Aminoácidos y Proteínas

Aminoácidos y Proteínas
Premedico
Universidad Cooperativa de Colombia

1. AMINOÁCIDOS

2. Aminoácidos Un aminoácido es una molécula orgánica con un grupo amino y un grupo carboxilo. α Al Carbono α se unen: Un grupo amino (NH 2 ) Un grupo carboxilo (COOH) Un hidrógeno (H+) Una cadena lateral o grupo R Estructura de un Aminoácido Los α -aminoácidos son los monómeros que conforman las proteínas En los genes de todos los organismos están codificados los mismo 20 aminoácidos diferentes.

3. Aminoácidos Clasificación de los Aminoácidos De acuerdo a su Obtención por el Organismo Esenciales No Esenciales Valina (Val, V) Alanina (Ala, A) Leucina (Leu, L) Prolina (Pro, P) Treonina ( Thr , T) Glicina ( Gly , G) Lisina ( Lys , K) Serina (Ser, S) Triptófano (Trp, W) Cisteína ( Cys,C ) Histidina (His, H) Asparagina ( Asn , N) Fenilalanina ( Phe , F) Glutamina ( Gln , Q) Isoleucina (Ile, I) Tirosina ( Tyr , Y) Arginina ( Arg , R) Aspartato ( Asp , D) Metionina (Met, M) Glutamato (Glu, E)

4. Aminoácidos Clasificación de los Aminoácidos Fe r H Izo un Lí o Tre mendo y Val entina Le Met ió un Triptófano Fenilalanina Histidina Isoleucina Lisina Treonina Valina Leucina Metionina Triptófano Arginina Arginina e Histidina solo son esenciales en periodos de crecimiento celular, la infancia, la lactancia y la enfermedad Aminoácidos Esenciales: Mnemotecnia

5. Aminoácidos Clasificación de los Aminoácidos

6. Aminoácidos Clasificación de los Aminoácidos Alifáticos Fuerte carácter hidrofóbico La glicina es el aminoácido más pequeño La Glicina y la Prolina dificultan el plegado proteico. La Metionina contiene azufre.

7. Aminoácidos Clasificación de los Aminoácidos Aromáticos Absorben fuertemente la luz UV La Tirosina contiene un grupo OH, es un aminoácido hidroxilado .

8. Aminoácidos Clasificación de los Aminoácidos Polares sin carga La Serina y la Treonina son aminoácidos hidroxilados La Asparagina y la Glutamina son las amidas del Aspartato y el Glutamato. La Cisteína contiene azufre. Dos Cisteínas pueden oxidarse y formar un enlace disulfuro o el “nuevo” aminoácido Cistina.

9. Aminoácidos Clasificación de los Aminoácidos Polares con carga positiva La cadena lateral de la Histidina puede estar protonada (carga positiva) o desprotonarse (carga 0) a pH fisiológico, por lo que puede participar en la catálisis enzimática

10. Aminoácidos Clasificación de los Aminoácidos Polares con carga negativa

11. Aminoácidos Estereoquímica de los Aminoácidos Los Isómeros son compuestos que tienen la misma fórmula molecular  pero diferente fórmula estructural  y, por tanto, diferentes propiedades Los Estereoisómeros son isómeros que tienen la misma fórmula molecular y la misma secuencia de átomos enlazados , pero difieren en la orientación tridimensional de sus átomos en el espacio.

12. Los  Enantiómeros  son estereoisómeros que se relacionan entre sí por una reflexión: son imágenes especulares entre sí , y no son superponibles

13. Moléculas quirales : imagen especular no superponible de las manos

14. Aminoácidos Estereoquímica de los Aminoácidos La existencia de Enantiómeros se explica por la presencia de centros quirales (Carbono que posee unidos 4 sustituyentes DISTINTOS ) El Carbono α de los aminoácidos es un Carbono quiral . La glicina no tiene carbono quiral Si el grupo amino se encuentra a la derecha son “D” aminoácidos si esta a la izquierda son “L” aminoácidos. Esta es la proyección de Fischer. La proyección de Fischer es una disposición arbitraria en base a un grupo funcional específico. El número de estereoisómeros de un compuesto quiral dependerá del número de centros quirales , según la fórmula→ 2 n n= número de centros quirales

15. Aminoácidos Zwitterion Ión dipolar de un aminoácidos que se forma al disolverse en agua. La forma zwitterionica puede actuar como ácido o como base El pKa del grupo carboxílo es de aproximadamente 2 y el del grupo amino de aproximadamente 10. El punto isoeléctrico ( pI ) de un aminoácido es el pH al cual el aa tiene carga neta 0 . Un aminoácido tiene carga positiva a un pH por debajo de su pI y tiene carga negativa a un pH por encima de su pI . Los aminoácidos son Anfóteros; específicamente Anfolitos

16. Aminoácidos Zwitterion El punto isoeléctrico ( pI ) de un aminoácido es el pH al cual el aa tiene carga neta 0 . Un AA tiene carga positiva a un pH por debajo de su pI y tiene carga negativa a un pH por encima de su pI . H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + H + 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Escala de pH Punto Isoeléctrico

17. PÉPTIDOS

18. Péptidos Un péptido es el producto de unión de dos o más aminoácidos El enlace peptídico es el enlace covalente tipo amida que se forma entre el grupo α -carboxilo de un aminoácido y el α -amino de otro. Enlace Peptídico La reacción es una condensación con eliminación de una molécula de agua Los aminoácidos que conforman el péptido pasan a denominarse residuos de aminoácidos .

19. Péptidos Los péptidos presentan en un extremo un grupo amino sin reaccionar ( amino terminal o N-terminal ) y en el otro un carboxilo sin reaccionar ( carboxilo terminal o C-terminal ) Enlace Peptídico

20. Péptidos Tiene carácter parcial de doble enlace , por lo que es muy rígido. Se comporta como un híbrido de resonancia. Estructura del Enlace Péptidico La configuración trans está mas favorecida; la cis esta impedida estéricamente. + - El Oxígeno carbonílico tiene carga parcial negativa y el Nitrógeno amida carga parcial positiva, por tanto el enlace tiene carácter polar

21. Péptidos Estructura del Enlace Péptidico Solo es posible la rotación alrededor de los enlaces N-C α y C α -C, por tanto tiene limitada capacidad de rotación

22. Péptidos Características del Enlace Péptidico Es un enlace covalente Es un enlace amida Tiene carácter parcial de doble enlace Predomina la configuración trans Tiene carácter polar Tiene limitada capacidad de rotación

23. PROTEÍNAS

24. PROPIEDADES DE LAS PROTEÍNAS

25. Propiedades de las Proteínas Macromoléculas más abundantes Presentes en todas las células Polímeros compuestos por monómeros (aminoácidos) Estructuras y Funciones diversas Organización jerárquica

26. Estructura Primaria “ Sucesión de residuos de aminoácidos en la cadena polipeptídica , que a su vez esta determinada por la secuencia de bases en el gen” Estructura Primaria La secuencia es única para cada proteína La estructura es estabilizada por: Enlace Peptídico Determina la estructura tridimensional de las proteínas y por lo tanto su función

27. Estructura Secundaria Estructura Secundaria “Conformación de los residuos de aminoácidos adyacentes en la cadena polipeptídica , es decir el plegado regular local de la estructura primaria” “Corresponde al arreglo espacial de los residuos de AA adyacentes en una cadena polipeptídica que se repite de forma regular dando origen a una estructura periódica ”

28. Estructura Secundaria α- Hélice Grupos R externos Hélice Dextrógira

29. Estructura Secundaria α- Hélice La estructura es estabilizada por: Puentes de hidrógeno intracatenario s cada 4 residuos La estructura es desestabilizada por: Tendencia de cada residuo a formar hélice α Interacciones entre grupos R (residuos con carga consecutivos) Volumen de los grupos R Presencia de Prolina y Glicina Interacción entre los residuos de los extremos y el dipolo inherente a la hélice

30. Estructura Secundaria Laminas β La estructura es estabilizada por: Puentes de hidrógeno

31. Estructura Secundaria

32. Estructura Secundaria

33. Estructura Secundaria Rodopsina

34. Estructura Terciaria “ Plegamiento tridimensional de la cadena polipeptídica en una forma compacta y globular , describiendo las relaciones espaciales entre los AA de la cadena” Acerca residuos distantes en la estructura primaria Estructura Terciaria

35. Estructura Terciaria Fuerzas que estabilizan la Estructura Terciaria · Los enlaces covalentes pueden deberse a 1. la formación de un puente disulfuro entre dos cadenas laterales de Cys 2. la formación de un enlace amida (-CO-NH-) entre las cadenas laterales de la Lys y un AA dicarboxílico ( Glu o Asp ). · Los enlaces no covalentes pueden ser de cuatro tipos: 1 . fuerzas electrostáticas entre cadenas laterales ionizadas, con cargas de signo opuesto 2 . puentes de hidrógeno, entre las cadenas laterales de AA polares 3 . interacciones hidrofóbicas entre cadenas laterales apolares 4 . fuerzas de polaridad debidas a interacciones dipolo-dipolo

36. Estructura Terciaria Fuerzas que estabilizan la Estructura Terciaria La estructura es estabilizada por interacciones no covalentes como las interacciones electrostáticas, los interacciones hidrófobas, los puentes de hidrógeno, las fuerzas de van der Waals y por interacciones covalentes como los enlaces disulfuro

37. Estructura Terciaria Fuerzas que estabilizan la Estructura Terciaria

38. Estructura Terciaria pH Temperatura Moléculas orgánicas Alcohol, acetona Urea Cloruro de Guanidino Detergentes Agentes reductores ( mercaptoetanol ) Factores que afectan el plegado Desnaturalización: proceso por el cual se pierde la estructura nativa de una proteína junto con la mayoría de sus propiedades específicas Los enlaces peptidicos y puentes disulfuro no suelen ser afectados (a menos que se use un agente reductor en el caso de los puentes disulfuro )

39. Estructura Cuaternaria Esta estructura informa de la unión, mediante enlaces débiles (no covalentes) de varias cadenas polipeptídicas con estructura terciaria, para formar un complejo proteico. Cada una de estas cadenas polipeptídicas recibe el nombre de  protómero . Estructura Cuaternaria

40. Estructura de las Proteínas

41. Funciones de las Proteínas

42. Clasificación Según su Función: Estructural → Queratina, Elastina Enzimática → DNA polimerasa III Defensa → Inmunoglobulinas Hormonal → Insulina Transporte → Transferrina Reserva → Ferritina Clasificación de las Proteínas

43. Clasificación Según su Composición química: Simples → Albúmina Conjugadas Grupos Prostéticos Nucleoproteínas → Ribosomas Lipoproteínas → HDL Hemoproteínas → Hemoglobina Flavoproteínas → Succinato Deshidrogenasa Glicoproteínas → Inmunoglobulinas Metaloproteínas → Ceruloplasmina Fosfoproteínas → Caseina Clasificación de las Proteínas

44. Clasificación

45. Clasificación Según su Forma: Fibrosas → Colágeno Globulares → Enzimas → Quimotripsina Clasificación de las Proteínas

46. Clasificación Según el Número de subunidades: Criterio funcional Monoméricas → Mioglobina Oligoméricas → Hemoglobina Formada por 4 subunidades Clasificación de las Proteínas

47. ALGUNAS PROTEÍNAS DE IMPORTANCIA FISIOLÓGICA

48. Proteínas de Importancia Fisiológica α - queratinas β- queratinas Queratinas AA Principales Estructura Secundaria Estructura Suprasecundaria Funciones Muy pequeños sin carga No hay Cisteina Conformación β Lámina plegada antiparalela Estructura de seda e hilos de araña AA Principales Estructura Secundaria Estructura Suprasecundaria Funciones Pequeños sin carga Cisteina α -hélice Protofilameneto Protofibrilla Filamneto Intermedio Estructura de piel, pelo, lana, uñas, plumas, pinzas, etc

49. Proteínas de Importancia Fisiológica Glicina = 35% Alanina = 11% Prolina e Hidroxiprolina ( Hyp ) = 21% Hyp es sintetizada por la Prolil 4-hidroxilasa que requiere A. ascórbico. Deficiencia → Escorbuto Hélice levógira 3,3 residuos/vuelta Unión de 3 hélices → Tropocolágeno Tropocolágeno ordenado → Fibrilla Varias Fibrillas → Fibras Entrecruzamiento por enlaces covalentes Formados por Lisina o Hidroxilisina Colágeno Gly – X – Y

50. Proteínas de Importancia Fisiológica La unidad básica se llama tropoelastina , rica en glicina y alanina. La tropoelastina consiste en segmentos de hélices (no α ) ricos en glicina separado por cortas regiones de lisina y alanina. Se forman entrecruzamiento covalentes de 2 tipos: Desmosina (entre 4 lys ) Lisilnorleucina (entre 2 lys ) Una fibra elástica esta formada por un centro de elastina rodeado de microfibrillas , formadas fundamentalmente por fibrilina . Deficiencia en la fibrilina → Síndrome de Marfan Elastina

51. Proteínas de Importancia Fisiológica Proteínas Plasmáticas Fracciones % Principales Proteínas Funciones Albúmina 55 Nutritiva, transporte, presión coloidosmótica α1 5 HDL Transcobalamina Protrombina Transporte reverso de colesterol Transporte de Vit B12 Factor de Coagulación α2 9 Haptoglobina Ceruloplasmina VLDL Fijadora de hemoglobina Transporte de cobre Transporte de Lípidos (TG) β 13 Transferrina Hemopexina LDL Transporte de hierro Unión con grupo hemo Transporte de Lípidos (CE) Fibrinógeno 7 Coagulación sanguínea γ 11 A, D, E, G, M Anticuerpos

52. Proteínas de Importancia Fisiológica Mioglobina → Hemoproteína fijadora de oxígeno en los músculos Hemoglobina → Hemoproteína transportadora de oxígeno Citocromo C → Hemoproteína de la cadena transportadora de electrones Lisozima → Enzima presente en la clara de huevo y las lagrimas capaz de hidrolizar polisacáridos de las paredes bacterianas Ribonucleasa → enzima digestiva secretada por el páncreas que hidroliza ácidos nucleicos Otras Proteínas

53. MÉTODOS DE ESTUDIO DE LAS PROTEÍNAS

54. Métodos de Estudio de las Proteínas Centrifugación Separa las proteínas por masa o densidad utilizando la fuera centrífuga. Se forma un sedimento y un sobrenadante. Uso de detergentes Permite solubilizar las proteínas Salting Out Precipita las proteínas utilizando altas concentraciones de sales. Diálisis Separa las proteínas de otras moléculas como sales utilizando una membrana semipermeable.

55. Métodos de Estudio de las Proteínas Electroforesis Separa las proteínas por masa y carga. La velocidad de desplazamiento aumentará a mayor carga y menor masa. Se realizan en papel o en gel (poliacrilamida, agarosa) Se sumerge el soporte en un Buffer y se corre la corriente electrica . Se tiñen las fracciones Se cuantifica por densitometría o elución. El uso de SDS ( Duodecil Sulfato Sódico)permite separar proteínas solo por su masa al desnaturalizarlas y darles carga negativa. En el Enfoque Isoelectrico se establece un gradiente de pH usando una mezcla de polianfolitos . Las proteínas se desplazan hasta el pH igual a su pI . En la electroforesis bidimensional se realizan dos pasos, primero se separa por carga y luego por masa.

56. Métodos de Estudio de las Proteínas Cromatografía Utiliza una fase sólida (fase estacionaria o lecho), con la cual interactuan las proteínas. Entre más interactuen con el lecho más tardarán en moverse. Cromatografía de filtración en gel Separa las proteínas por masa Utiliza un lecho poroso (poliacrilamida, agarosa) Las proteínas pequeñas tardan mas en salir. Cromatografía de intercambio iónico Separa las proteínas por carga Utiliza un lecho cubierto con grupos amino o carboxilo Cromatografía de afinidad Separa proteínas por su unión selectiva Utiliza lechos especiales como sustratos, enzimas, etc. Cromatografía líquida de alta presión (HPLC) Utiliza material más fino y altas presiones. Alta resolución y rápida separación.

57. Gracias