

ONH

NHcanavanina

Aminoàcids no proteics

ELS 20 AMINOÀCIDS PROTÈICS

No essencials:Alanina (PIRUVAT)Arginina (GLUTÀMIC)Asparagina (ASPÀRTIC)Àcid Aspàrtic (OXALACETAT)Cisteïna (HOMOCISTEÏNA)Àcid Glutàmic (OXOGLUTARAT)Glutamina (GLUTÀMIC)Glicina (SERINA, TREONINA)Prolina (GLUTÀMIC)Serina (GLUCOSA)Tirosina (FENILALANINA)

Essencials:HistidinaIsoleucinaLeucinaLisinaMetioninaFenilalaninaTreoninaTriptofànValina

Comportament àcid-base dels aminoàcids

Equació de Henderson-Hasselbach

pH<7

àcid

pH=7 pH>7

base

Totalment

protonat

Totalment

desprotonat

Parcialment

protonat

Comportament àcid-base dels aminoàcids

AH A- + H+

Ka =[A- ] [H + ][AH]

pKa = -log Ka = log 1/KapH = -log [H+] = log 1/[H+]

Equilibri àcid-base

Equació de Henderson-Hasselbach

pHmetreAH

B(OH)

pHmetreAH

B(OH)

[H+] = Ka [HA] / [A-]

-log [H+] = -log Ka –log [HA]/[A-]

Els aminoàcids poden actuar com àcids i bases dèbils

A pH neutre (fisiològic) el grup amino i el grup àcides troben ionitzats pel que la majoria actuen com aions dipolars (forma Zwitterion)

Concepte de pKa- Logaritme canviat de signe de la constant d’equilibri dedissociació d’un àcid.-pH=pKa+log[base]/[àcid]-Quan pH = pKa, llavors la [àcid] = [base]- Concepte de pKa: pH al qual el 50% de les molèculestenen el grup ionitzat o, dit d’una altra manera, laconcentració de la forma no ionitzada es igual a la de laionitzada

- La capacitat tampó és màxima en les proximitats del pKa

- Un àcid és més fort quant més baix és el seu pKa; una baseés més forta quant més alt és el seu pKa.

AH A- + H+

Concepte de punt isoelèctric (pI):

és aquell valor de pH en el que lacàrrega elèctrica neta del aa és 0

- Concepte de puntisoelèctric (pI): és aquellvalor de pH en el que lacàrrega elèctrica neta és 0

-En aa que no tenen grupsionitzables a la cadenalateral, el pI és:

pI: (pK1 + pK2)/2

Valoració de laglicina

+1 0 -1

50%

pI = (pk1 + pKR)/2= 3.22

Valoració delglutamat

+1 0 -1 -2

pI = (pkR + pK2)/2 = 7.59

Valoració de lahistidina

+2 +1 0 -1

pI

pKa d’aminoàcids

Aproximadamentla forma dipolares manté entreels valors de pH2 a 9

EXERCICIS D’AUTOEVALUACIÓ

Predireu la càrrega de la cisteïna a pH=5 i a pH=10. Considereu si està persobre o per sota del punt isoelèctric, i si serà més o menys forta (tenint encompte que la càrrega a un pH determinat pot predir-se a partir dels seusvalors de pK i que quan més allunyat estigui, en un o altre sentit, més granserà la càrrega).

Dibuixeu les estructures ionitzades de la histidina. Quina és la càrrega netade la molècula en cada estat d’ionització?. Quina és la càrrega neta del’histidina a pH 1, 4, 8, i 12. Cap a on és desplaçarà en un camp elèctric enaquests valors de pH? Cap a l’ànode (+) o cap el càtode (-)?

Es volen separar quatre proteïnes d'un extracte cel.lular. La proteïna A té un punt isoelèctric de 5.0, laproteïna B té una punt isoelèctric de 9, la proteïna C té un punt isoelèctric de 9.0 i és la més petita de totesi finalment la proteïna D és un receptor associat a la membrana plasmàtica i no se sap el seu puntisoelèctric. Per tal de separar-les s'utilitzen diferents técniques d'aïllament a un pH de 7.0., i es fan lessegüents afirmacions:9. En una columna d'intercanvi iònic DEAE-cel.lulosa, la proteïna A s'enganxarà més que la B.10. Un canvi de pH en la solució pot variar el grau d'unió de les proteïnes A i B a la columna d'intercanviiònic11 Les proteïnes B i C no es poden separar per cap tipus de tècnica cromatogràfica.12. La proteïna D és la més soluble en solvents orgànics.

Nivells d’estructura de les proteïnes

Estructura primària: L’enllaç peptídic

Les proteïnes son polímers lineals formats per l’enllaç de tipus peptídic (o amida) del grup α-carboxil d’un aa amb el grup α-amino d’un altre aa

Una sèrie d’aa units mitjançant enllaços peptídics s’anomena cadena polipeptídica o polipèptid i cadascun dels aa s’anomena residu.Les cadenes polipeptídiques consten d’una part repetida de forma constant ianomenada cadena principal o “backbone” i una part variable composta perles cadenes laterals del aa.

Nomenclatura i direcció de les proteïnes

* Per acord, l’extrem N-terminal o amino-terminal es pren com el inici de lacadena. Per tant la seqüència d’aa d’una proteïna es llegeix des de el seu extremN-terminal al C-terminal

* Les cadenes polipeptídiques poden enllaçar-se entre elles mitjançant ponts disulfur que es formen per oxidació de dos residus de Cys

Característiques de l’enllaç peptídic

L’enllaçpeptídic ésplà

Linus Pauling, Robert Corey 1930s

Ψ Φ

L’enllaç peptídic és plà Linus Pauling, Robert Corey 1930sL’enllaç peptídic és plà

Linus Pauling, Robert Corey 1930sL’enllaç peptídic és plà

Disposició espacial

Cas especial: la prolina

La possició “trans” és la més estable

Disposició espaial d’un pèptid

• A diferència de l’enllaç amida (C-N) en que tots els àtoms estan al mateix pla, els enllaços N-Cα i Cα-C poden rotar, de manera que la cadena principal de les proteïnes o “backbone”, no es una estructura rígida

Rotació dels enllaços entre N-Cα (φ) i entre el Cα-Carboxilic (ψ)

Diagrama deRamachandran:determinació de quinssón els anguls mésprobables

* rotació dels enllaços entre N-Cα, φ (Fi) i entre el Cα−Carboxilic, ψ (Psi)

diagrama de Ramachandran:determinació de quins són elsanguls més probables