procesos biologicos - 03 - aminoácidos, péptidos y proteínas.23.03.09

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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P P i d d


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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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