ÁminoÁcidos y proteínas
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ÁMINOÁCIDOS Y PROTEÍNAS
Los aminoácidos son los constituyentes basicos de las enzimas, hormonas, proteínas, y tejidos del cuerpo. Un péptido es un compuesto de dos o más aminoácidos. Los oligopéptidos tienen diez o menos aminoácidos. Los polipéptidos y las proteínas son cadenas de más de diez aminoácidos, pero los péptidos que contienen más de 50 aminoácidos se clasifican como proteínas
En el reino animal, los péptidos y las proteínas regulan el metabolismo y proporcionan apoyo estructural. Las células y los órganos del cuerpo son controlados por hormonas peptídicas. Una insuficiencia de proteína en la dieta puede prevenir la producción adecuada de hormonas peptídicas y proteínas estructurales para mantener las funciones normales del cuerpo
Muchas estructuras del cuerpo están formadas de proteínas.• El cabello y las uñas consisten de queratinas o
keratinas que son cadenas largas de proteínas con un alto porcentaje (15% -17%) del aminoácido cisteína.
• El colágeno es la proteína más común en el cuerpo y comprende aproximadamente el 20-30% de todas las proteínas del organismo. Se encuentra en tendones, ligamentos, y muchos tejidos que tienen funciones estructurales o mecánicos.
• Los músculos se componen aproximadamente de 65% de actina y miosina, que son las proteínas contráctiles que permiten el movimiento muscular.
• La caseína es una proteína nutritiva presente en la leche. Aproximadamente el 80% de la proteína en la leche es caseína y contiene todos los aminoácidos comunes.
Aminoácidos
Para empezar en todos son α-aminoácidos, es decir, el grupo ácido (siempre un carboxilo) y el grupo amino se hallan unidos al mismo átomo de carbono.
Carbonoα
Grupo amino
Grupo R o cadena lateral
(parte variable)
Grupo carboxíli
co
La configuración (S) de los aminoácidos.
Casi todos los aminoácidos naturales tienen configuración (S), con estereoquímica parecida a la del L-(-)-gliceraldehído, por lo que se denominan L-aminoácidos. Excepto la glicina, todos los aminoácidos son quirales. El centro quiral es el átomo de carbono asimétrico α.
Hay veinte α-aminoácidos, denominados aminoácidos estándar, que prácticamente se encuentran en todas las proteínas.
Los aminoácidos estándar difieren unos de otros en la estructura de las cadenas laterales enlazadas a los átomos de carbono α.
A pesar de que generalmente los aminoácidos se escriben con un grupo carboxílico (-COOH) y un grupo amino (-NH2), su estructura real es iónica y depende del pH.
El grupo carboxílico pierde un protón, dando lugar a un ión carboxilato, y el grupo amino se protona y da lugar a un ión amonio. A esta estructura se le denomina ión dipolar o zwitterión.
Curva de valoración de la glicina
El pH controla la carga de la glicina: catiónica por debajo de pH = 2.3; aniónica por encima de pH = 9.6 y zwitteriónica entre pH = 2.3 y 9.6. El pH isoeléctrico es 6.0.
El punto isoeléctrico es el pH al que el aminoácido se encuentra en equilibrio entre las dos formas, como el zwitterión dipolar con una carga neta de cero.
Síntesis de laboratorio de los α aminoácidos
AMINÓLISIS DIRECTA DE LOS α-HALOACIDOS
R-CH2C02H
R-CH-C02H
X
R-CH-C02
NH3
+
-(1) X2/P
(2) H2O
NH3 (exceso)
Es probable que este sea el método menos usado, en razón de que sus rendimientos son muy bajos
A PARTIR DE LA FTALAMIDA DE POTASIO
Cl-CH2C02C2H5 +N- K+
O
O
N
O
O
-CH2C02C2H5 CH2-C02
NH3
+
-
Síntesis de Gabriel y malónica.
Uno de los mejores métodos para sintetizar aminoácidos consiste en combinar la síntesis de Gabriel de aminas con la síntesis malónica de ácidos carboxílicos.
El éster N-ftalimidomalónico se alquila de la misma forma que el éster malónico. La hidrólisis y la descarboxilación da lugar a un α-aminoácido racémico.
Mecanismo de la síntesis de Strecker.
En un paso separado, la hidrólisis del α-aminonitrilo da lugar a un α-aminoácido
Enzima acilasa.
Una enzima acilasa (como la acilasa del riñón de cerdo o la carboxipeptidasa) sólo desacila al aminoácido natural L
La mezcla resultante de D-aminoácido y de L-aminoácidos desacilados se separa fácilmente
Reacción de un aminoácido con ninhidrina.
La ninhidrina es un reactivo común para visualizar las manchas o bandas de los aminoácidos que se han separado por cromatografía o electroforesis.
La ninhidrina produce el mismo colorante púrpura, independientemente de la estructura del aminoácido original. La cadena lateral del aminoácido se pierde en forma de aldehído. La ninhidrina se puede utilizar en la detección de huellas dactilares dado que existen trazas de aminoácidos en las secreciones de la piel
Determinación de la composición de los aminoácidos.
En el analizador de aminoácidos, el hidrolizado pasa a través de una columna de intercambio iónico. La solución que emerge de la columna se trata con ninhidrina y su absorbancia se registra en función del tiempo. Cada aminoácido se identifica por el tiempo de retención necesario para pasar a través de la columna.
Composición de la bradiquinina humana
Utilización de un analizador de aminoácidos para determinar la composición de la bradiquinina humana. Los picos de la bradiquinina para la Pro, Arg y Phe son más grandes que los de la mezcla equimolecular estándar, ya que la bradiquinina tiene tres residuos Pro, dos residuos Arg y dos residuos Phe
Secuenciación de los aminoácidos en polipéptidos y proteínas
Una vez que se determina la composición de aminoácidos de una proteína o polipéptido es necesario determinar su peso molecular
Existen varios métodos entre los cuales están: métodos químicos ultracentrifugación dispersión de luz presión osmótica difracción de rayos X
El paso siguiente es, determinar el orden en el cual están unidos los aminoácidos, es decir, debemos determinar la estructura covalente (o estructura primaria) del polipéptido
Formación de enlaces PEPTÍDICOS:
PUENTES DI SULFURO
H2N CH
C
H2C
OH
O
SH2
H2N CH
C
CH2
OH
O
SH2
+H2N CH
C
CH2
OH
O
S
H2N CH
C
H2C
OH
O
S
Polímeros de aminoácidos de PM menor a 6000 daltons (<50 aa)
Dipéptido: 2 aa Tripéptido: 3 aa Tetrapéptido: 4 aa Pentapéptido: 5 aa
Extremo N-terminal: comienzo de la cadena
Extremo C-terminal: fin de la cadena
extremoamino libre
“N terminal”
extremocarboxilo libre“C-terminal”
enlaces peptídico
AA1 AA2 AA3 AA4
El método de Sanger
El método de Sanger para la determinación N-terminal es una alternativa. Utilizando como reactivo el 2,4-dinitrofluorobenceno (DNFB) en una solución ligeramente básica, la reacción de sustitución nucleofilica en la que participa el grupo amino libre del residuo N-terminal
Un segundo método de análisis N-terminal es la degradación de Edman. Este método ofrece una ventaja sobre el método de Sanger, en cuanto a que elimina el residuo N-terminal y deja intacto el resto de la cadena peptídica. Se basa en una reacción de marcado entre el grupo aminoácido N-terminal y el isotiocianato de fenilo C6H5-C=S
El método degradación Edman
El método C-terminal
Los residuos C-terminal se identifican a través del uso de enzimas digestivas llamadas carboxipeptidasas.
Estas enzimas catalizan específicamente la hidrólisis del enlace amida del residuo del aminoácido que contiene un grupo –CO2H, y lo separa del resto como aminoácido libre, sin embargo, la carboxipeptidasa continua su ataque contra la cadena de polipéptidos que resta, desconectando de forma sucesiva los residuos C-terminal
HIDROLISIS PARCIAL
El análisis de la sucesión por medio de la degradación de Edman o la carboxipeptidasa,peor aun por el método de Sanger es poco prácticaen el caso de proteínas o polipéptidos de gran tamaño
Pero se puede recurrir ala ténica de la hidrólisis parcial, por medio de ácidos diluídos o enzimas, se intenta romper la cadena del péptido eb frgmentos mas pequeños y los mismos se identifica por Edman o carboxipeptidasa.
A continuación se examinan las estructuras de estos fragmentos menores en busca de puntos de sobreposición yse intenta reconstruir el orden de los aminoácidos del polipéptido original
ESTRUTURAS PRIMARIAS DE LOS POLIPEPTIDOS
Y LAS PROTEINAScorresponde a la secuencia de aminoácidos de una
proteínay es mantenida por los enlaces peptídico
aminoterminal
carboxiloterminal
ESTRUCTURA PRIMARIA
• Hace referencia a:• La identidad de aminoácidos.• La secuencia de aminoácidos.• La cantidad de aminoácidos.
• La variación en un solo aa hace que cambie su función biológica.
• Los aa se unen por UNIONES PEPTÍDICAS.
SINTESIS DE POLIPEPTIDOS Y PROTEINAS
Realizar la síntesis de un enlace amido es simple
R-C-O-C-R=O
=O
R`-NH2 R-C-O-NHR`=O
+ R-C-O-H=O
+
El problema se hace más complicado cuando, tanto el grupo ácido como el amino, están presentes en la misma molécula, como en los aminoácidos; en especial, cuando el objetivo es la síntesis de una poliamida de origen natural, donde la sucesión de los distintos aminoácidos es muy importante
La solución a este problema es “proteger” al grupo amino del primer aminoácido antes de activarlo y dejarlo reaccionar con el segundo aminoácido
GRUPOS PROTECTORES
Proteger el grupo amino significa convertir en algún otro grupo de nucleofilidad baja, uno que no reaccione con un derivado de acilo reactivoEl grupo protector debe elegirse con cuidado, porque una vez se forma el enlace amida entre el primero y el segundo aminoácido, es necesario poder eliminar dicho grupo sin afectar ni alterar el nuevo enlace formado
GRUPOS PROTECTORES
Se crearon un gran número de reactivos que cumplen con estos requisitos .Dos de uso muy frecuente son:• cloroformato de bencilo • carbonato de di-terc-butiloxicarbonilo
-CH2-0-C-Cl
=O
cloroformato de bencilo
(CH3)3-C-O-C-O-C-(CH3)3
=O
carbonato de di-terc-butiloxicarbonilo
Ambos grupos reaccionan con los grupo amino para formar derivados que no reaccionan ante la acilación adicional.Adicionalmente ambos reactivos son de un tipo que permite eliminar al grupo protector bajo condiciones que no afectan a los enlaces peptídicos.
GRUPOS PROTECTORES
-CH2-0-C-Cl
=O
El grupo benciloxicarbonilo (que se abrevia Z-) se puede eliminar por hidrogenación catalítica o por tratamiento de los derivados con HBr frío en medio de ácido acético
cloroformato de bencilo
-CH2-0-C-Cl
=O
+H2N-ROH-
25 ºc
-CH2-0-C-NH-R
=O
+HCl
-CH2-0-C-NH-R
=O
-CH2-0-C-NH-R
=O
H2/Pd
HBr
Ac. Acético frío
-CH3 +H2N-R CO2+
-CH2Br+H2N-R CO2+
GRUPOS PROTECTORES
El grupo terc-butiloxicarbonilo (que se abrevia Boc-) se puede eliminar por tratamiento con HCl o CF3CO2H en medio de ácido acético
(CH3)3-C-O-C-O-C-(CH3)3
=O
carbonato de di-terc-butiloxicarbonilo
+H2N-ROH-
25 ºc(CH3)3-C-O-C-O-C-(CH3)3
=O
(CH3)3-C-O-C-NH-R
=O
+(CH3)3C-OH
(CH3)3-C-O-C-NH-R
=O
HCl o CF3CO2H
AC. Acético 25 ºc+H2N-R CO2+(CH3)2-C=CH2
ACTIVACIÓN DEL GRUPO CARBOXILO
Es necesario asegurar que la reacción entre el grupo carboxilo y el grupo amino se realice por tanto al carboxilo se debe activar
La forma más obvia de activar un grupo carboxilo es convertirlo en un cloruro de acilo, pero los grupos acilo son más reactivos de lo necesario por lo que provocaría reacciones secundarias complejas
Es mejor convertir el grupo carboxilo del aminoácido en un anhídrido mixto por medio del cloroformato de etilo
Cl-C-O-C2H5
=O
¿Cómo sintetizar péptidos?
1º debemos proteger el aminoácido primero
2º Activamos el grupo carboxilo
Z NH CH CO
OHR
Z NH CH CO
OHR
+ Cl C
O
O C2H5 Z NHCHCO
OR
C
O
O C2H5
Z NHCHCO
OR
C
O
O C2H5
NH3+
CH CO-2
CH3 Z NH CHC
O
NH
R
CH CO2HR
+ CO2 + C2H5OH
3º Reacciona con el otro aminoácido
SINTESIS AUTOMATICA DE
PEPTIDOS
Los métodos utilizados se emplean para sintetizar un sinnúmero de polipéptidos son en extremo lentos
R.B.Merriefield creó un procedimiento para automatizar la síntesis de péptidos
Estabilización por resonancia.
la estabilización por resonancia de una amida da lugar a su gran estabilidad, a la disminución de basicidad del átomo de nitrógeno y a la rotación restringida (carácter de doble enlace parcial) del enlace C-N.
En un péptido, el enlace amida se denomina enlace peptídico. Tiene seis átomos en un plano: el C y el O del carbionilo, el N y su H, y los dos átomos de carbono asociados.
Estructura secundaria
El enlace peptídico tiene una geometría plana
sólo existe libre rotación en torno al C
LA RESTRICCION EN LAS ROTACIONES DEL ENLACE PEPTIDICO FAVORECE ALGUNAS CONFORMACIONES
DE LA CADENA POLIPEPTIDICA
ESTRUCTURAS SECUNDARIASestructuras periódicas, con ángulos f y y que se
repitena lo largo de la estructura.
a-hélice lámina plegada
La a-hélice se estabiliza a través de puentes dehidrógeno que se forman entre el grupo >C=Ode un enlace peptídico y el grupo >NH de otro
residuo “i” con “i + 4”
3,6 aminoácidos / vuelta
-hélice
Los radicales van dirigidoshacia afuera
los puentes de hidrógenoson paralelos al eje central
de la hélice
Reordenamiento de lámina plegada.
Cada grupo carbonilo peptídico está unido mediante enlace de hidrógeno al hidrógeno del grupo N-H de una cadena peptídica adyacente.
Este ordenamiento puede hacer que se alineen muchas moléculas de péptidos unas al lado de las otras, dando lugar a una lámina bidimensional.
Estructura terciaria de las proteínas globulares.
En la estructura terciaria de una proteína globular típica se mezclan segmentos de hélice α con segmentos de enrollamiento al azar en los puntos donde se dobla la hélice.
Proteína ligante de ac. grasos
ESTRUCTURA TERCIARIA
Mioglobina
INTERACCIONES Y ENLACES DE LA ESTRUCTURA TERCIARIA
PUENTE DE INTERACCION ENLACE IONICO HIDROGENO HIDROFOBICA
PUENTE DISULFURO
La ESTRUCTURA CUATERNARIAcorresponde a la asociación de cadenas polipeptídicas o SUBUNIDADES, cada una de ella con su estructura terciaria.
Se mantiene por enlaces entre losradicales de cadenas diferentes.Son los mismos enlaces que mantienenla estructura terciaria, pero intercadenas.Se excluye el puente disulfuro.
ESTRUCTURA CUATERNARIA
HEMOGLOBINA dímero
tetrámero
HEMOGLOBINA
TBP
Estructuras de una proteína
La estructura primaria es la estructura enlazada covalentemente, incluyendo la secuencia de aminoácidos y los puentes disulfuro. La estructura secundaria incluye las áreas de hélices α, láminas plegadas o enrollamientos al azar. En la estructura terciaria se incluye la conformación total de la molécula. En la estructura cuaternaria se incluye la asociación de dos o más cadenas peptídicas de la proteína activa.
ESTRUCTURA DE PROTEINAS
Estructuraprimaria
Estructurasecundaria
Estructuraterciaria
Estructuracuaternaria
SecuenciaDe
aminoácidosα helice
Plegamientotridimensional
Ensamblaje de subunidades
