fundamentos de bioquimica
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TEMA 3
FUNDAMENTOS DE BIOQUMICA
AMINOACIDOS Y PROTEINAS
LUZ-FACING-EIQ -DIB. Dra. Cateryna Aiello Mazzarri ,2012
CONSTITUYENTES DE LA CLULA
compuestos polimricos de alto peso molecular: protenas, cidos nuclecos,
polisacridos, lpidos
otros materiales de almacenamiento: grasas, polihidroxubutirato y glicgeno
clula
Pared celular Polisacridos, protenas y lpidos
Citoplasma Protenas en forma de enzimas
Ncleo cidos nuclecos en forma de ADN
Otros metabolitos sales inorgnicas: NH4+, PO4
3-, K+, Ca2+, Na+, SO42-
Intermedios: piruvato, acetato
vitaminas
50% carbohidratos,
20% oxgeno,
4% nitrgeno,
8% hidrgeno,
3% fsforo,
1% azufre
Trazas de K+, Na+,Ca2+,Mg2+,Cl- y vitaminas
BACTERIA
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NIVELES DE ESTUDIO
Y COMPRENSIN
MOLECULAR: Biologa molecular, Bioqumica
CELULAR: Biologa celular, Microbiologa
POBLACION: Microbiologa, Ecologa
PRODUCCION: Ingeniera de Bioprocesos
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AMINOCIDOS Y PROTENAS
Molculas orgnicas ms abundantes en los organismos
vivos: 40-70% de su peso seco
Protenas: polmero orgnico
Monmero: -aminocidos, con un grupo carbonilo y un grupo -amino, difieren en la estructura del grupo R.
Uniones: enlaces peptdicos.
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AMINOCIDOS
Todas las protenas estn
compuestas de
aminocidos
20 aminocidos comunes
Todos son -aminocidos excepto prolina
Un grupo amino primario
esta unido al carbono (el C justo al lado del
grupo carbonilo)
R COO-
H
NH3+
C
carbono
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AMINOCIDOS EN LOS SISTEMAS BIOLGICOS
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AMINOCIDOS
Con excepcin de la glicina, el carbono esta unido a cuatro grupos diferentes: CENTRO QUIRAL
2 ismeros pticos : D y L
El grupo amino es el mismo en todos
los aminocidos
Slo L-aminocidos en las protenas. Raro encontrar en la naturaleza
D-aminocidos, en algunas paredes celulares de microorganismos y en
algunos antibiticos. LUZ-FACING-EIQ -DIB. Dra. Cateryna Aiello Mazzarri ,2012
CLASIFICACIN DE LOS AMINOCIDOS
Se clasifican en funcin del tipo
de cadena (R) que se une al
carbono . R COO-
H
NH3+
C
a. Con cadena polar cargada
b. Con cadena polar sin carga
c. Con cadena no polar
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AMINOCIDOS
Hidrofbicos: aas con cadenas alifticas.
Hidroflicos: aas con cidos, carbonilo u otros
grupos hidroflicos.
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AMINOCIDOS ESENCIALES
No son sintetizados en el organismo y requieren
ser incorporados en la dieta diaria.
Son OCHO aminocidos indispensables:
Lisina
Leucina
Isoleucina
Fenilalanina
Metionina
Valina
Treonina
Triptofano
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PROPIEDADES ACIDO-BASE
Naturaleza inica anfotrica cido-base Grupo cido: -COOH
Grupo bsico: -NH2
Carga + de acuerdo al pH
Donar o aceptar electrones
Un nuevo estado qumico Punto Isoelctrico
Cargas + = Cargas
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PROPIEDADES CIDO-BASE
pH < PI forma catinica
pH = PI carga cero
pH > PI forma aninica
Forma catinica
protonada
Forma aninica
no protonada
Punto Isoelctrico, PI
doble ion
NH 3
+ C COOH
H
R
NH 3
+ C COO
-
H
R
NH 2
C COO -
H
R
H +
OH -
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IONIZACIN DE LOS AMINOCIDOS
KpK log
Ecuacin de
Henderson
Hasselbalch (cido)protonadaforma
(base)protonadanoformalog pKpH
[HA]
][Alog
-
pKpH [HA]
][Aloglog
-
KpH
HbaseAminocido
o][aminocid
]][H[base K
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CURVAS DE TITULACIN
R-COOH -->R-COO- + H+
Punto de inflexin = pH donde pK = -log K
Titulacin de la glicina
Primer grupo en titularse:
pKA = 2.34
Segundo grupo en titularse:
R-NH3+ --> R-NH2 + H
+
pKB = 9.69
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PUNTO ISOELCTRICO (PI)
PI = pH al cual la carga neta es igual a cero
)(2
1ji pKpKpI
Ki y Kj = constantes de ionizacin de cada una de las especies neutras
Glicina Ki y Kj = K1 y K2
cido asprtico y glutmico Ki y Kj = K1 y KR
Arginina, histidina y lisina Ki y Kj = KR y K2
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ENLACE PEPTDICO
Los aa polimerizan formando cadenas
Un pptido es una cadena de aa
Unin cabeza-cola
H
H3N+ C C
R1
O
O-
cabeza
cola
direccin
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REACTIVIDAD QUMICA
La facilidad de los aminocidos para reaccionar se
debe bsicamente a la naturaleza qumica de su
radical
Alanina, valina, leucina e isoleucina, prcticamente
inertes
Arginina y lisina tienen grupos aminos libres y
forman enlaces cruzados
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REACTIVIDAD QUMICA
cidos asprtico y glutmico tienen un segundo grupo carboxlico
Otros tienen grupos laterales reactivos:
Cisteina : -SH
Arginina: guanidio
Histidina: imidazol
Serina, treonina y tirosina: alcohol
Asparragina y glutamina: amidas
Metionina: tio-ter
Triptofano: indol
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ENLACE PEPTDICO
Reaccin de condensacin con eliminacin de una
molcula de agua
Reaccin de un cido carboxlico y una amina
Formacin de un enlace CO-NH, un enlace amdico
Estable y no se hidroliza con facilidad
Drsticas condiciones: Medio cido (HCl 6N), alta temperatura
(90 C) y largos tiempos de exposicin (24-72 H)
La hidrlisis se usa para determinar la composicin de
aminocidos de un pptido
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ENLACE PEPTDICO
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Unidades individuales de aa que se
incorporan dentro de una cadena o pptido
Conjunto formado por un nitrgeno imidico,
C, un grupo carboxilo y un grupo R
RESIDUO DE AMINOACIDO
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POLIPPTIDOS
Cadena de varios aminocidos: dipptidos,
tripptidos, oligopptidos o polipptidos
Polmeros lineales
Cada residuo participa en dos enlaces peptdicos,
unin cabeza-cola
Al formarse se pierde un grupo amino y un carboxilo
por cada enlace
Primer amino = Amino terminal o N-terminal (Izquierda)
Ultimo carboxilo =Carbono terminal o C terminal (derecha)
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POLIPPTIDOS
Formacin del Enlace
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POLIPPTIDOS
Formacin de enlaces o puentes de hidrogeno con el
oxigeno del carbonilo del enlace
Restricciones geomtricas dependiendo de la cadena
lateral R
Polaridad reducida = solubilidad marginal en agua
En solucin pueden presentar carcter polar o no
polar, dependiendo de la cadena lateral R
leu-val = insoluble en agua
glu-lys = bastante soluble en agua
gly-gly = solubilidad limitada en agua
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PROTENAS
Qumicamente, son compuestos complejos formados por la unin de molculas sencillas y no hidrolizables llamadas Aminocidos
Contienen una o mas cadenas de Polipptidos
Sus propiedades dependen del tipo, concentracin y secuencia de unin de los aminocidos
Las variaciones en la longitud y secuencia de los aminocidos contribuyen a la diversidad de formas y funciones biolgicas.
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PROTENAS
Compuestos qumicos complejos que se encuentran en todas la clulas vivas: en la sangre, en los huevos y en toda clase de semillas y plenes.
Son el centro de accin de los procesos biolgicos
Son molculas especificas, los cual determina la identidad biolgica de los organismos: Cada ser vivo es como es por las protenas que tiene
Conocer estas molculas permite descifrar algunos enigmas del fenmeno VIDA
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TIPOS DE PROTENAS
Globulares: La estructura terciaria de la protena induce su esfericidad. Mas solubles Ej. Hemoglobina, Inmunoglobulinas
Fibrosas: alargadas, desempean un papel estructural, en funciones de conexin, de proteccin o de soporte Ej. Queratina, Colgeno, Fibrona de seda,
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TIPO GLOBULAR
Mioglobina de esperma de ballena.
RCSB Protein Data Bank http://www.rcsb.org/pdb/index.html LUZ-FACING-EIQ -DIB. Dra. Cateryna Aiello Mazzarri ,2012
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TIPO FIBROSO
Colgeno: una de las
protenas mas largas (3000
) y estrechas (15 )
Otras: fibroina de la seda,
queratina del cabello
Colgeno (1A3I)
RCSB Protein Data Bank
http://www.rcsb.org/pdb/index.html LUZ-FACING-EIQ -DIB. Dra. Cateryna Aiello Mazzarri ,2012
CLASIFICACIN DE LAS PROTENAS
Protenas estructurales: glicoprotenas, colgeno,
queratina
Protenas catalticas: enzimas (+ 2000 conocidas),
altamente especficas en su funcin, gran poder
cataltico. La mayora son globulares
Protenas de transporte: hemoglobina, suero de
albumina
Protenas regulatorias: hormonas(insulina,
hormona del crecimiento)
Protenas protectoras: anticuerpos, trombina
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NIVELES ESTRUCTURALES
La actividad biolgica depende de la disposicin espacial de la cadena polipeptdica
La forma es consecuencia de su organizacin tridimensional
Cuatro niveles Primaria
Secundaria
Terciaria
Cuaternaria
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ESTRUCTURA DE LAS PROTENAS
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ESTRUCTURA PRIMARIA
Constituye una cadena de planos peptdicos articulados
con distintos ngulos y de los C salen las cadenas laterales R
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TAMAO DE LAS PROTEINAS
20 aa 20n secuencias posibles
100 residuos 20100 = 1.27 x 10130
Solo se producen una pequea fraccin de
las posibilidades tericas
40 residuos = protena
Mayora = 100 1000 residuos
titin = 26.926 residuos (2990 kD) LUZ-FACING-EIQ -DIB. Dra. Cateryna Aiello Mazzarri ,2012
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INSULINA BOVINA
Gly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Ala-Ser-Val-Cys-Ser-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-Asn
5 10 15 21
s sCadena A
Cadena B
Phe-Val-Asn-Gln-His-Leu-Cys-Gly-Ser-His-Leu-Val-Glu-Ala-Leu-Tyr-Leu-Val-Cys-Gly-Glu-Arg-Gly-Phe-Phe-Tyr-Thr-Pro-Ala
5 10 15 20 25 30
s
s
s
s
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LA ESTRUCTURA PRIMARIA DE LAS PROTENAS
DETERMINA SU ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL
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ESTRUCTURA SECUNDARIA
Es la disposicin espacial de las cadenas de polipptidos
Es el resultado de enlaces de hidrogeno entre residuos cercanos
Varios tipos Hlice Alfa
Hlice del colgeno
Hoja plegada o beta
Giro Beta
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HLICE ALFA
La estructura primaria se enrolla sobre si misma
Hlice dextrgira
3.6 aa por vuelta
Cada vuelta 5.4
Cadenas laterales R se proyectan hacia afuera de la hlice
C=O y N-H hacia arriba y hacia abajo paralelos a la hlice
aa no compatibles:
Aspartico
Treonina e isoleucina
prolina
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Puentes de hidrogeno intracatenarios
Cadenas laterales por fuera de la hlice
Enlaces de hidrogeno paralelos a la hlice, entre el C=O de un aa, con el NH- del cuarto aa que le sigue
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LA UNIDAD ESTRUCTURAL DE LA PROTENA COLGENO
ES UNA TRIPLE HLICE DEXTRGIRA LLAMADA
TROPOCOLGENO
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HOJA PLEGADA O CONFORMACIN BETA
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GIRO BETA
Alfa Hlice (verde) y Hoja Plegada Beta (roja)
unidas por un Giro Beta (blanco)
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ESTRUCTURA TERCIARIA
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TIPO FIBROSO
Colgeno: una de las
protenas mas largas
(3000 ) y estrechas
(15 )
Otras: fibroina de la
seda, queratina del
cabello
Colgeno (1A3I)
RCSB Protein Data Bank
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TIPO GLOBULAR
Mioglobina de esperma de ballena.
RCSB Protein Data Bank http://www.rcsb.org/pdb/index.html LUZ-FACING-EIQ -DIB. Dra. Cateryna Aiello Mazzarri ,2012
FUERZAS QUE ESTABILIZAN LA
ESTRUCTURA TERCIARIA
Enlaces covalentes
Puentes disulfuro S-S- entre dos cisteinas
Enlace amida -CO-NH- entre cadenas
laterales lys asp lys glu
Fuerzas electrostticas
Puentes de hidrogeno
Interacciones hidrofbicas
Fuerzas dipolo-dipolo
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DOMINIOS
Regiones
diferenciadas dentro
de la estructura
terciaria que actuan
como unidades
autonomas
Cadenas con mas de
200 aminocidos
tienen dos o mas
dominios Protena piruvato quinasa
4 dominios
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ESTRUCTURA CUATERNARIA
Protenas oligomricas con mas de una cadena polipeptdica
dos o mas monmeros o protmeros
Dos: hexoquinasa
Cuatro: hemoglobina
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HEMOGLOBINA
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ASPARTATO TRANSCARBAMINASA
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HEXOQUINASA
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ANTICUERPOS E INMUNOGLOBULINAS
Son protenas que se unen a molculas
particulares o porciones de molculas con un alto
grado de especificidad.
La combinacin de un anticuerpo especfico con el
antgeno = formacin de complejos Ab-Ag. La
formacin de este complejo Ab-Ag = respuesta
inmunolgica.
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ANTICUERPOS E INMUNOGLOBULINAS
Importancia clnica e industrial: kits de diagnostico,
esquemas de separacin de protenas, vas de
transporte biolgico de medicamentos para el
cncer. Los anticuerpos son uno de los ms
importantes productos de la Biotecnologa
Cinco principales clases de inmnuoglobulinas en
plasma sanguneo humano: IgG, IgA, IgD, IgM e
IgE. IgG la mas abundante y estudiada. Peso
molecular 150 kilodaltons, excepto IgM que tiene 900Kd. (Un Dalton es la unidad de masa
equivalente a un tomo de hidrgeno.
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DESNATURALIZACIN
Prdida total o parcial de los niveles de
estructuracin superior al primario.
Puede ser reversible o irreversible
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ASOCIACIONES SUPRAMOLECULARES
Agrupaciones entre protenas o con otras Biomoleculas
Entre protenas
Entre protenas y otras biomolculas
Protenas y azucares
Protenas y lpidos
Protenas y cidos nuclecos
Estructuras de orden superior y de carcter permanente
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ASOCIACIN DE LA FIBRINA PARA
FORMAR UN COAGULO SANGUNEO
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TUBULINA
Protenas -tublina (azul) y -tubulina (verde) se asocian formando microtubulos, que forman parte
del citoesqueleto de las celulas, cilios y flagelos.
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PROTENAS Y AZUCARES
PROTEOGLICANO
PEPTIDOGLICANO
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PROTENAS Y LPIDOS
a)
LIPOPROTEINA DEL
PLASMA SANGUINEO
LIPOPROTEINAS
MEMBRANA BIOLOGICA
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PROTENAS Y CIDOS NUCLEICOS
RIBOSOMA NUCLEOSOMA
VIRUS HIV
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