proteínas i: funciones, estructura primaria. coila p. fmvz-una-puno
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Primera parte del curso de proteínasTRANSCRIPT
PROTEÍNASFunciones, estructura y propiedades
Coila
, P.
, FM
VZ-U
NA
-Puno
Generalidades
Son las macromoléculas más abundantes de los seres vivos.
Está presente en todas las células y en todas partes de la célula.
1838 G. J. Mulder --“Proteína”, gr. proteios = de primer orden, lo fundamental.
Las proteínas son cadenas de aminoácidos (AA).
Todas las proteínas están contruídos a partir de 20 AA.
Funciones
Estructurales.- colágeno,
queratina, histonas,
fibroína.
Funciones
Catalíticas.- Enzimas.
Digestivas.- Amilasa, pepsina, tripsina, etc.
Funciones
Transporte.- de
moléculas (Hb),
canales iónicos,
electrones, etc.
Funciones
Motilidad.- Actina,
miosina. Dineína,
tubulina en cilios y
flagelos.
Funciones
Defensa.- Igs, venenos, toxinas, interferones.
Regulación.- Hormonas, proteína G,
Energéticas.- 15%.
Visuales.- opsinas.
Nutritivas.- albúmina, caseína, músculos.
No hay función celular en
que las proteínas no estén
involucradas.
Composición y tamaño de las proteínas
Químicamente, las
proteínas son cadenas
de AA unidos por
enlaces peptídicos.
Las proteínas varían grandemente en tamaño (PM),
forma y función.
Existen proteínas monoméricas y poliméricas.
Clasificación de proteínas
Por su composición
P. Simples.- formadas
exclusivamente por AA:
C 50%, H 7%, N 16%,
S 0-3%.
P. Conjugadas o
compuestas.- AA +
grupo prostético o
cofactor (orgánico o
inorgánico)
cofactor
Por su conformación
P. fibrosas.- Resistentes a la
tracción, insolubles, forman
estructuras. Ej. Queratina, elastina,
fibroína.
P. Globulares.- Frágiles, solubles,
funciones dinámicas. Ej. Enzimas,
hormonas, Igs.
P. Mixtas.- Ej. Miosina, fibrinogeno.
Organización estructural de las pts.
AMINOACIDOS
AMINOACIDOS
Generalidades
E. Fisher: “Todas las proteínas están compuestas por
AA” (PN 1902).
Existen más de 300 AAs., pero 20 están en las
proteínas de todas las formas de vida (AA
estándares, comunes o primarios).
Tb existen AA en forma libre o formando moléculas
no proteicas.
Existen muchos compuestos derivados de AA.
En 1806: 1er AA descubierto (Asn), el último en 1938
(Tre).
Funciones de los AA
Los 20 AA
Ejemplo de la secuencia de 2 proteinas
COOH
Grupo R
Grupo amino
Grupo carboxilo
Estructura de los L-Aminoácidos
H = Glicina
CH3 = Alanina
H N2 H
Clasificación de AA
A) DE ACUERDO A LA NATURALEZA DEL GRUPO R
PO
LA
RN
OP
OLA
R
Tyr His
Gly
Acidos Neutralesl Basicos
Asp
GluGln
Cys
Asn Ser
Thr Lys
Arg
Ala
Val
Ile
Leu MetPhe Trp
Pro
Clasificación de AA por polaridad
Polar o no-polar, es la base de la propiedades de los AA.
Leu L
-C-C-CONH2-C-CONH2
-C-COOH -C-C-COOH
-H -CH3
-C-OH -C-SH
-C-C-S-C PPro
-C-C C
N N+
-C-C-C-C-NH3+
-C-
-C- -OH
-C-
N
Línea sur
Línea circular
Linea central
Nan-Kan line
Chung-San lineLinea nor-este
Alifátic
Amide
Acidic
Imino,Circular
Básic
SulfurHydroxy
Aromatic-C-C-C-N-C-N
N+
=
C
-C-C-C
C
-C-C-C
C C
-C
CC C
HN C-COOH
-C-C
OH
Gln QAsn N
Asp D Glu EPhe F
Arg R
Lys K
His H
Gly G AAAla VVal IIle
YTyr
Ser S
Thr T Met M
Cys C
Mapa vial de los AA
Trp W
No polar
Polar
Esto NO es una vía metabólica
ESENCIALES NO ESENCIALES
Histidina * Alanina
Arginina * Aspartato
Isoleucina Asparagina
Leucina Cisteína
Valina Glutamina
Fenilalanina Glutamato
Metionina Glicina
Triptofano Prolina
Treonina Tirosina
Lisina Serina
B) DE ACUERDO A LAS NECESIDADES NUTRITIVAS
* Solo en infantes
AMINOÁCIDOS PROTEICOS DERIVADOS
AMINOÁCIDOS NO PROTEICOS
AMINAS DE IMPORTANCIA BIOLÓGICA
Histamina
Acido -aminobutirico (GABA)
Catecolaminas (Dopamina, Noradrenalina y Adrenalina)
Hormona Tiroidea
Melatonina
Serotonina
Creatina
Histamina
La histamina tiene gran importancia biológica ya que tiene acción vasodilatadora, disminuye la presión sanguínea, colabora en la constricción de los bronquiolos, estimula la producción de HCly estimula la pepsina en estómago, se libera bruscamente en respuesta al ingreso de sustancias alérgenas en los tejidos.
Se degrada muy rápidamente.
Acido -aminobutirico (GABA)
Se forma por descarboxilacióndel ácido glutámico, generalmente en el sistema nervioso central.
Utiliza piridoxalfosfato como coenzima.
El GABA es un compuesto
funcionalmente muy importante,
ya que es el intermediario
químico regulador de la
actividad neuronal, actuando
como inhibidor o depresor de la
transmisión del impulso nervioso.
CATECOLAMINAS:
Dopamina, Noradrenalina y Adrenalina
Se producen en el sistema nervioso y en la medula adrenal.
Derivan de la TIROSINA
La Dopamina es un neurotransmisor importante
La acción de las catecolaminas es muy variada:
Son vasoconstrictores en algunos tejidos y vasodilatadores en otros, aumentan la frecuencia cardíaca, son relajantes del músculo bronquial, estimulan la glucógenolisis en músculo y la lipólisis en tejido adiposo.
Son rápidamente degradadas y eliminadas del organismo
Hormonas Tiroideas
Tiroxina y Triyodotironina, se sintetizan a partir de
TIROSINA.
Existen enfermedades relacionadas al defecto en el
metabolismo de estos a.a. (fenilcetonuria, albinismo)
Melatonina
La melatonina es una hormona derivada de la
glándula pineal.
Bloquea la acción de la hormona melanocito
estimulante y de adrenocorticotrofina.
Se forma a partir del triptófano por acetilación y
luego metilación
Serotonina
Es un neurotransmisor y ejerce múltiples acciones regulatorias en el sistema nervioso (mecanismo del sueño, apetito, termorregulación, percepción de dolor, entre otras)
Deriva del triptofano.
Creatina Es una sustancia presente en músculo esquelético, miocardio y
cerebro, libre o unida a fosfato (creatinafosfato)
Arginina, glicina y metionina, están involucradas en su síntesis.
La reacción se inicia en riñón y se completa en hígado, desde donde pasa a la circulación y es captada por músculo esquelético, miocardio y cerebro y reacciona con ATP para dar creatinafosfato.
La creatina fosfato constituye una reserva energética utilizada para mantener el nivel intracelular de ATP en el músculo durante periodos de actividad intensa.
Propiedades físicas de los AAs
Estereoisómeros.- Compuestos que poseen la misma fórmula
molecular pero diferente configuración de sus átomos en el espacio.
Centro quiral o asimétrico.- Atomo que se encuentra unido a
diferentes átomos o moléculas. Por lo tanto: el C alfa de los AA es
quiral.
El número de estereoisómeros posibles es: 2n donde n=número de
centros quirales.
Los 20 AAs, con excepción de la Gli, poseen 2 estereoisómeros
posibles = enantiómeros o configuraciones L y D.
Por convención, si el grupo NH2 se encuentra a la derecha es D y si
está a la izquierda es L.
La Tre e Ile poseen 4 estereoisómeros: 2 esteroisómeros (D y L) y 2
formas alo (D-alo y L-alo).
1. Actividad óptica (estereoisomerismo) de los AAs
Imagen
especular
Estereoisómeros
2. Rotación específica de los AAs
Los AA tienen la capacidad de hacer girar el plano de la luz
polarizada cuando se examinan en el polarímetro. Esta rotación
depende de la naturaleza del Grupo R
La rotación en sentido horario = dextrorrotatoria (+)
La rotación en sentido antihorario = levorrotatorio (-)
Ejemplos de algunos L-Aas:
AA Rotación específica
L-alanina + 1,8
L-arginina + 12,4
L-leucina - 11,0
L-prolina - 86,2
3. Espectro de absorción de los AAs
Los AA absorben luz en la región
UV.
La mayoria por debajo de 220 nm
de longitud de onda.
La cisteína a 240 nm
Tres AA: Trp, Tir y Fen (aromáticos)
absorben luz a 280 nm.
Como la mayoría de proteínas
contienen estos 3 AA, se puede
determinar la cantidad de
proteínas en una muestra biológica
a 280 nm.
El conocimiento de la propiedades iónicas es importante para el
análisis de la propiedades físicas y biológicas de las proteínas y
para las técnicas de purificación, identificación y cuantificación.
Dependen de los estados iónicos del: grupo amino, grupo carboxilo
y cualquier grupo ionizable del grupo R, los cuales a su vez,
dependen del pH del ambiente.
De este modo los AA pueden presentar 2 formas: No iónica (no
disociada) e iónica o zwitterion (disociada):
4. Propiedades ácido-básicas de los AAs
(iónicas o eléctricas)
BajoAlto
Proton: abundante y pequeño, afecta la carga de una molécula
H+
lone pair electrons
HH
H+
NHH
NAmino
H+
Anfolito contiene tanto grupos positivos y negativos en su molécula. Los 20 AA son anfolitos.
Carboxilico CO
O
H
CO
O
El protón puede ser Adsorbido o Desorbido
pKa
BajoAlto pKa
COOH
NH2 H+
COO-
R-C-H
NH2 H+
R-C-H
COO-
NH2
R-C-H
Ambirente ácido Ambiente neutro Ambiente alcalino
+1 -10
pK1 ~ 2
pK2 ~ 9
Punto isoelécrico
5.5
12
9
6
3
0
[OH] →
★
★
pK1
pK2
pH
pIH-C-R
COO-
NH2 H+
Punto iseléctrico =
pK1 + pK2
2
Los AA tienen efecto buffer
pKa = 1.8~2.4
pKa = 3.9~4.3
pKa = 6.0
pKa = 8.3
pKa = 10
pKa = 8.8~11
pKa = 10~12.5
+ H+
+ H+
+ H+
+ H+
+ H+
+ H+
+ H+
-COOH -COO-
-COOH -COO-R R
-Imidazole·H+ -ImidazoleHis His
-SH -S-Cys Cys
-OH -O-Tyr Tyr
-NH3+ -NH2
-NH3+ -NH2R R
Smaller pKa releases proton easier
Residues on amino acids can release or accept protons
pKa de los AAs
Only His has the residue with a neutral pKa (imidazole)
pKa of carboxylic or amino groups is lower than pKa of the R residues
Juang RH (2004) BCbasics
Amino acids -COOH -NH2 -R
Gly G 2.34 9.60
Ala A 2.34 9.69
Val V 2.32 9.62
Leu L 2.36 9.68
Ile I 2.36 9.68
Ser S 2.21 9.15
Thr T 2.63 10.4
Met M 2.28 9.21
Phe F 1.83 9.13
Trp W 2.38 9.39
Asn N 2.02 8.80
Gln Q 2.17 9.13
Pro P 1.99 10.6
Asp D 2.09 9.82 3.86
Glu E 2.19 9.67 4.25
His H 1.82 9.17 6.0
Cys C 1.71 10.8 8.33
Tyr Y 2.20 9.11 10.07
Lys K 2.18 8.95 10.53
Arg R 2.17 9.04 12.48
pK1
pK1
pK2
pK2
pK3
[OH-]
pH
pI
pI ?
pK1 + pK2
2
tres pKa (tripróticos)
dos pKa (dipróticos)
?
?
pK
ad
e los A
A
Juang RH (2004) BCbasics
HOOC-CH2-C-COOH
NH3+
H
HOOC-CH2-C-COO-
NH3+
H
-OOC-CH2-C-COO-
NH3+
H
-OOC-CH2-C-COO-
NH2
H
+1
0
-1
-2
pK1 = 2.1
pK2 = 3.9
pK3 = 9.8
2.1 + 3.9
2= 3.0
1ro
2do
3ro
Isoelectric point
El pI es el promedio de
los pKa que flanquean
la forma carga neta cero
pK1
pK2
pK3
Acido aspártico
+1
0
-1
-2
Juang RH (2004) BCbasics
[OH]
Am
bie
nte
pH
vs
Ca
rga
de p
rote
ica
+Carga neta de una proteína
Buffer pH
Punto isoeléctrico,pI
-
3
4
5
6
7
8
9
10
0 -
Cu
rva
de titula
ció
nd
e la h
istidin
a
Propiedades químicas de losAAs
Los AA pueden participar en una gran variedad de reacciones
químicas gracias a los distintos grupos funcionales que poseen.
Reacción del grupo alfa-amino:
Reacción de la Ninhidrina
Reacción de Sanger
Reacción de Edman, etc.
Reacciones del grupo alfa-carboxilo
Participa en todas las reacciones de los ácidos orgánicos (formación de
sales, ésteres, etc.)
Reacciones del Grupo R
Reacción de Millon.- reacciona con el grupo hidroxifenil (tirosina)
Reacción de Ehrlich.- reacciona con el grupo indol (triptofano)