AMINOÁCIDOS

Los aminoácidos son un grupo heterogéneo de moléculas que poseen unas

características estructurales y funcionales comunes.

Existen 20 aminoácidos en el código genético

Otros se forman por

modificaciones enzimáticas

posteriores al proceso de

traducción.

Se unen por enlaces covalentes formando largas cadenas de combinaciones y producen un gran

numero de proteínas diferentes.

Péptidos a polímeros.

FUNCIONES

Unidad estructural de una proteína • Secuencia primaria• Secuencia lineal • Determina estructura tridimensional de una proteína

Intermediarios de ciertas rutas metabólicas como:• Citrulina • Ornitina

AMINOÁCIDOS

FUNCIONES Precursores de sustancias biológicas que contiene nitrógeno Grupo hem Nucleótidos Coenzimas Hormonas Neurotransmisores

CATECOLAMINAS

ACTÚANHormonas Neurotransmiso

res

TIROSINA

AMINOÁCIDOS

Carbono alfa: átomo de carbono Grupo de carboxilo (-COOH) Grupo amino (-NH2)y un átomo

de hidrogeno.Radical o cadena lateral:

Sirve para diferenciar los veinte aminoácidos

Prolinaestructura cíclica y un grupo amino secundario

CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES COMUNES

Prolina

carbono alfa tiene cuatro sustituyentes distintos, por lo

que es un carbono quiral EXCEPTO Glicina

Aminoácidos presentan enantiomeros

AA que forman a proteínas son L

Existen formas D en algunos péptidos que forman parte de la

composición de las paredes bacterianas ,

D L

se forman a partir

Racemasa

AA presentan carbonos Asimétricos en las cadenas laterales

LOS AMINOÁCIDOS SE CLASIFICAN POR LAS CARACTERISTICAS DE SU CADENA LATERAL La unión covalente hace que los grupos funcionales amino y carboxilo de todos los aminoácidos, se modifiquen,menos el primero y el último.

covalente

Cadenas laterales condicionanSolubilidad en aguaReactividadTipo de interacciones no covalentes.

CADENAS LATERALES

Hidrofóbica (apolar)

Polar sin carga

Carga a determinar valores de

pH

LOS AMINOÁCIDOS ESTRICTAMENTE HIDROFÓBICOS:

PheLeu Val IleAlaTrpMet Pro

Cys

Gly

Tienen cadenas laterales

alifáticas

•Phe•Trp

Anillos aromáticos, tiene la capacidad de absorber la luz

ultravioleta

Prolina • Se caracteriza por su

estructura cíclica rígida con un grupo amino secundario

Gly

Tiene un hidrógeno

como cadena

lateral

Presencia de azufre

Met Cys

Totalmente apolar y el es aminoácido

iniciador de la síntesis de proteínas

Sulfhidrilo muy reactivo, formación de puentes de disulfuro

LOS AMINOÁCIDOS POLARES SIN CARGA

Ser

Thr

TyrGln

Asn

Presencia de un grupo hidroxilo

• Ser

• Thr

• Tyr

OH

Grupo amida que les confiere su reactividad

• Gln

• Asn

LOS AMINOÁCIDOS IONIZABLES A PH FISIOLÓGICO

GluAsp Lys Arg His

• Glu

• Asp

COO-

Grupo funcional con carácter básico

Se encuentra ionizadas a pH fisiológico

Tiene un grupo imidazol con un pK de 6

AMINOÁCIDOS Y ENLACE

PEPTÍDICO

His

COMPORTAMIENTO ACIDO-BASE DE LAS CADENAS LATERALES

Ácido Básico

Cadenas lateralesPoseen Grupos funcionales con

carácter:

Lys LisinaArg ArgininaHis HistidinaAsp AspartatoGlu GlutamatoCys CisteínaTyr Tirosina

pH fisiológico

Excepto

El estado de ionización de estas moléculas va a depender del valor de pKa

His

Por tener un pKa próximo al fisiológico, solo se encontrará ionizado en un cierto porcentaje

Ácidos y bases de Arrhenius:Los ácidos liberan iones hidrógeno en agua.

Las bases liberan iones hidróxido en agua.

Brönsted-Lowry

AMINOÁCIDOS PRESENTAN CARÁCTER ÁCIDO BÁSICO

Los aminoácidos presentan un grupo amino con carácter básico (aceptor de protones) y grupo carboxilo con

carácter ácido (dador de protones)

Ph fisiológico los AA se encuentra en forma de: Ión dipolar

Grupo carboxilo ionizado (carácter básico)

Grupo amino protonado (carácter ácido)

Anfóteras

Cadena laterales

Ácidos

Básicos

Ionizados en condiciones

muy alcalinas

Comportamiento ácido-base de

las proteínas va a estar

condicionado por los grupos

ionizables de las cadenas laterales

participar en las reacciones enzimáticas

Aceptadores o dadores de protones en ciertas reacciones químicas.

Los ácidos pueden actuar como reactivos nucleofílicos y las bases como reactivos electrofílicos Centros activos de numerosas enzimas.

Importancia biológica

LAS PROPIEDADES DE LAS CADENAS LATERALES DETERMINAN LAS INTERACCIONES NO COVALENTES

Características estructurales y la presencia de ciertos grupos funcionales permiten entender las relaciones que se pueden establecer entre distintas partes de la misma molécula o entre la proteína y otras moléculas

HIDROFOBICIDAD AA presentan una cadena lateral totalmente apolar.

Las proteínas suelen encontrarse en un entorno acuoso, las cadenas laterales apolares tienden a agruparse por repulsión

Se plegan en una estructura tridimensional formando un núcleo hidrofóbico

Núcleo hidrofóbico

FUERZAS DE VAN DER WAALS

En las cadenas laterales de los aminoácidos apolares se pueden crear dipolos instantáneos

Fuerzas de atracción intermoleculares muy débiles

Efecto importante en la determinación de la estructura tridimensional de las proteínas

Originando

Algunas cadenas laterales actúan como Donadores o aceptores de H

FORMACIÓN DE PUENTES DE HIDRÓGENO

DONADORES: Ser, Tyr, Thr, Trp, Gln, Asn, His y CysExiste un átomo de hidrogeno unido a un átomo más electronegativo que hace que se cree una densidad de carga positiva en el átomo de hidrogeno.

Estarán protonados y actuaran como

donadores de H

H H

pH bajo

Poseen grupos funcionales con átomos con densidad de carga negativa que

pueden actuar como aceptores en la formacion de puentes

de hidrogenos

Las cadenas laterales de algunos aminoácidos pueden actuar como donadores y como receptores

INTERACCIONES ELECTROSTÁTICASCADENAS LATERALES con carácter ácido-básico, que, como consecuencia, pueden estar ionizados a determinados valores de pH

Carga positivaLysArgHis

Carga negativasGluAsp

Puentes salinos

Cadenas laterales Carga (+)

Grupos fosfatos Carga (-)

Proteínas DNA

Grupos funcionale

s se modifican:

pH Sales

UNIÓN DE ELEMENTOS METÁLICOS

La unión covalente

a proteínas Cationes

divalentes (Mg, Ca,

Zn)

Algunos metales de transición (Fe, Cu, Ni, etc)

Relativamente frecuente en muchas enzimas y en otras proteínas (hemoglobina)

Función de la proteína

Participación directa en ciertas reacciones químicasEstabilizando su estructura tridimensional

Importancia

Entidades de coordinación

Un átomo central (el metal)

conjunto de átomos

denominados ligandos

HisTyrCysMetAspGlu

Se forman con las cadenas laterales de aa

El Fe 2+ establece 4 de sus enlaces con los átomos de N del anillo porfirina del grupo hemo

El 5to enlace se forma con el N del grupo imidazol de una His (denominada His proximal)

El 6to sólo se forma cuando la molécula fija una molécula de O2, que se sitúa entre el Fe y la cadena lateral de otra His (His distal)

Fe 2+ 6 ENLACES

La incorporación de estos elementos metálicos aumenta las posibilidades de las proteínas para participar en ciertas reacciones

Transferencia de electrones

Los aminoácidos con cadenas laterales ionizables también pueden establecer interacciones con elementos metálicos

No covalentes iónicas

Fijación de Ca2+ en las proteínas con residuos de Asp y Glu

Rigidez necesaria para realizar su función

Proteínas de adhesión entre células:

Las cadherinasEstas proteínas poseen una

porción extracelular con cinco dominios

EJEMPLO:

CADENAS LATERALES

Dos residuos de Cisteina pueden

unirse covalentemente, por un proceso de oxidación.

Puede ser Intercatenari

a o Intracatenari

as.

No son habituales en proteínas

intercelulares : se

encuentran en ambiente

reductor del citosol.

Se producen en el lumen

del RE.

PUENTES DISULFURO

Estabilizan la estructura tridimensional de las

proteínas, que se mantienen por interacciones no

covalentes, haciéndolas menos susceptibles a la

degradación.

PUENTES DISULFURO

En algunas proteínas existen los dos diferentes tipos de puentes disulfuro.

Inmunoglubulina G.

Intracatenaria

Intercatenaria

FOSFORILACIÓN

Esto es catalizado por la enzima Quinasa

Pueden fosforilarse por la unión de un Fosfato inorgánico (Pi) a su OH .El grupo

fosfato es eliminado

por Fosfata

sas

FOSFORILACIÓN En proteínas tiene papel destacado en procesos biológicos: Regula la actividad proteica.

En ENZIMAS puede hacer que pase de activa a inactiva.

El que se adicionen o se escindan grupos fosfato se produce como respuesta a señales específicas.

GLUCOSILACIÓN

Los azúcares se pueden unir de forma covalente a las proteínas mediante enlaces:

O-glucosídico: El carbono anomérico del azúcar reacciona con el OH

de una Serina o Treonina

N-glucosídico: Unión con el grupo amino de la Asparagina.

ESTEREOQUIMICA DE LAS CADENAS LATERALES ES FUNDAMENTAL PARA

COMPRENDER LA ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL DE LAS

PROTEÍNAS

Características químicas, Geometría y distribución espacial de los enlaces que forman las cadenas laterales

Importante

Plegamiento de la proteínas y relación con otras moléculas

Tamaño y forma de las cadenas laterales condicionan el tipo de interacciones que pueden darse con otros grupos funcionales.

Cadena alifática va a influir sobre la hidrofobicidad general

Proximidad en la estructura tridimensional condiciona la situación de los residuos de aa

Colágeno

Átomos de cadenas laterales más largas

que Alanina

Conformación alterna

Más favorable desde el punto

de vista energética

Sustituyentes se colocan en la posición

que dejan los del átomo siguiente

Conformación alineada

Además de los 20 aminoácidos determinados, existen otros aminoácidos

modificados que

Aminoácidos no estándares

juegan un papel importante en funciones

biológicas.

MODIFICACIONES QUÍMICAS DE LOS AMINOÁCIDOS

Colágeno

Histonas GABA

COLÁGENO

4-hidroxiprolina 5-hidroxilisina

• En ambos casos la modificación consiste adición de un grupo hidroxilo cada reacción está catalizada por enzima.

Cambios más complejosDESMOSINA en la elastina a partir de 4 residuos de Lys

HISTONAS AA de proteínas que forman complejos con ácidos nucleicos

Pueden tener

grupos:

•Metilo•Acetilo •Fosfato

Modificación reversible

Modificación postraduccional

dependiente de vitamina K

Se encuentra en la protrombina(coagulación)

Con dos grupos carboxilo, fijan cationes Ca2+

Ácido γ- carboxiglutámico

Descarboxilización del glutamatoNeurotransmisor

con función inhibitoriaEn fármacos reduce la ansiedad

GABA (Ácido ϒ-aminobutírico)

Aminoácidos no presentes en las proteínas

Cumplen importantes funciones biológicas Mensajeros químicos

Barbitúrico

Derivada de la Tirosina.

Neurotransmisor relacionado

con Parkinson.

Aumenta frecuencia cardiaca

producir dilatación en

los vasos sanguíneos renales.

DOPAMINA

ENLACE PEPTÍDICO

Unidad primaria estructural de polipéptidos

Los AA se unen por una reacción de condensación

entre el grupo carboxilo de un AA y el grupo amino, que produce la formación de un

enlace amida.

Los AA de la cadena, se denominan residuos, por perdida de AGUA en la

reacción.

Amino terminal y carboxilo terminal tienen capacidad de ionización al igual que las cadenas laterales

Un mismo grupo funcional puede tener mayor o

menor tendencia a ionizarse,

dependiendo del entorno

molecular.Los valores de pKa de grupos

laterales sirven de referencia para saber el intervalo de Ph

en el que produce

ionización.

CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES

Los estudios de difracción de rayos X: Linus Pauling y Robert Corey demostraron que es una Estructura

plana y rígida

Un fenómeno de resonancia de electrones entre los átomos O-C-N, hace que C-N tenga cierto carácter de doble enlace: NO permite la rotación del eje.

NO ROTACIÓN

LIMITACIÓN DE ROTACIÓN Provoca que solo haya 2 maneras de configuración:

CIS

TRANS

CIS TRANS

Ambos átomos en posiciones alternasDa la forma de la mayoría de las proteínasEs la más estable

El H y el carbonilo en el mismo lado del ejePresenta mayores restricciones esféricasCOLÁGENO

PROLINA: puede adaptar cualquier configuración pero es inestable

Angulo phi (Ф) Rotación Cα –NAngulo psi (ψ) Rotación Cα-C

Existe posibilidad de giro en el enlace entre los átomos, en 2 ángulos de torsión

Aunque el enlace permita el giro, debe tomarse en cuenta que no todas las posiciones son posibles, debido a las restricciones esféricas:

Producen colisiones entre átomos

Un solo átomo de hidrógeno en su cadena lateral tiene mayores posibilidades de giro

Glicina

ENLACE PEPTÍDICO PERMITE FORMACION DE PUENTES HIDRÓGENO

Electronegatividad de los átomos

Es una estructura polar e hidrófilaSus componentes pueden formar puentes de hidrógeno: Poseen un COOH con carga

negativa que puede actuar como Receptor y un H unidos al N (más electronegativo) que actúa como DonadorExcepción: Prolina,

carece de H unido al N

PÉPTIDOS

DE INTERÉS BIOLÓGIC

O

Insulina

Vasopresina

Oxitocina

Otros Encefalinas

PÉPTIDOS DE INTERÉS BIOLÓGICO

Insulina

Formado por 2 cadenas unidas por puentes disulfuro

Actúa en el metabolismo de los carbohidratos

Se sintetiza como una molécula de proinsulina

Se activa mediante la hidrolisis de 2 pequeños segmentos de aminoácidos

Insulina de diferentes especies revelan residuos indispensables para la función.

Vasopresina y Oxitocina

Actúan como Neurotransmisores y hormonas Son péptidos de 9 aminoácidos, con secuencia

semejante (solo diferencian en 2 aminoácidos) Ambos poseen 2 Cys formando un puente disulfuro

Vasopresina Control de la presión arterial, regulando el músculo liso.

Efecto antidiurético, al estimular la reabsorción de agua en los riñones• Retiene agua, aumenta presión arterial

Baja presión

Hipernatriemia

Hipotá

lamo

Osmorreceptores

Inducen a la secreción de vasopresina

Estimula la reabsorción de agua en los riñones

Oxitocina

Induce al parto

Contracción de músculos uterinos

Estimula flujo de leche en

amamantamiento