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Apuntes Biomoléculas – Profesor: Carlos Silva Pradel

PROTEINAS: del griego “proteios” que significa lo primero. Definición: • “Son polímeros de condensación de α –aminoácidos con configuración L” • Son moléculas complejas de gran peso molecular (Insulina: 6000-Queratina

20x106) que contienen C, H, O, N y a veces S y P. • Tienen gran importancia biológica pues:

Las estructuras celulares están constituidas por ellas. Las reacciones químicas que ocurren al interior de las células son catalizadas por enzimas que son de naturaleza proteica. Cumplen funciones específicas muy diversas en el organismo humano como por ejemplo:

Hemoglobina (transporte de oxigeno) Fribrinógeno (coagulación sanguínea) Anticuerpos (responsables de la inmunidad) Hormonas (regulan equilibrio funcional)

• Cada proteína tiene una secuencia única de aminoácidos CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEINAS

1. PROTEINAS NATIVAS PROTEINAS SIMPLES (formadas sólo por aminoácidos). Como ejemplos:

- Albúmina - Globulinas

(*)PROTEÍNAS CONJUGADAS (tienen grupo prosteéico): Como ejemplos:

- Fosfoproteínas - Hemoproteínas - Núcleoproteinas

2. PROTEÍNAS DERIVADAS (modificadas por el hombre)

- Alcaliproteínas - Ácidoproteínas

(*) Las proteínas conjugadas además de su porción aminoacídica tienen un grupo de diferente naturaleza que se llama GRUPO PROSTÉTICO Ej.: caseína, fosfoproteína, grupo prostético: fosfato. cromosomas, nucleoproteina, Grupo prostético: ácido nucleico.


Estructura de α-aminoácido: Las unidades que forman las proteínas se llaman α-aminoácidos y su estructura es la siguiente:

H C

R

COOH

NH2

αααα

cadena lateral

• Si R ≠ H el C α es asimétrico y el aminoácido tiene actividad óptica. Ejs:

H C

CH3

COOH

NH2

H C COOH

NH2

CH3

CCH

3

alanina valina • Todos los aminoácidos naturales tienen configuración L: Ejs:

NH2

C H

CH2OH

COOH

NH2

C H

CH2OH

COOH

OH C H

CH2OH

CHO

L-serina L-valinaL-gliceraldehído

1

2

3

1

2

3

1

2

3

patrón de comparación CLASIFICACIÓN DE AMINOÁCIDOS (aa)

I. Ácido. monoamino monocarboxílicos (neutros) a) Ácidos alifáticos: Glicina, alanina, valina(*), nor-leucina, leucina, isoleucina,

serina, treonina. b) Ácidos con núcleos aromáticos: Fenilanina, tirosina, triptofano. c) Ácidos que contienen azufre: Cisteina, cistina, metionina.

II. Ácidos monoaminodicarboxílicos (ácidos) Ácido aspártico, ácido glutámico. III. Ácido diaminomonocarboxílicos (básicos) Lisina, arginina, histidina. (en niños) IV Aminoácidos con núcleos heterocíclicos. Prolina, hidroxiprolina.


• Hay 20 aminoácidos naturales conocidos. (*) Los subrayados son los llamados aminoácido esenciales (son 8) los cuales deben proporcionarse en la dieta. ABREVIATURAS DE AMINOÁCIDOS

Glicina Gly Treonina Thr Alanina Ala Tirosina Tyr Valina Val Hidroxipolina Hyp Leucina Leu Cisteína Cys Isoleucina Ile Cistina Cys-Cys Fenilalanina Phe Metionina Met Asparragina Asn Ácido aspártico Asp Glutamina Gln Ácido glutámico Glu Triptofano Trp Lisina Lys Prolina Pro Arginina Arg Serina Ser Histidina: His

ION DIPOLAR O ZWITTERION: todos los aminoácidos al estado de cristal o en solución acuosa se encuentran como “ión dipolar"

NH2

C

H

COOH

R

NH3

+C

H

COO

R

NH2

C

H

COO

R

NH3

+C

H

R

COOH

OH H+

-

-

-

predominante en medio básico predominante en medio ácido

"ion dipolar"

carga eléctrica cero (0)

Punto Isoeléctrico o Punto Isoiónico (pI): es aquel pH en que el aminoácido tiene una carga eléctrica neta igual a cero, por lo tanto “la concentración de la forma aniónica es igual a la concentración de la forma catiónica.”

• Se dice que a ese pH el aminoácido tiene su mínima solubilidad, es característico de cada aminoácido y no se mueve en un campo eléctrico.


CALCULO DEL PUNTO ISOELÉCTRICO (Ejemplo: Glicina)

NH3

+

CH2

C

O

OH

NH3

+

CH2

C

O

O

NH2

CH2

C

O

OpKa1 pKa2

Ka1 Ka2

"zwitterion"

carga eléctrica: +1 0 -1

( )21 pKapKa2

1 pIpH +==

• En cualquier aminoácido el “punto isoeléctrico” se calcula con los pKa vecinos

al “zwitterion” (carga eléctrica = cero) • El “punto isoeléctrico” depende si el aminoácido es básico, neutro o ácido:

aminoácido básico: pI = 7,5 a 11,2; aminoácido neutro: pI = 5 a 6,3; aminoácido ácido: pI = 2,8 a 3,2.

CALCULO DEL pI DE LA LISINA

NH3

+

CH

C O

CH2

CH2

CH2

NH3

+

OH

NH3

+

CH

COO-

CH2

CH2

CH2

NH3

+

NH2 CH

COO-

CH2

CH2

CH2

NH3

+

NH2 CH

COO-

CH2

CH2

CH2

NH2

OH-

H+

pKa1 pKa2 pKa3

OH-

OH-

H+H+

2,18 8,95 10,53

carga eléctrica: +2 +1 0 -1 pI = ½ pKa2 + ½ pKa3 ; pI = ½ (pKa2 + pKa3)

pI = ½ ( 8,95 + 10,53 )

pI = 9,74

REACCIONES QUÍMICAS REFERIDAS AL GRUPO NH2

a) Los aminoácidos forman sales con los ácidos.

NH3

+C COO-

R

H

H-Cl NH3

+C

R

H

COOHCl

+ -

+

clorhidratos de aminoácidos


b) Método de Van – Slyke (Reacción cuantitativa)

NH3

+C COO-

R

H

C

R

H

COOHOHHNO2

N2 OH

2+

ácido hidroxiácido

+ +(g)

• Se puede calcular la cantidad de N2 liberado en condiciones normales que es proporcional a la cantidad de aminoácido.

c) Reacción de Sorensen.

NH3

+C COO-

R

H

CH

R

COO-N

CH2OH

CH2OH

OH- OH2H-CHO+ ++ 2

formalina

d) Reacción de Sanger: determina N – terminal (péptidos).

F

NO2

NO2

NO2

NO2

NH CH COOH

R

FHNH2

CH COOH

R

+ +

1

3

2

4

2,4-dinitrofluorobenceno

2,4-DNFB o DNFB

aminoácido N-terminal "marcado"

aminoácido

REACCIONES QUÍMICAS REFERIDAS AL GRUPO COOH a) Formación de sales con Cu +2 ; Ag+ ; Pb+2

NH3

+C COO-

R

H

NH2

C COO-

R

H

OH- Cu2+

NH2

C COO-

R

H

sal insoluble

( )2Cu

b) Formación de esteres.

NH3

+C COO-

R

H

NH3

+C C

R

H

O

O CH3CH

3OH

H+

++-


REACCIONES DE LAS CADENAS LATERALES

A) Reacción de Millon. B) Reacción Xantoproteica. C) Reconocimiento de azufre.

PÉPTIDOS: Los oligómeros formados por la unión de aminoácido y pérdida de H2O se llaman “peptidos”.

• Cuando se unen dos aminoácidos se forma un DIPEPTIDO que tiene 1 enlace peptídico (*) formándose también 1 mol de H2O (*) no hay rotación libre alrededor de enlace peptídico.

• Cuando se unen tres aminoácidos se forman un TRIPEPTIDO que tiene dos enlaces peptídico, y se forman también 2 moles de H2O.

• Las unidades de aminoácido que forman los péptidos se llaman RESIDUOS. Y se puede decir que los polipéptidos están caracterizados por la secuencia de sus residuos de aminoácido.

• Los polipéptidos son relativamente rígido pero sin embargo suficientemente móviles para adoptar una variedad de conformaciones. Por lo tanto ellos pueden “plegarse” en muchas forman diferentes.

• Al dibujar una cadena de un polipéptidos, el aminoácido N- terminal o Terminal amino se coloca a la izquierda y el aminoácido C- terminal o terminal carboxise coloca a la derecha.

• La cadena que incorpora los enlaces peptídico se llaman la cadena principal y los sustituyentes R, R’, R”, etc. son las cadenas laterales

FORMACIÓN DE UN DIPEPTIDO GLICILGLICINA: 2 aminoácido unidos = 1 enlace peptídico FORMACIÓN DE UN TRIPEPTIDO ALANILGLICILVALINA.

• Los enlaces peptídico se reconocen con el reactivo de Biuret (CuSO4 + NaOH)→ se obtiene un color violeta.


RESUMEN DE ESTRUCTURA DE PROTEINAS (Las proteínas están organizadas en distintos niveles) Nivel de estructura Relacionada a: Fuerzas de estabilización Primaria Aminoácido presente y

secuencia de aminoácido Enlaces covalentes (Ej.: enlaces peptídicos)

Secundaria Arreglo de cadena polipeptídica en el espacio formando espiral llamada α-helice o láminas u hojas-β (hojas plegadas)

Enlaces de H

Terciaria Doblez del peptído en el espacio o solución por medio de interacciones de cadenas laterales (Ej.: proteínas globulares, proteínas fibrilares)

-Puentes salinos. -Fuerzas de Vander Wals. -Enlaces de H -Uniones disulfuros, etc. (-S-S-)

Cuaternaria Varias subunidades de una proteína se combinan para formar agregados grandes un Ej.: es la Hemoglobina formada por 4 unidades esta estructura también se define como un “ordenamiento de las cadenas de subunidades en relación mutua”

-Puentes salinos -Fuerzas Vander Wals. -Enlaces de H -Uniones disulfuro, etc. (-S-S-)

• Algunos autores resumen estos 4 niveles de organización:

- Estructura primaria: secuencia - Estructura secundaria: plegado local (α-helice, β-hoja plegada) - Estructura terciaria: plegado global - Estructura cuaternaria: asociación de múltiples cadenas.

PROPIEDADES DE PROTEÍNAS:

• DESNATURALIZACIÓN (O DESNATURACIÓN): Es la precipitación irreversible que sufren las proteínas cuando son sometidas a ciertos agentes como la temperatura (>40ºC), ácidos y bases fuertes, solvente orgánicos (alcohol, acetona, etc.). Se alteran sus propiedades químicas, físicas y biológicas naturales. Lo más característico es la pérdida de las estructuras secundarias y terciaria. No hay ruptura de “enlaces peptídicos”.

Un ejemplo sería un huevo cocido. • PRECIPITABILIDAD: I) CON SALES (como Na2SO4 o (NH4 )2SO4) a ciertas concentraciones se

producen precipitaciones (“saltingout”). Si se agrega H2O (disminuye concentración) la proteína se redisuelve.


II) CON SALES DE METALES (Hg2+, Cu2+, Pb2+) y si la proteína está sobre su pI (cargada -) se producen precipitaciones que también son reversibles y pueden servir para su aislamiento y purificación.

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