PROTEINAS Y AMINOACIDOS

Concepto de proteínasLa palabra proteína viene del griego protos que significa "lo más antiguo, lo primero”.

Las proteínas son biopolímeros (macromoléculas orgánicas) de elevado peso molecular; compuestos químicos muy complejos que se encuentran en todas las células vivas.

Están constituidas básicamente por carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N); aunque pueden contener también azufre (S) y fósforo (P) y, en menor proporción, hierro (Fe), cobre (Cu), magnesio (Mg), yodo (I).Las proteínas son las moléculas orgánicas más abundantes en las células; constituyen alrededor del 50% de su peso seco o más en algunos casos.

Una bacteria puede tener cerca de 1000 proteínas diferentes, pero en una célula humana puede haber 10.000 clases de proteínas distintas.

Químicamente, las proteínas están formadas por la unión de muchas moléculas relativamente sencillas y no hidrolizables, denominadas Aminoácidos (Aa).

Los aminoácidos se unen entre sí originando péptidos. Según su tamaño molecular, pueden ser oligopéptidos, formados por no más de 10 Aa y polipéptidos, constituidos por más de 10 Aa.

Cuando el número de Aa supera los 50 y el polipéptido tiene una estructura tridimensional específica, entonces se habla propiamente de proteínas.

Aminoácidos• Los aminoácidos (aa) son moléculas orgánicas pequeñas

con un grupo amino (NH2) y un grupo carboxilo (COOH) en su estructura.

• La gran cantidad de proteínas que se conocen están formadas únicamente por 20 aa diferentes. Se conocen otros 150 que no forman parte de las proteínas.

Grupo carboxiloGrupo amino

Grupo variable que diferencia los 20 aminoácidos que forman las proteínas y determina sus propiedades

Propiedades de los aminoácidos

Son sólidos y cristalinos

Elevado punto de fusión y solubles en agua

Con actividad óptica (el carbono α es asimétrico)Comportamiento anfótero (funcionan como bases o ácidos en función del pH del medio)

pH disminuye pH aumenta

El aminoácido se comporta como una base. El aminoácido se comporta como un ácido.

Algunos no los podemos sintetizar y los tenemos que ingerir en la dieta, son los aminoácidos esenciales

Triptófano, lisina, metionina, fenilalanina, valina, leucina, isoleucina e histidina

Todos los aminoácidos, salvo la glicina, presentan isómeros espaciales o esteroisómeros

La forma D tiene el –NH2 a la derecha

La forma L tiene el –NH2 a la izquierda

Los 20 aminoácidos comunes que forman parte de las proteínas, se clasifican, dependiendo de las propiedades de su grupo R, en los siguientes 4 grupos:

1. Aminoácidos con grupo R no polar. (Grupo R hidrófobo).

2. Aminoácidos con grupo R polar, sin carga. (Grupo R hidrofílico).

3. Aminoácidos con grupo R cargado negativamente. (Aminoácidos ácidos).

4. Aminoácidos con grupo R cargado positivamente. (Aminoácidos básicos).

Alanina (Ala o A) Valina (Val o V) Leucina (Leu o L) Isoleucina (Ile o I)

Metionina (Met o M)

Fenilalanina (Phe o F) Triptófano (Trp o W)

- AMINOÁCIDOS HIDRÓFOBOS -R hidrocarbonados no polares (siempre ocultos al medio acuoso)

Prolina (Pro o P)

Serina (Ser o S)

Glicocola o glicina (Gly o G)

Glutamina (Gln o Q)

Treonina (Thr o T)

Asparagina (Asn o N)Tirosina (Tyr o Y)

Cisteína (Cys o C)

- AMINOÁCIDOS POLARES HIDROFÍLICOS -R polares, sin carga (pueden establecer puentes de Hidrógeno con el H2O)

AMINOÁCIDOS ÁCIDOScarga negativa a pH 7(tienen un grupo ácido)

AMINOÁCIDOS BÁSICOS(carga positiva a pH 7)(tienen un grupo amino)

Lisina (Lys o K)

Arginina (Arg o R)

Histidina (His o H)

Ácido aspártico (Asp o D)

Ácido glutámico (Glu o E)

- AMINOÁCIDOS ÁCIDOS Y BÁSICOS -R polares con carga (+) o (-)

Aminoácidos Esenciales• Son aquellos que los

organismos deben tomar de su dieta ya que no pueden sintetizarlos en su cuerpo.

• Las rutas metabólicas para su obtención suelen ser largas y energéticamente costosas, por lo que los vertebrados las han ido perdiendo a lo largo de la evolución (resulta menos costoso obtener estos aa en los alimentos).

• EN ADULTOS: 8– Fenilalanina– Isoleucina– Leucina– Lisina– Metionina– Treonina– Triptófano– Valina

• EN NIÑOS los anteriores y:– Arginina– Histidina

AMINOÁCIDOS PROTEICOS INFRECUENTES

AMINOÁCIDOS NO PROTEICOS• No forman parte de proteínas, sino que aparecen

solubles, como intermediarios metabólicos o formando parte de las paredes bacterianas.

• Son o-aminoácidos, y formas D o L (D-Ala, D-Ser)

El enlace peptídico Se unen aas entre el grupo carboxilo de uno y el amino del siguiente

Se forman cadenas peptídicas o péptidos de longitud variable

Cada proteína es una macromolécula formada por una o varias cadenas

peptídicas

En cada célula existen miles de proteínas distintas con funciones

específicas

Cualquier alteración en la secuencia de aminoácidos, incluso la sustitución de un

solo aa por otro, proporciona una proteína diferente

DIPÉPTIDO

Enlace peptídico

H2O

Enlace peptídico

Grupo amino R

H

COOHN CH

H

H

R

CH2N C

O R

H

COOHN C

H

Grupocarboxilo

C

H

R

H2N C

OH

O

+Entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino del siguiente, desprendiendo

una molécula de agua.

Niveles Estructurales de las Proteínas• Estructura Primaria : Es el esqueleto covalente de la cadena

polipeptídica, y establece la secuencia de aminoácidos. Enlace Peptídico (EP).

• Estructura Secundaria : Ordenación regular y periódica de la cadena polipeptídica en el espacio (Hélice-a, Lámina β) Puentes H entre los EP.

• Estructura Terciaria : Forma en la cual la cadena polipeptídica se curva o se pliega para formar estructuras estrechamente plegadas y compactas como la de las proteínas globulares, participan las atracciones intermoleculares: puentes de hidrógeno entre cadenas laterales, puentes 2S, interacción hidrofóbica, interacción electrostática.

• Estructura Cuaternaria : Es el arreglo espacial de las subunidades de una proteínas, para conformar la estructura global; hay acompañamiento paralelo de las cadenas polipeptídicas, responsable de las funciones de las proteínas. Las fuerzas anteriores más las Fuerzas de Van der Walls.

• Está representada por la secuencia lineal de aminoácidos que forman la cadena peptídica y por lo tanto indica qué aminoácidos componen la cadena y el orden en que se encuentran.

• Es de gran importancia pues la secuencia de aminoácidos determina el resto de niveles estructurales y, por tanto, la funcionalidad de la proteína.

● Una cadena peptídica consta de una parte repetida regularmente, llamada la cadena principal o esqueleto, y una parte variable por las cadenas laterales características.

● El esqueleto polipeptídico es potencialmente rico, en capacidad de formar puentes de hidrógeno, entre los grupos carbonilo (C=O) de cada residuo, que es un buen aceptor de puentes de hidrógeno, a excepción de la prolina, con un grupo NH que es dador de puentes de hidrógeno.

ESTRUCTURA PRIMARIA

Los polipéptidos que tiene secuencias de aminoácidos semejantes se dice que son homólogos: trazadores de relaciones genéticas entre especies.Las residuos de aminoácidos que son esenciales para la función de la molécula se denominan invariables.

Una proteína sería como una sucesión de planos formados por los enlaces peptídicos con los grupos R alternando a un lado y otro.

Estructura secundaria• La estructura secundaria es la forma en la que la cadena polipeptídica se pliega en el espacio. En una proteína, cada tramo de cadena polipeptídica tiene distinta estructura secundaria. Existen varias formas definidas de estructura secundaria, las más importantes de las cuales son las llamadas hélice α y hoja plegada β. • Las estructuras secundarias definidas están mantenidas por puentes de hidrógeno formados exclusivamente entre los grupos amino y carboxilo que constituyen el esqueleto de la cadena polipeptídica. Consecuentemente, los parámetros estructurales (distancias, ángulos) serán iguales, independientemente de la proteína y de los aminoácidos que formen la estructura.

Estructura terciaria● La estructura terciaria de la proteína es la forma en la que se organizan en el espacio los diferentes tramos de la cadena polipeptídica, que pueden tener una estructura secundaria definida, como las hélices u hojas o no tenerla.● Los residuos de aminoácidos alejados en la estructura primaria se acercan entre sí y permiten interacciones entre sus cadenas laterales.● La estructura terciaria está mantenida por enlaces iónicos y de puentes de hidrógeno entre las cadenas laterales de los aminoácidos, enlaces hidrofóbicos y eventualmente puentes disulfuro.● En un entorno acuoso la cadena polipeptídica pliega para que sus cadenas hidrofóbicas laterales estén en el interior y sus cadenas polares, cargadas, esten en la superficie.Las proteínas que atraviesan membranas son excepciones, ya que presentan una distribución inversa de los aminoácidos hidrofílicos e hidrofóbicos

estructura terciaria• Existen dos tipos de conformaciones

tridimensionales:– Conformación filamentosa;

• Estructura secundaria alargada • Insolubles en agua y disoluciones salinas.• Suelen tener función estructural, de

protección o ambas a la vez .Ej α y β-queratina,

– Conformación globular: • La estructura secundaria se pliega

adoptando formas que parecen esféricas . • Solubles en agua y disoluciones salinas• Realizan funciones de transporte ,

enzimática, hormonal, …Ej: mioglobina, lisozima, citocromo C

Est 3ª de la ribonucleasaα-hélice en rojoβ-hélice en verdePuentes disulfuro en amarillos

• La estructura terciaria se estabiliza por las siguientes interacciones:

• Interacciones hidrófobas• Puentes de hidrógeno• Electrostáticas• Enlaces de H • Enlaces covalentes (S-S)

Diferentes estructuras secundarias pueden coexistir dentro de una estructura terciaria

• La cadena se va enrollando en espiral.

• Los enlaces de hidrógeno intracatenarios mantienen la estructura.

• La formación de estos enlaces determina la longitud del paso de rosca.

• La rotación es hacia la derecha. Cada aminoácido gira 100° con respecto al anterior. Hay 3,6 residuos por vuelta.

• Los grupos -C=O se orientan en la misma dirección y los -NH en dirección contraria.Los radicales quedan hacia el exterior de la -hélice.

Estructura secundaria de las proteínas: -hélice

Disposición antiparalela

Algunas proteínas conservan su estructura primaria en zigzag y se asocian entre sí.

Los radicales se orientan hacia ambos lados de la cadena de forma alterna.

Disposición paralela

Las cadenas polipeptídicas se pueden unir de dos formas distintas.

Enlace peptídico

Enlaces de hidrógeno

Estructura 2ª Lámina beta

Está formada por dos o más cadenas polipeptídicas llamadas hebras β unidas por puentes de hidrógeno.

La distancia entre aminoácidos adyacentes es aproximadamente 3.5 Å.Las cadenas adyacentes de aminoácidos apuntan en direcciones opuestas

Estructura de una hebra β. Las cadenas laterales alternan por encima y por debajo del plano de la hebra.

Estructura cuaternaria• La estructura cuaternaria de una proteína es la

forma en la que se asocian las distintas subunidades constituyentes, si es que existen. Es decir, para poder hablar de estructura cuaternaria es necesario que la proteína esté formada por varias subunidades. Como ejemplos de proteínas con estructura cuaternaria se puede considerar la hemoglobina, las inmunoglobulinas o la miosina.

• Las subunidades se mantienen unidas por enlaces covalentes y no covalentes.

En resumen, la estructura de una proteína.

Primaria Secundaria Terciaria Cuaternaria

Secuencia Conformación Asociación

Hélice

Hoja Plegada

Globular

Fibrosa

Subunidades iguales

Subunidades distintas

Combinación ilimitada de

aminoácidos.

Unión Peptídica

Puente de Hidrógeno

Puente de Hidrógeno, Interacciones hidrofóbicas, salinas,

electrostáticas.Fuerzas diversas no

covalentes.