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8/14/2019 Procesos Biologicos - 03 - Aminocidos, pptidos y protenas.23.03.09
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Aminocidos, pptidos yAminocidos, pptidos y
protenasprotenasRodrigo Sandoval, Ph.D.Procesos Biolgicos ICarrera de Medicina
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ProtenasProtenas
Biopolmeros de -amino cidos. Amino cidos estn unidos por enlaces
peptdicos. Variedad de Funciones:
estructura enzimas transporte proteccin hormonas
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AminocidosAminocidos
Molculas orgnicas que presentanun radical amino y un radical
carboxilo. Existen ms de cien enla naturaleza.
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Unidades Estructurales de las protenas Usadas tambin en vas bioqumicas 20 aminocidos estandar (-aminocidos) Dos grupos funcionales:
Grupo cido carboxlico Grupo amino en el carbono alfa ()
Diferentes grupos sustituyentes (R) Sus propiedades van a dictar el
comportamiento del aminocido
Amino cidosAmino cidos
R sidechain
|
H2N C COOH|
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Estructura de losEstructura de los
AminocidosAminocidos
H2N
C
CO2H
R
H
R Puede ser una serie de gruposfuncionales
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Aminocidos EstandarAminocidos Estandar
20 Difieren en caractersticas de su
Sustituyente: -H or alquil Contienen -OH
Contienen azufre Contienen nitrgenos no bsicos tienen -COOH Tienen un nitrgeno bsico
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Clasificacin de losClasificacin de los
aminocidosaminocidos Clasificacin por la estructura de R
apolares
Polares Aromticos
Acdicos
Bsicos
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Aminocidos apolaresAminocidos apolares
Hidrofbicos, neutrales, alifticos
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Aminocidos polaresAminocidos polares
Hidroflicos, neutrales, generadores depuentes de H
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Aminocidos AromticosAminocidos Aromticos
Voluminosos, neutrales, polaridaddepende de R
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Aminocidos acdicos y bsicosAminocidos acdicos y bsicos
Acdicos Grupo R = cido
carboxlico
Donor H+ Cargadosnegativamente
Bsicos Grupo R = amina Acepta H+
Cargadospositivamente
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Abreviaciones (1 y 3 letras)Abreviaciones (1 y 3 letras)
Alanina A, AlaArginina R, ArgAsparragina N, Asn
cido Asprtico D,Asp
Cisteina C, CysGlutamina Q, Gln
cido Glutmico E,Glu
Glicina G, GlyHistidina H, HisIsoleucina I, Ile
Leucina L, LeuLisina K, LysMetionina M, Met
Fenilalanina F, PheProlina P, ProSerina S, Ser
Treonina T, Thr
Triptofano W, TrpTirosinaY, TyrValina V, Val
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Aminocidos escencialesAminocidos escenciales
Arginina (Arg)Treonina (Thr)
Lisina (Lys)Valina (Val)Fenilalanina (Phe)
Triptofano (Trp) Metionina (Met)
Histidina (His) Leucina (Leu) Isoleucina (Ile)
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Otros aminocidos puedenpresentar inters biolgico,porque forman parte de protenasde microorganismos, porque danlugar a molculas fundamentales(tiroxina) o porque sufren
modificaciones comometilaciones, fosforilaciones, ...( -alanina; forma parte decoenzimas, cido -aminobutrico;neurotransmisor de las sinapsis
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Estereoqumica de losEstereoqumica de los
aminocidosaminocidos Los aminocidos (excepto gly) sonpticamente activos
Proyecciones de Fischer:
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Quilaridad de losQuilaridad de los
AminocidosAminocidos Gly, cido 2-amino-actico, es aquiral En todos los dems, el carbono del
aminocido es el centro quiral La referencia estereoqumica delos
aminocidos es la proyeccin de Fischerde la L-serine
Protenas derivan exclusivamente de L-aminocidos
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Configuraciones D y LConfiguraciones D y L
d= dextrorotatorio l = levorotatorio
D, L = relativo a gliceraldehdo
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Importancia de laImportancia de la
estereoqumicaestereoqumica Todos los AA encontrados en
protenas tienen geometra L
D-AA se encuentran en Bacterias
Geometra de las protenas afectan
la reactividad (unin de sustratos en
enzimas)
Talidomida
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Aminocidos no estndarAminocidos no estndar
Derivados de AA Modificacin de AA
luego que la protena
es sintetizada Residuos terminales
o grupos R Adicin de grupos
alquilo pequeos,hidroxilos, etc.
D-AA
Bacterias
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Aminocidos poco comunesAminocidos poco comunes
4-Hidroxiprolina, 5-hidroxilisina seencuentran en fibras de colgeno.
D-cido Glutmico en pared celularde bacterias.
D-Serina en gusanos.
cido -Aminobutrico,neurotransmisor. -Alanina, constituyente de la
vitamina cido pantotnico
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Propiedades de losPropiedades de los
AminocidosAminocidos Alto punto de fusin, sobre 200C. Solubles en agua ms que en solventes
orgnicos. Momentos dipolares mayores que
aminas o cidos simples. Menos acdicos que la mayora de los
cidos carboxlicos y menos alcalinosque la mayora de las aminas.
H3 N CH
R
C
O
O+ _
pKa = 10 pKb = 12
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Recordar H3PO4 (mltiples pKa)
AAs tambin tienen mltiples pKa debido a sus
mltiples grupos ionizables
Propiedades cido-basePropiedades cido-base
pK1 ~ 2.2
(protonado bajo 2.2)
pK2 ~ 9.4
(NH3+ bajo 9.4)
pKR
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Tanto los grupos NH2 como COOH en un
aminocido sufren ionizacin en estado acuoso.
ApH fisiolgico (7.4), se forma un zwitterion Tanto cargas + como
Neutro
Anftero
Grupo Amino protonado Grupo Carboxilo deprotonado
Soluble en solventes polaresdebido a su carcterinico
Estructura de R tambin influencia la solubilidad
ZwitterionesZwitteriones
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pH e ionizacinpH e ionizacin
Considere la glicina:
Note que no hay formacin de la especie no
cargada
H3N CH C
H
OH
O
H3N CH C
H
O
O
H2N CH C
H
O
O
OH-
H3O+
OH-
H3O+
Glycine ion atacidic pH
(charge = 1+)
Zwitterion of glycine(charge = 0)
Glycine ion atbasic pH
(charge = 1-)
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Titulacin de la GlicinaTitulacin de la Glicina
pK1 [cation] = [zwitterion]
pK2 [zwitterion] = [anion]
Primer punto de equivalencia Zwitterion Moleculea no tiene carga neta pH = pI (punto Isoelectrico)
pI = promedio de pKa = (pK1 +
pK2)
pIgly
= (2.34 + 9.60) = 5.97
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Punto IsoelctricoPunto Isoelctrico
pH al cual los aminocidos existencomo zwitteriones (neutros).
Depende de la estructura de la cadenasistituyente. Aminocidos Acidicos, pH isoelctrico
~3. Aminocidos Basicos, pH isoelctrico
~9. Aminocidos neutros, pH isoelctrico
es levemente cido, 5-6.
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El enlace peptdicoEl enlace peptdico
Cadena de aa = pptido o protena Residuos de aminocidos conectados por
enlaces peptdicos
Residuo = AA H2O
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Estrucutra del enlaceEstrucutra del enlacepeptdicopeptdico El enlace peptdico es un enlace
amida. Amidas son muy estables y neutras.
=>
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Formacin del enlaceFormacin del enlacepeptdicopeptdico
El grupo amino de una molcula secondensa con el grupo cido del otro. Polipptidos tienen generalmente pesos
moleculares menores de 5000. Pesos moleculares de las protenas pesan
desde 6000-40,000,000.
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PolipptidosPolipptidos
Polmeros lineales (sinramificaciones)
Monmeros de AA unidos de cabezaa cola Residuos terminales:
Grupo amino libre (N-terminal) Se dibuja a la izaquierda
Grupo carboxilato libre (C-terminal) Se dibuja a la derecha
Valores de pKa de AAs en
Oli id
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OligopptidosOligopptidosMolculas formadas por un nmero de aminocidos
inferior a 100.
Oligopptidos con actividad biolgica:
Algunas vitaminas del grupo B: cido pantotnico y cido
flico.Hormonas: adrenocorticotrofina (ACTH), melanotrofina(MSH), insulina y glucagn, gastrina y secretina yangiotensina.
Neuropptidos: encefalinasAntibiticos: alcaloides
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BradiquininaBradiquinina
Oligopptido, 4 a 10 aminocidos. Se nombra de izquierda a derecha:
arginylprolylprolylarginine.
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PROTENASPROTENAS
DEFINICINBiopolmeros de aminocidos de mas
de 6000 daltons, indispensables parala procesos vitales de los seres vivos.Estn formadas por C, H, O, N y S
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Por su naturalezaPor su naturalezaqumicaqumica
SIMPLESSIMPLESCONJUGADASCONJUGADAS
CLASIFICACIN DE LASCLASIFICACIN DE LASPROTEINASPROTEINAS
Por la forma quePor la forma queadoptaadopta
FIBROSAFIBROSAGLOBULARGLOBULAR
Por su funcinPor su funcinBiolgicaBiolgica
ENZIMASENZIMASPROTENAS DEPROTENAS DETRANSPORTETRANSPORTECONTRCTILES YCONTRCTILES YMTILESMTILESDE DEFENSADE DEFENSAREGULADORASREGULADORASNUTRIENTESNUTRIENTESHORMONASHORMONAS
Protenas ClasificacinProtenas Clasificacin
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Protenas. ClasificacinProtenas. ClasificacinHoloprotenas o protenas simples (slo contienen aminocidos):
Globulares: solubles( ) e insolubles ( )Globulinas: inmunoglobulinas, seroglobulina,lactoglobulina,...
Albminas: ovoalbmina, lactoalbmina,...
Histonas: forman la cromatinaProtaminas: unidas al ADN en espermatozoides
Gluteninas: en semillas.
Fibrilares o escleroprotenas:
Colgeno: tejidos conectivosQueratinas: estructuras drmicas(pelo, uas,...)
Elastinas: fibras musculares (actina y miosina)
Fibringeno: coagulacin sangunea
P Cl ifi iP t Cl ifi i
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Protenas. ClasificacinProtenas. Clasificacin
Heteroprotenas o protenas conjugadas: formadas por una parte
proteica (grupo proteico) y otra no proteica (grupo prosttico). Seclasifican segn la naturaleza del grupo prosttico.
Fosfoprotenas: algunos a. estn fosforilados (casena de laleche)
Cromoprotenas: llevan unido un pigmento
Porfirnico: con el grupo porfirnico (hemoglobina,citocromos)
no porfirnico: con un ion metlico como Cu(hemocianinas)
Glucoprotenas: con un oligosacrido como la mucina de lasaliva
Lipoprotenas: con un lpido como el transporte de colesterol
Nucleoprotenas: con cidos nucleicos como ribosomas o
cromatina
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PROPIEDADES DE LASPROPIEDADES DE LAS
PROTEINASPROTEINAS PROPIEDADES CIDOS-BASE: puntoisoelctrico.
SOLUBILIDAD: Forman dispersiones en agua Efecto del pH: hace variar la carga. Efecto de las sales:
Baja [ ]: aumenta la solubilidadAlta [ ]: disminuye la solubilidad
Efecto de solventes poco polares:disminuye la solubilidad.
P t P i d dP t P i d d
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Protenas. PropiedadesProtenas. Propiedades
Solubilidad: solubles en agua donde forman dispersiones
coloidales. En la estructura, los aminocidos hidrfilos seencuentran al exterior y los hidrfobos al interior. Hayexcepciones.
Las protenas fibrosas suelen ser insolubles.
Punto isoelctrico: el valor del pH para el cual las cargaspositivas y negativas de los radicales de los aminocidos estncompensados. En este valor las protenas son insolubles, por loque el pH fisiolgico debe ser diferente.
Poder amortiguador o tampn:debido a su carcter anfteroregulan el pH del medio
P t P i d dP t P i d d
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Protenas. PropiedadesProtenas. Propiedades
P P i d d
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Protenas. PropiedadesProtenas. Propiedades
P t F iP t F i
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Protenas. FuncionesProtenas. FuncionesEnergtica: lactoalbmina, casena,...
Estructural: colgeno, histonas,..
Hormonal: insulina
Transportadora: hemoglobina, protenas demembrana,...
Antibitica: actinomicina
Contrctil: actina, miosina,...
Homeosttica: regulan las condiciones del medio(pH)
Inmunolgica: inmunoglobulinas
Marcadoras: protenas de membrana
Protectora y lubricante: mucina, protenas del
lquido sinovial
S i ifi iS i ifi i
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Separacin y purificacinSeparacin y purificacin
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Tamao proteicoTamao proteico
En general, protenas contienen >40residuos Mnimo necesario para alcanzar
estructura terciaria Usualmente 100-1000 residuos % de cada aminocido vara Protenas se separan conforme sus
diferencias de tamao y composicin
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Factores a controlarFactores a controlar
pH Mantener el pH estable para evitar denaturacin o
degradacin qumica
Presencia de enzimas Pueden afectar estructura (ej. proteasas/peptidasas)
Temperatura Controla la denaturacion (0-4C) Controla la actividad de las enzimas
Grupos tiol Reactivos Adicionar grupos protectores para prevenir formacin de
nuevos enlaces disulfuro
Exposicin al aire, agua Denatura u oxida
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Procesos generales deProcesos generales deseparacinseparacin Detectar/cuantificar protenas (ensayo) Determinar la fuente (tejido) Extraer proteina
Suspender la fuente celular en tampones Homogenizar
Cortar en piezas pequeas Romper clulas
Contenido soluble mezclado con el tampn Centrifugar para seperar materiales solubles e
insolubles
Separar protenas de inters
Basado en solublilidad, tamao, carga o
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SolubilidadSolubilidad
Precipitacin selectiva de protenas Manipular
Concentracin de sales Solventes pH Temperatura
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Concentracin de salesConcentracin de sales
Adicionar pequeas concentraciones de
sal incrementa la [Proteina]
Sal impide la agregacin de protenas Salting-in
Salting out
Aumentando ms la [sal] disminuye la
[proteina]
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Otros mtodos deOtros mtodos de
solubilizacinsolubilizacin Solvente Similar a salting-out Adicionar solventes orgnicos (acetona,
etanol) para interactuar con agua Disminuye el poder de solvatacin
pH
Proteinas son menos solubles al pI Precipitacin Isoelectrica
Temperatura
Ch t fChromatografa
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ChromatografaChromatografa
Fase mvil Mezcla disuelta en
lquido o slido
Fase estacionaria Matriz porosa slida
Componentes de la
mezcla pasan a travsde una columna
basada en diferentes
propiedades
E t UV ViEspectroscopa UV Vis
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Espectroscopa UV-VisEspectroscopa UV-Vis
Monitorearconcentraciones deprotena de cadafraccin
= 280 nm Absorbancia de
grupos aromticos
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ElectroforesisElectroforesis
Migracin de iones en un campo elctrico
Movilidad electrofortica es funcin de la carga,tamao, voltaje, pH
Cargas positivas se mueven hacia el electrodonegativo (catodo)
Protenas cargadas negativamente se mueven
hacia el electrodo positivo (anodo) Protenas a su pI no migran en ninguna direccin
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