APUNTES DE BIOQUÍMICALic. José Manuel Arriaga Romero, Catedrático de BioquímicaUniversidad Mesoamericana, Facultad de Medicina. Quetzaltenango, Guatemala.arriagaromero@gmail.com

Estructura y función de las proteínas Parte 1

AminoácidosI. Visión general

Las proteínas son las moléculas más abundantes y funcionalmente diversas en los sistemas vivos Cada proceso de la vida depende moléculas de esta clase

Las enzimas y las hormonas polipeptídicas dirigen y regulan el metabolismo en el cuerpo Las proteínas contráctiles de los músculos permiten el movimiento En el hueso, el colágeno forma un entramado para el depósito de calcio En la circulación sanguínea, la hemoglobina y la albúmina plasmática transportan moléculas esenciales Las inmunoglobulinas destruyen microorganismos infecciosos

Todas las proteínas muestran una increible diversidades de funciones Todas comparten una estructura común, una cadena linear de aminoácidos

II. Estructura de los aminoácidos Aunque se han descrito más de 300 aminoácidos, sólo 20 son constituyentes de proteínas en mamíferos Cada uno de los aminoácidos (excepto la prolina) posee unidos al carbono alfa:

Un grupo carboxilo Un grupo amino Una cadena lateral distintiva (grupo-R)

A pH fisiológico (más o menos pH=7.4) El grupo carboxilo se disocia, formando el carboxilato cargado negativamente (COO¯) El agrupo amino está protonado (-NH3⁺)

En las proteínas, casi todos los grupos carboxilo y grupos amino de los aminoácidos están combinados por medio de un enlace denominado peptídico, por lo que no están disponibles para reacciones químicas (excepto para la formación de puentes de hidrógeno)

Esta propiedad está destinada a las cadenas laterales, las que ultimadamente dictan el papel que juega un aminoácido en una proteína

En virtud a lo anterior, es útil clasificar a los aminoácidos en base a las propiedades de sus cadenas laterales: No polares Polares Ácidas Básicas

Aminoácidos con cadena lateral no polar Cada uno de éstos tiene una cadena no polar que:

No enlace protones

No cede un protones No participan en puentes de hidrógeno No participan en enlaces iónicos

Sus cadenas laterales tienen un comportamiento similar al de los lípidos, una propiedad que promueve las interacciones hidrofóbicas

Localización de aminoácidos no polares en las proteínas○ En soluciones acuosas, las cadenas laterales de estos aminoácidos no polares se agrupan hacia el

interior de las proteínas (micela proteica)○ Fenómeno que es debido a la hidrofobocidad de los grupos-R no polares, los que actúan como las

gotas de aceite que coalescen en un ambiente acuoso○ Tales grupos llenan el interior de una proteína plegada, ayudando a mantener su forma

tridimensional

Aminoácidos con cadena lateral polar no cargada Estos aminoácidos tienen carga neta de cero a pH neutro Las cadenas laterales de la cisteína y la tirosina pueden perder un protón a pH alcalino

La cadena lateral de la serina, la treonina y la tirosina contienen un grupo polar hidroxilo (-OH) que puede participar en puentes de hidrógeno

La cadena lateral de la asparagina y la glutamina contienen un grupo carbonilo y un grupo amido, los que pueden, también, participar en puentes de hidrógeno • Enlace disulfuro ○ La cadena lateral de la cisteína tiene un grupo sulhidrilo, el cual es un componente importante del

sitio activo de muchas enzimas○ En las proteínas, los grupos –SH de dos cisteínas pueden ser oxidados para formar un dímero (cistina)

que contiene un enlace cruzado covalente denominado enlace disulfuro (-S-S-)• Cadenas laterales como sitio de unión para otros compuestos○ La serina, la treonina y, raramente, la tirosina contienen un grupo hidroxilo polar que puede

participar o servir como sitio de enlace para otros compuestos, como por ejemplo para el grupo fosfato

○ Así mismo, el grupo amida de la asparagina (así como el grupo hidroxilo de la serina y la treonina) puede servir como sitio de unión para oligosacáridos en las glicoproteínas

○

Aminoácidos con cadena lateral ácida El ácido aspártico y el ácido glutámico son donadores de protones A pH neutro la cadena lateral de estos aminoácidos están completamente ionizados, conteniendo un grupo

carboxilo cargado negativamente (-COO¯)

Por ello son llamados aspartato y glutamato, respectivamente, para enfatizar que están cargados negativamente pH fisiológico

Aminoácidos con cadena lateral básica La cadena lateral de los aminoácidos básicos aceptan protones A pH fisiológico las cadenas laterales de la lisina y la arginina están completamente ionizadas y tienen carga

neta positiva

Abreviaturas y símbolos de los aminoácidos comunes El nombre de cada aminoácido está asociado a una abreviatura de tres letras y un símbolo de una letra Los códigos de una letra están determinados por las siguientes reglas:

Primera letra únicaSi hay un aminoácido cuyo nombre empieza con una letra que es única, entonces esa letra es utilizada como su símbolo○ Cisteína Cys C ○ Histidina His H ○ Isoleucina Ile I ○ Metionina Met M ○ Serina Ser S ○ Valina Val V

Los aminoácidos más frecuentes tienen prioridad Si el nombre de más de un aminoácido comienza con la misma letra, el más común de éstos recibe su letra como símbolo (p.e. la glicina es más común que el glutamato, por lo que la glicina tiene como símbolo la letra G)○ Alanina Ala A ○ Glicina Gly G ○ Leucina Leu L ○ Prolina Pro P ○ T reonina Thr T

Símbolos de fonética similar al nombre del aminoácido y casos especialesAlgunos símbolos de una letra suenan similar al aminoácido que ellos representan○ Arginine Arg R (aRginine)○ Asparagina Asn N (contiene N)○ Aspartato Asp D (asparDic)

○ Glutamato Glu E (glutEmate)○ Glutamine Gln Q (Q-lamine)○ Phenylalanine Phe F (Fenilalanine)○ Tyrosine Tyr Y (tYrosine)

Tryptophan Trp W (double ring in the molecule) Letra cercana a la primera letra

Para el resto de aminoácidos, se les asigna un símbolo de una letra con una letra lo más cercana posible a la letra inicial de su nombre (se incluyen tres casos especiales)○ Aspartato o asparagina Asx B (puede tratarse tanto de ácido

aspártico como de asparagina)○ Glutamato o glutamina Glx Z (puede tratarse tanto de ácido

glutámico como de glutamina)o Lisina Lys K (cerca de la L)o Aminoácido indeterminado X

Propiedades ópticas de los aminoácidos El carbono alfa (α-C) de cada aminoácido está unido a cuatro grupos químicos distintos, por lo que es una

carbono quiral u ópticamente activo Esto da lugar a la formación de las formas D-aminoácidos y L-aminoácidos (imágenes especulares una de la

otra)

Las dos formas en cada par son denominadas estereoisómeros, isómeros ópticos o enantiómeros A diferencia de lo que ocurre con los carbohidratos, en el organismo se encuentran exclusivamente L-

aminoácidos Los D-aminoácidos se encuentran en algunos antibióticos y en la pared celular de bacterias

Referencias bibliográficas 1998. Conn, EE; et. al. Bioquímica Fundamental. Limusa, Noriega Editores. México. 1994. Champe, PC; Harvey, RA. Lippincott’s Illustrated Reviews: Biochemistry. Lippincott Williams & Wilkins.

2nd edition. Philadelphia, USA.