Fundamentos de la Bioquímica PDF

1.1 Fundamentos celulares 7 El citoplasma de E. coli contiene aproximadamente En lo que constituyó un importante avance bioquí- 15.000 ribosomas, cantidades variables (de decenas a mico, Albert Claude, Christian de Duve y George Palade miles) de copias de...

1.1 Fundamentos celulares 7 El citoplasma de E. coli contiene aproximadamente En lo que constituyó un importante avance bioquí- 15.000 ribosomas, cantidades variables (de decenas a mico, Albert Claude, Christian de Duve y George Palade miles) de copias de cada uno de los 1.000 o más enzimas desarrollaron métodos para la separación de orgánulos diferentes, quizás unos 1.000 compuestos orgánicos de citosálicos, un paso esencial para la investigación de su masa molecular inferior a 1.000 (metabolitos y cofacto- estructura y función. En un procedimiento de fraccio- res) y diversidad de iones inorgánicos. El nucleoide namiento celular típico (Fig. 1-9) se procede a disgre- contiene una única molécula circular de DNA y el cito- gar células o tejidos en disolución mediante una homo- plasma (al igual que ocurre en la mayoría de bacterias) geneización suave. Este tratamiento rompe la membra- contiene uno o más segmentos circulares de DNA de na celular pero respeta la integridad de la mayoría de tamaño menor que reciben el nombre de plásmidos. los orgánulos. A continuación se centrifuga el homoge- En la naturaleza, algunos plásmidos confieren resisten- nado, proceso en el que los orgánulos como el núcleo, cia a toxinas y antibióticos presentes en el medio. En el las mitocondrias y los lisosomas sedimentan a velocida- laboratorio, estos segmentos de DNA son especialmente des diferentes a causa de su diferente tamaño. adecuados para la manipulación experimental y consti- Mediante estos métodos se demostró, por ejemplo, tuyen herramientas poderosas en ingeniería genética que los lisosomas contienen enzimas degradativos, que (véase el Capítulo 9). las mitocondrias contienen enzimas oxidativos y que los Otras especies de bacterias, y también de arqueas, cloroplastos contienen pigmentos fotosmtéticos. El ais- contienen una colección similar de biomoléculas, pero lamiento de un orgánulo enriquecido en un cierto enzi- cada especie está especializada, física y metabólicamen- ma suele ser el primer paso en la purificación de dicho te, en relación con su nicho ambiental y sus fuentes de enzima. nutrición. Las cianobacterias, por ejemplo, poseen mern- branas internas especializadas en atrapar la energía de la El citoplasma se organiza gracias al citoesqueleto luz solar (véase la Fig. 20-27). Muchas arqueas viven en ambientes muy especiales y han desarrollado adaptacio- y es altamente dinámico nes bioquímicas para sobrevivir en condiciones extre- La microscopia de fluorescencia permite observar distin- mas de temperatura, presión o concentración salina. El tos tipos de filamentos de proteína que se entrecruzan en estudio de las diferencias en la estructura del ribosoma la célula eucariótica y forman una trama tridimensional proporcionó los primeros indicios de que Bacteria y interconectada, el citoesqueleto. Existen tres clases Arquea constituyen dominios separados. La mayor parte principales de filamentos citoplasmáticos —los filamentos de bacterias (incluida E. Coli) existen como células de actina, los microtúbulos y los filamentos intermedios individuales, pero se asocian a menudo formando biofil- (Fig. 1-10), que difieren en anchura (entre 6 y 22 nm), ms o tapices en los que un gran número de células se composición y función específica. Todos ellos proporcio- adhieren unas a otras y a algún sustrato sólido en una nan estructura y organización al citoplasma y mantienen. superficie acuosa o debajo de ella. Las células de algunas la forma de la célula. Los filamentos de actina y los micro- especies bacterianas (por ejemplo, las mixobacterias), túbulos colaboran también en el movimiento de los orgá- muestran un primitivo comportamiento social, formando nulos o en el movimiento celular global. agregados compuestos por un gran número de células en Cada tipo de componente citoesquelético está com- respuesta a señales enviadas por células vecinas. puesto por subunidades simples de proteína que se asocian de manera no covalente para formar filamentos de grosor uniforme. Estos filamentos no son estructuras Las células eucarióticas poseen diversos orgánulos permanentes, sino que se encuentran en constante fluc- membranosos que pueden aislarse para su estudio tuación entre sus subunidades proteicas y los filamen- Las células eucarióticas típicas (Fig. 1-8) son mucho tos. Su localización celular no está fijada rígidamente, mayores que las bacterias (tienen normalmente un diá- sino que varía mucho durante la mitosis, la citocinesis, metro de 5 a 100 ym y un volumen celular que es entre el desplazamiento ameboideo o a causa de los cambios mil y un millón de veces superior al de las bacterias. Las en la forma de la célula. La regulación de la formación, características distintivas de los eucariotas son el desagregación y localización de los diversos tipos de núcleo y los orgánulos rodeados de membrana que lle- filamentos está regulada por otras proteínas encargadas van a cabo funciones específicas. Entre estos orgánulos de unir o entrelazar los filamentos o de desplazar orgá- se incluyen las mitocondrias, donde tienen lugar la nulos citoplasmáticos a lo largo de los mismos. (Las mayoría de las reacciones extractoras de energía de la bacterias contienen proteínas parecidas a la actina que célula; los complejos del retículo endoplasmático y llevan a cabo funciones similares). de Golgi, que tienen un papel central en la síntesis y De este breve repaso de la estructura celular pode- modificación de lípidos y proteínas de membrana; los mos extraer la idea general de que la célula eucariótica peroxisomas, en los que se oxidan los ácidos grasos de está formada por una trama de fibras estructurales y un cadena muy larga; y los lisosomas, llenos de enzimas complejo sistema de compartimentos limitados por digestivos que degradan los desechos celulares innece- membranas (Fig. 1-8). Los filamentos se desagregan sarios. Las células vegetales contienen además vacuo- para reestructurarse en otro Jugar distinto. Las vesícu- las (que almacenan grandes cantidades de ácidos orgá- las membranosas brotan de un orgánulo y se fusionan nicos) y cloroplastos (en los que la luz solar se apro- con otro. Los orgánulos se mueven por el citoplasma a vecha para la síntesis de ATP en la fotosíntesis) (Fig. lo largo de filamentos de proteína gracias a motores 1-8). En el citoplasma de muchas células también se proteicos dependientes del consumo de energía. El sis- observan gránulos o gotículas que contienen nutrientes tema endomembranoso segrega procesos metabóli- de reserva tales como almidón o grasas. cos específicos y aporta las superficies en las que tienen 8 Fundamentos de la Bioquímica (a) Célula animal Ribosomas: máquinas sintetizadoras de proteinas. Peroxisorna: oxida ácidos grasos. Citoesqueleto: soporte estructural de las células, facifita el movimiento de orgánutos. Lisosoma degrada los restos intracelulares. Wesícula de transporte: transporta lípidos y proteinas entre el RE, aparato de Golgi y membrana plasmática. Complejo de Golgi: modifica, empaqueta y distribuye proteinas a otros orgánulos para su exportación. Retículo endoplasmático liso (REL): lugar de síntesis de lípidos y metabolismo de fármacos. Envoltura nuclear: separa Nucléolo: lugar de la sintesis de la cromatina (DNA + proteína) RNA ribosómico. del citoptasma. Retículo endoplasmático rugoso Nucleo: contiene los genes (cromatina). CRER): aqui tiene lugar la mayor Membrana plasmática: separa la parte de síntesis de proteinas, célula de su entorno, regula Envoltura el movimiento de materiales hacia nuclear Ribosomas Citoesqueleto dentro y fuera de la célula. Mitocondria: oxida combustible para producir ATP. Complejo de Golgi Cloroplasto: recolecta la energía solar, produce ATP y giúcidos, Gránulos de almidón: almacén temporal de glúcidos producto de la fotosíntesis. Tilacoides: donde tiene lugar la síntesis de ATP que aprovecha la energía de la luz. Pared celular: confiere forma y rigidez; protege a la célula del hinchamiento osmótico. Vacuola: degrada y recicla macromoléculas y almacena metabolitos. Pared celular: de una célula adyacente Plasmodesmos: permiten el paso entre dos células vegetales. Glioxisoma: contiene enzimas del ciclo del glioxilato. (b) Célula vegetal FIGURA 1-8 Estructura de la célula eucariótica. llustración esquemá- Las estructuras rotuladas en rojo son exclusivas de células animales, las tica de dos tipos principales de célula eucariótica: (a) una célula animal rotuladas en verde lo son de células vegetales. Los microorganismos representativa y (b) una célula vegetal representativa. Las células vege- eucarióticos (como protistas y hongos) tienen estructuras similares a las tales tienen aproximadamente entre 10 y 100 ¡am de diámetro, mayores de las células animales y vegetales pero pueden contener también orgá- que las células animales que suelen tener un diámetro de entre 5 y 30 um. nulos especializados no ilustrados aqui. lugar ciertas reacciones enzimáticas. La exocitosis y la ción de los orgánulos y de los elementos del citoesque- endocitosis, mecanismos de transporte (hacia el exte- leto están sometidos a una estrecha regulación y en el rior y el interior de las células, respectivamente) que transcurso de la vida de la célula se producen importan- implican fusión y fisión de membranas, permiten la tes reorganizaciones finamente orquestadas, como la comunicación entre el citoplasma y su medio externo mitosis. Las interacciones entre citoesqueleto y orgánu- mediante la secreción de sustancias producidas en la los son reversibles, de tipo no covalente y están sujetas célula y la captación de material extracelular. a regulación en respuesta a diversas señales intra y Esta organización estructural del citoplasma está extracelulares. ” lejos de ser producto del azar. El movimiento y la posi-  1.1 Fundamentos celulares 9 Centriftugación diferencial Homogenización del tejido | f- A pa 'Centrifugación a baja velocidad | (1.000 g, 10 min) = El sobrenadante se somete a centrifugación a velocidad media - (20.000 g, 20 min) ] | El sobrenadante se somete Homagenado a centrifugación a alta tisular pS -— velocidad | ¡(80.000 g, 1h) E A El sobrenadante El pellet ¡se somete a (sedimento) | centrifugación contiene a muy alta velocidad células enteras, ¿ (150.000 q. 3h) núcleos, citoesqueletos, membranas El pellet plasmáticas contiene | mitocondrias, * lisosomas, —' peroxisomas El pellet contiene | -¡Elsobre- microsomas | nadante Cfragmentos : / contiene de RE), proteinas vesículas solubles pequeñas Eh + El pellet contiene ribosomas, macromoléculas (b) grandes FIGURA 1-10 Los tres tipos de filamentos del citoesqueleto: filamen- FIGURA 1-9 Fraccionamiento subcelular de un tejido. En primer lugar tos de actina, microtúbulos y filamentos intermedios. Se pueden mar- se homogeniza mecánicamente un tejido, como por ejemplo el hígado, car estructuras celulares con un anticuerpo (capaz de reconocer una para romper las células y dispersar su contenido en un medio acuoso proteína específica) unido covalentemente a un compuesto fluorescente, tamponado. El medio de sacarosa que tiene una presión osmótica simi- Las estructuras teñidas son visibles cuando se observa la célula con un lar a la de los orgánulos, equilibra la difusión de agua hacia fuera y hacia microscopio de fluorescencia. (a) En esta célula de fibroblasto en cultivo el interior de los orgánulos, ya que éstos se hincharían y romperian en los haces filamentos de actina están teñidos en rojo; los microtúbulos, una disolución de menor osmolaridad (véase la Fig. 2-13). Las partículas que irradian desde el centro de la célula, en verde; y los cromosomas del en suspensión de diferentes tamaños se pueden separar por centrifuga- núcleo en azul. (b) Una célula pulmonar de tritón durante la mitosis. Los ción a diferentes velocidades. Las partículas más grandes sedimentan microtúbulos (verde), unidos a estructuras llamadas cinetocoros (amari- más rápidamente que las más pequeñas y el material soluble no sedi- llo) sobre los cromosomas condensados (azul), arrastran a los cromoso- menta. Mediante una cuidadosa elección de las condiciones de la centri- mas hacia los polos opuestos, a centrosomas (magenta) de la célula. Los fugación es posible separar las fracciones subcelulares para su caracteri- filamentos intermedios, formados por queratina (rojo), mantienen la zación bioquímica. [Fuente: Información de B. Alberts et al. Molecular estructura de la céluia. [Fuentes: (a) James ]. Faust y David G. Capco, Biology of the Cell, 2" ed. Garland Publishing, inc,, 1989, p.165.] Arizona State University/NIH National Institute of General Medical Sciences. (b) Dr. Alexey Khodjakov, Wadsworth Center, New York State Department of Heaith.] Las células construyen estructuras supramoleculares Las macromoléculas y sus subunidades monoméricas (cuyo diámetro es de aproximadamente 20 nm), orgá- son de tamaño muy diferente (Fig. 1-11). Una molécu- nulos de tamaño muy inferior al de las mitocondrias que la de alanina mide menos de 0,5 nm. Una molécula de miden aproximadamente 1.000 run de diámetro. Existe, hemoglobina, proteína transportadora de oxígeno en los pues, una gran diferencia entre las biomoléculas sim- eritrocitos (células rojas de la sangre), contiene cerca ples y las estructuras que pueden observarse al micros- de 600 subunidades de aminoácido formando cuatro copio óptico. La Figura 1-12 ilustra la jerarquía estruc- largas cadenas que se pliegan de forma globular y se tural en la organización celular, asocian en estructuras de 5,5 nm de diámetro. Las pro- Las subunidades monoméricas de proteínas, ácidos teínas son, a su vez, mucho menores que los ribosomas nucleicos y polisacáridos se unen mediante enlaces cova- Aminoácidos, péptidos y proteínas Las herramientas de auto-estudio que sirven para practicar lo aprendido y reforzar los conceptos presentados en este capítulo se encuentran disponibles en la red. Visite www.macmillaniearning.com/LehningerBiochemistry7e. 3.1 Aminoácidos 75 cias diferentes. A partir de estos bloques estructurales los diferentes organismos pueden fabricar productos 3.2 Péptidos y proteínas 85 tan diversos como enzimas, hormonas, anticuerpos, 3.3 — Trabajar con proteínas 88 transportadores, fibras musculares, la proteína del eris- talino del ojo, plumas, telas de araña, cuernos de rino- 3.4 Estructura de proteínas: ceronte, proteínas de la leche, antibióticos, venenos de estructura primaria 96 hongos y una pléyade de otras sustancias con activida- des biológicas distintas (Fig. 3-1). Los enzimas son los ON proteicos más variados y especializados.. as proteínas intervienen en CogySya talizadores de prácticamente todas las reaccio- los procesos que tienen lugar en la célula y ejercen nes celulares, los enzimas constituyen una de las claves diversidad casi inagotable de funciones. En la para comprender la química de la vida y son un punto exploración de los mecanismos moleculares de un pro- de referencia para cualquier curso de bioquímica. ceso biológico, el bioquímico debe estudiar, de manera La estructura y función de las proteínas constituye casi inevitable, una o más proteínas. Las proteínas son el tema de este capítulo y de los tres siguientes. Empe- las macromoléculas biológicas más abundantes y están zamos con una descripción de las propiedades químicas presentes en todas las células y en todas las partes de la fundamentales de los aminoácidos, los péptidos y las célula, Las proteínas también presentan una gran varie- proteínas. También consideraremos la manera en que dad; en una sola célula se pueden encontrar miles de un bioquímico trabaja con proteínas. proteínas diferentes. Siendo los árbitros de las funcio- nes moleculares, las proteínas son los productos finales más importantes de las rutas de información que se 3.1 Aminoácidos discuten en la Parte II de este libro. Las proteínas son Las proteínas son polímeros de aminoácidos, en los que los instrumentos moleculares mediante los que se cada residuo aminoácido está unido al siguiente a tra- expresa la información genética. vés de un tipo específico de enlace covalente. (El térmi- La claye de la estructura de los miles de proteínas no “residuo” refleja la pérdidade los elementos del agua diferentes se encuentra en unas subunidades monomé- cuando un aminoácido se une a otro.) Las proteínas se ricas relativamente simples. Las proteínas de todos los pueden degradar (hidrolizar) hasta sus aminoácidos organismos, desde las bacterias más simples al ser constituyentes mediante diversos métodos, por lo que los humano, están construidas a partir del mismo conjunto estudios iniciales sobre las proteínas se centraron en los de 20 aminoácidos. Puesto que cada uno de estos ami- aminoácidos libres procedentes de las mismas. Veinte noácidos tiene una cadera lateral propia que determina son los aminoácidos encontrados habitualmente en las sus propiedades químicas, se puede considerar a este proteínas, El primer aminoácido descubierto fue la aspa- grupo de 20 moléculas precursoras como el alfabeto en ragina en 1806, El último de los 20 que se encontró fue la el que está escrito el lenguaje de la estructura proteica. treonina, que no fue identificada hasta 1938. Todos los Para generar una proteína determinada se unen aminoácidos tienen nombres comunes o triviales que, en aminoácidos de forma covalente en secuencias lineales algunos casos, provienen de la fuente de la cual se aisla- características. Lo que resulta más extraordinario es ron inicialmente. La asparagina se encontró por primera que las células puedan producir proteínas con propieda- vez en el espárrago y el ácido glutámico se encontró en el des y actividades muy diferentes uniendo los mismos 20 gluten de trigo; la tirosina se aisló por primera vez del aminoácidos en multitud de combinaciones y secuen- queso (así su nombre proviene del griego tyros, “queso”; 715 76 Aminoácidos, péptidos y proteínas (a) (b) E FIGURA 3-1 Algunas funciones de las proteinas. (a) La luz producida ceronte negro salwaje se encuentra en vías de extinción debido a la por las luciérnagas es el resultado de una reacción en que interviene la creencia extendida en algunas partes del mundo de que el polvo deri- proteina luciferina y ATP, catalizada por el enzima tuciferasa (véase el vado de su cuerno tiene propiedades atrodisíacas. En realidad, las pro- Recuadro 13-1). (b) Los eritrocitos contienen grandes cantidades de la piedades químicas del polvo de cuerno de rinoceronte no son diferen- proteina transportadora de oxigeno hernoglobina. (e) La proteína que- tes del de las pezuñas de bóvidos o de las uñas humanas. [Fuentes: (a) ratina, producida por todos los vertebrados, es el componente estruc- Jeff ). Daly/Alamy. (b) Bill Longcore/ Science Source. (c) Mary Cooke/ turai principal del pelo, escamas, cuernos, lana, uñas y plumas. El rino- Animals Animals. ] y la glicina (del griego glykos, “dulce”) se denominó de útil al estudiante. La pri- esta manera debido a su sabor dulce. mera letra del nombre del aminoácido es única para Los aminoácidos tienen caracteristicas estructurales seis de ellos (CHIMSV), por lo que se utiliza directa- comunes mente como su símbolo. Los 20 aminoácidos estándar encontrados en las proteí- Para otros cinco amino- nas son a-aminoácidos. Todos tienen un grupo carboxi- ácidos (AGLPT), la primera lo y un grupo amino unidos al mismo átomo de carbono letra no es única y se asigna (el carbono a) (Fig. 3-2). Difieren entre ellos en sus al aminoácido más frecuente cadenas laterales, o grupos R, que varían en estructu- en proteínas (por ejemplo, ra, tamaño y carga eléctrica y que influyen en la solubi- argaret Oakley Dayhoft la leucina es más frecuente lidad en agua de los aminoácidos. Además que la lisina). En el caso de aminoácidos existen muchos más que son mi Xi ON otros cuatro, la letra utiliza- nes. Algunos de ellos son residuos que han sido modifica- da es fonéticamente sugesti- dos después de la síntesis de la proteína; otros se hallan va en idioma inglés (RFYW. aRginina, Fenilalanina, presentes en organismos vivos pero no como unidades tYrosina, tWiptófano). El resto fueron de asignación constituyentes de las proteínas y dos más son casos espe- más difícil. Cuatro de ellos (DNEQ) recibieron letras ciales que se encuentran en tan solo unas pocas proteí- contenidas en sus nombres o sugeridas por ellos (aspár- nas. Á los aminoácidos estándar de las proteínas se les Dico, asparagiNa, glutámEco, Q-tamina - por glutami- han asignado abreviaturas de tres letras y símbolos de na). Restaba la lisina. De las pocas letras no usadas del una sola letra (Tabla 3-1) que se utilizan para indicar de alfabeto se escogió la K, que es la más próxima a L. «£ manera abreviada la composición y secuencia de aminoá- cidos polimerizados en las proteínas. En todos los aminoácidos estándar excepto la glici- na, el carbono a está unido a cuatro grupos diferentes: »> Convención Clave: El código de tres letras es transpa- un grupo carboxilo, un grupo amino, un grupo R y un rente: las abreviaturas consisten generalmente en las átomo de hidrógeno (Fig. 3-2; en la glicina el grupo R es tres primeras letras del nombre del aminoácido. El códi- otro átomo de hidrógeno). El átomo de carbono a es, go de una letra fue propuesto por Margaret Oakley por tanto, un centro quiral. Debido al ordenamiento Dayhoff, considerada por muchos como la fundadora tetraédrico de los orbitales de enlace alrededor del del campo de la bioinformática. El código de una sola átomo de carbono a, los cuatro grupos diferentes pue- letra procede del intento de reducir el tamaño de los den ocupar dos ordenamientos diferentes en el espacio, archivos de datos (en la era en que se usaban fichas por lo que los aminoácidos pueden aparecer en forma agujereadas) utilizados para la descripción de las de dos esterecisómeros. Al ser imágenes especulares no secuencias de aminoácidos. Se diseñó para ser memori- superponibles entre sí (Fig. 3-3), las dos formas cons- zada fácilmente y la descripción de su origen puede ser tituyen un tipo de estereoisómeros denominados enan- tiómeros (véase la Fig. 1-20). Todas las moléculas con un centro quiral son también ópticamente activas, es FIGURA 2-2 Estructura general de un decir, hacen girar el plano de la luz polarizada (véase el aminoácido. Esta estructura es común a Recuadro 1-2). todos los a-aminoácidos, con una única excepción. (La excepción es la prolina, 23 Convención Clave: Se utilizan dos convenciones para un aminoácido cíclico.) El grupo R o identificar los carbonos de un aminoácido, una práctica cadena lateral (púrpura) unido al car- que puede generar confusión. Los carbonos adicionales bono «a (gris) es diferente para cada de un grupo R, se designan comúnmente $, y, 6, e, ete., aminoácido.  3.1 Aminoácidos 717 TABLA 3-1 Propiedades y convenciones asociadas con los aminoácidos estándar presentes en las proteinas Valores de pk, Abreviatura/ pk, pl, PK, Índice Presencia en las Aminoácido simbolo M: (—C00H) (NH) (Rgroup) pl hidropático" proteínas (96)' Grupos R apolares, a alifáticos Glicina Gly G 75 2,34 9,60 5,97 0,4 72 Alanina Ala A 89 2,34 9,69 6,01 1,8 78 Prolina Pro P 115 1,99 10,96 6,48 --1,61 5,2 Valina Val V 117 2,32 9,62 5,97 42 6,6 Leucina Leu L 131 2,36 9,60 5,98 3,8 9,1 Isoleucina le 1 131 2,36 9,68 6,02 45 53 Metionina Met M 149 2,28 9,21 5,74 1,19 2,3 y | Grupos R aromáticos | Fenilalanina Phe F 165 1,83 9,13 5,48 2,8 3,9 | | Tirosina Tyr Y 181 2,20 9,11 10,07 568 -1,3 32 | Triptófano Trp W 204 2,39 9,39 5,89 4,9 1,4 Grupos R polares sin carga Serina Ser S 105 2,21 9,15 5,68 —4),8 6,8 Treonina Thr T 119 2,11 9,62 5,87 —0,7 5,9 Cisteína" Cys € 121 1,96 10,28 8,18 5,07 2,5 1,9 e E DON 505 35 Y Asparagina Asn N 13 2,02 3,80 5,41 -3,5 4,3 Grupos R ¡ cargados positivamente j Lisina Lys K 146 2,18 8,95 10,53 9,74 3,9 5,9 Histidina His H 155 1,82 9,17 6,00 7,59 3,2 2,3 Arginina Arg R 174 2,17 9,04 12,48 10,76 45 5,1 Grupos R cargados negativamente Aspartato Asp D 133 1,88 9,60 3,65 277 —3,05 5,3 Glutamato Glu E 147 2,19 9,67 4,25 3,22 3,5 6,3 *Los valores de M, reflejan las estructuras tal y como se muestran en la Figura 3-5. Los elementos del agua (M_ 18) se restan cuando el aminoácido se incorpora a un polipéptido. >Una escala que combina la hidrofobicidad y la hidrofilicidad de los grupos R. Los valores reflejan la energía libre (AG) de transferencia de la cadena lateral del ariinoácido desde un disolvente hidrofóbico al agua. Esta transferencia es favorable (AG0, valor positivo en el indice) para aminoácidos con cadena lateral apolar o más hidrofóbica. Véase el Capítulo 11. Tomado de J. Kyte y R.F. Doolittle,./. Mo!. Biol 157:105, 1982. *Presencia media en más de 1.150 proteínas. Tomado de A.F. Doolittie en Prediction of Protein Structure and the Principles of Protein Conformation (9.D. Fassman, ed.), p.599, Plenum Press, 1989. “Originalmente, el indice hidropático considera la frecuencia en la que un aminoácido aparece en la superficie de una proteína. Dado que ta prolina aparece a menudo en la superficie en los giros 3, su valor es inferior al que sería deducible a partir de su cadena lateral de grupos metileno. *La cisteina se clasifica generalmente como polar a pesar de tener un índice de hidropatía positivo. Ello refleja la capacidad del grupo sulfidrilo para actuar como ácido débil y para formar enlaces de hidrógeno débiles con el oxigeno o el nitrógeno. empezando a partir del carbono a. Para la mayoría de las demás moléculas orgánicas, los átomos de carbono 2 E : 5 $ se numeran simplemente a partir de un extremo, dando 2OE—CH—CHy—CH EH EH la máxima prioridad (C-1) al carbono con el sustituyen- *NHy +NHy te que contenga el átomo de mayor número atómico. Lisina Siguiendo esta última convención, el grupo carboxilo de un aminoácido sería el C-1 y el carbono «a sería el En algunos casos, como en aminoácidos con grupos C-2. R heterocícticos tales como la histidina, el sistema de 78 Aminoácidos, péptidos y proteínas e aminoácidos se especifican mediante el sistema D, L (Fig. 3-4), basado en la configuración absoluta del azú- car de tres carbonos gliceraldehído, una convención propuesta por Emil Fischer en 1891. (Fischer conocía Dg los grupos que rodean el átomo de carbono asimétrico del gliceraldehído pero tuvo que adivinar su configura- ción absoluta; su predicción fue correcta, tal como se confirmó posteriormente por análisis de difracción de (a) ¡-Alanina D-Alanina rayos X). Para todos los compuestos quirales, los este- reoisómeros que tienen una configuración relacionada con la del L-gliceraldehído se designan como L, y los coo” coo” 2 1 EA estereoisómeros relacionados con el b-gliceraldehído se H¿N=C=H H—C=ÑH, designan como D. Los grupos funcionales de la L-alanina 1 á CH, CH, se hacen comcidir con los del L-gliceraldehído alineando (b) ¿-Alanina o-Alanina aquellos que pueden interconvertirse mediante reaccio- nes químicas simples en un solo paso. Así, el grupo car- coo” esa boxilo de la L-alanina ocupa la misma posición respecto al carbono quiral que el grupo aldehído del 1-gliceralde- H¿N—C—H ] H—C—NHa hido, puesto que un aldehído puede convertirse fácil- Cha CH; mente (oxidarse) en un grupo carboxilo en un solo paso 10) ¡-Alanina p-Alanina mediante una oxidación. Históricamente, las denomina- FIGURA 3-3 Estereoisomería en los a-aminoácidos. (a) Los dos este- ciones L y D se utilizaron para levorrotatorio (que gira la reoisómeros de la alanina, la 1- y ta o- alanina, son imágenes especulares luz polarizada en el plano hacia la izquierda) y dextro- no superponibles entre sí (enantiómeros), (b, e) Dos convenciones dife- rrotatorio (que gira la luz hacia la derecha). Sin embar- rentes para mostrar ta configuración en el espacio de los estereoisóme- go, no todos los L-aminoácidos son levorrotatorios, por lo ros. En las fórmulas de perspectiva (b) los enlaces con forma de cuña que se hizo necesaria la convención que se muestra en la solida se proyectan fuera del plano del papel, los enlaces a trazos lo Figura 3-4 para evitar posibles ambigúedades sobre la hacen por detrás. En las fórmulas de proyección (c) se supone que los configuración absoluta. Según la convención de Fischer, enlaces horizontales se proyectan fuera del plano del papel y los enlaces L y D hacen referencia solamente a la configuración verticales hacia atrás. No obstante, las fórmulas de proyección se utili- absoluta de los cuatro sustituyentes alrededor del carbo- zan a menudo de modo no sistemático, sin pretender re ntar una quiral y no a las propiedades ópticas de la molécula. OP. configuración estereoquímica específica, (e (rd la para especificar la configuración alre- edor de un centro quiral es el sistema RS, que se letras griegas es ambiguo y se utiliza por ello la conven- utiliza en la nomenclatura sistemática de la química ción numérica. En aminoácidos con cadena lateral rami- orgánica y que describe con mayor precisión la configu- ficada, los carbonos equivalentes reciben números a ración de las moléculas con más de un centro quiral continuación de las letras griegas. La leucina tiene por (véase p. 19). tanto los carbonos di y (12 (véase la estructura en la Fig. 3-5). «€ Los residuos aminoácidos de las proteínas son Para especificar la configuración absoluta de los cuatro sustituyentes de los átomos de carbono asimétri- estereoisómeros L cos se ha desarrollado una nomenclatura especial. Las Casi todos los compuestos biológicos con un centro configuraciones absolutas de los azúcares sencillos y los quiral se presentan en la naturaleza en una sola de sus formas estereoisómeras, sea la D o la L. Los residuos aminoácidos de las proteínas son exclusivamente L-es- a 10 gHO terecisómeros. Solo se han encontrado p-aminoácidos HO=2C—=H CH en unos pocos péptidos, generalmente pequeños, que incluyen algunos péptidos de las paredes celulares bae- 3CH¿0H Ca¿0H terianas y algunos antibióticos peptídicos. £-Gliceraldehido p-Gliceraldehido Es un hecho notable que todos los aminoácidos de 00 c00 las proteínas sean L-estereoisómeros. Cuando se forman HN + Ll CH Y H=C—=NHj5 + compuestos quirales en reacciones químicas ordinarias, l el resultado es unu mezcla racémica de isómeros D y L, CH CH que son difíciles de distinguir y aislar por el químico. Sin L-Alanina o-Alanina embargo, para los sistemas vivientes, los isómeros D y L FIGURA 3-4 Relación estérica de los esterecisómeros de la alanina son tan diferentes como la mano derecha y la izquierda. con la configuración absoluta del l- y d-gliceraldehido. En estas fórmu- La formación de subestructuras estables y repetidas en las de perspectiva los carbonos están alineados verticalmente con el las proteínas (Capítulo 4) requiere en general que los átomo quiral en el centro. Los carbonos de estas moléculas están nume- aminoácidos que las constituyen sean de una misma rados empezando con los carbonos aldehído o carboxilo (en roja), de la serie estereoquímica. Las células son capaces de sinte- 3 y de arriba a abajo tal como se muestra. Cuando se presentan de esta tizar específicamente los isómeros L de los aminoácidos forma, el grupo R del aminoácido (en este caso el grupo metilo de la ala- gracias a que los centros activos de los enzimas son nina) está siempre debajo del carbono a Los t-aminodcidos son los que asimétricos, lo que implica que las reacciones que cata- tienen el grupo a-amino a la izquierda y los D-aminoácidos los que tie- lizan sean estereoespecíficas. nen el grupo a-amina a la derecha.  3.1 Aminoácidos 79 Grupos R alifáticos apolares Grupos R aromáticos coo” coo” coo” coo” coo” coo” coo | “| HH + + +] 4] HECHO HN EH 4 SS o HN=C—H HINZC=H HECHO HN CH Glicina Alanina Prolina Valina coo” coo” ¡00 m + H¿N—C—H H¿N—C—H H¿N—C—H o Le enilalanina Tirosina Triptófano Grupos R cargados positivamente coo” coo coo” Leucina Isoleucina. Metionina HN—C—H HN—C—H ee Grupos R polares sin carga cCO0o7 90 HANC=H O NCH E IA> Serina Treonina Cisteína Lisina Arginina Histidina coo” Grupos R cargados negativamente e H¿N—E—H coo” (90 L H¿N—ZC—H H¿N—C—H ¡ON Asparagina Glutarmina Aspartato Glutamato FIGURA 3-5 Los 20 aminoácidos estándar de las proteínas. Las fór- R de la histidina se muestra sin carga, su pK, (véase la Tabía 3-1) es tai mulas estructurales muestran el estado de ionización que predomina a que una fracción pequeña pero significativa de estos grupos está car- pH 7,0. Las partes no sombreadas son comunes para todos los arninoá- gada positivamente a pH 70. La forma protonada de la histidina se cidos; las partes sombreadas en rojo son los grupos R. Aunque el grupo muestra en la parte superior del gráfico de la Figura 3-12b. Los aminoácidos se pueden clasificar según su grupo R Grupos R apolares alifáticos Los grupos R de esta clase de El conocimiento de las propiedades químicas de los aminoácidos son apolares e hidrofóbicos. Las cadenas aminoácidos estándar es de vital importancia para la laterales de la alanina, valina, leucina e isoleucina, comprensión de la bioquímica. El tema se puede simpli- tienden a agruparse entre sí en las proteínas, estabilizando ficar agrupando los aminoácidos en cinco clases princi- las estructuras proteicas a través de interacciones hidrofó- pales basadas en las propiedades de sus grupos R (Tabla bicas. La glicina tiene la estructura más simple. Aunque 3-1), en especial su polaridad, o tendencia a interac- se agrupa formalmente entre los aminoácidos apolares, su cionar con el agua a pH biológico (cerca de pH 7,0). La muy pequeña cadena lateral no contribuye al efecto hidro- polaridad de los grupos R varía enormemente desde fóbico. La metionina, uno de los dos aminoácidos que totalmente apolar o hidrofóbico (insoluble en agua) a contienen azufre, tiene un grupo tioéter apolar en su cade- altamente polar o hidrofílico (soluble en agua). Algunos na lateral. La prolina tiene una cadena lateral alifática con aminoácidos son algo difíciles de caracterizar o no enca- una estructura cíclica distintiva. El grupo amino secunda- jan perfectamente en ningún grupo, en especial en los rio (imino) de los residuos de prolina tiene una conforma- casos de pglicina, histidina y cisteína. Su asignación a ción rígida que reduce la flexibilidad estructural de las uno u otro grupo es, más que absoluta, aproximada. regiones polipeptídicas que contienen este aminoácido. En la Figura 3-5 se muestran las estructuras de los 20 aminoácidos estándar, y algunas de sus propiedades Grupos R aromáticos La fenilalanina, la tirosina y el se muestran en la Tabla 3-1. Dentro de cada clase exis- triptófano, con sus cadenas laterales aromáticas, son ten gradaciones de polaridad, tamaño y forma de los relativamente apolares (hidrofóbicos). Todas ellas pue- grupos HR, den contribuir al efecto hidrofóbico. El grupo hidroxilo de la tirosina puede formar puentes de hidrógeno y constitu- 80 Aminoácidos, péptidos y proteínas RECUADRO 3-1 METODOS Absorción de la luz por las moléculas: Ley de Lambert-Beer Una gran variedad de biomoléculas absorben luz a el paso óptico de la muestra que absorbe la luz (en longitudes de onda características, de la misma forma centímetros). La ley de Lambert-Beer supone que la que el triptófano absorbe luz a 280 nm (véase la Fig. luz incidente es paralela y monocromática (de una 3-6). La medida de la absorción de la luz mediante un única longitud de onda) y que las moléculas de disol- espectrofotómetro se utiliza para detectar e identifi- vente y de soluto están orientadas al azar. La expre- car moléculas y para calcular su concentración en sión log(Q/f) se denomina absorbancia y se designa disolución. La fracción de la luz incidente absorbida porA. por una disolución a una longitud de onda determina- Es importante hacer notar que cada milímetro da está relacionada con el espesor de la capa absor- sucesivo de paso óptico de la solución absorbente en bente (paso óptico) y con la concentración de la una cubeta de 1,0 cm no absorbe una cantidad cons- especie absorbente (Fig.1). Estas dos relaciones se tante sino una fracción constante de la luz que incide | a combinan en la ley de Lambert-Beer, en él. No obstante, con una capa absorbente de cami- no óptico fijo, la absorbancia A es directamente | uE9 > proporcional a la concentración del soluto absor- bente. | en donde f, es la intensidad de la luz incidente, / es la El coeficiente de absorción molar varía con la | intensidad de la luz transmitida, el cociente WT, (el naturaleza del compuesto absorbente, el disolvente, la inverso del cociente en la fórmula) es la transmitan- longitud de onda, y también con el pH si la especie cia, e es el coeficiente de absorción molar (en unida- absorbente de luz está en equilibrio con un estado de des de litros por mol-centímetro), e es la concentra- ionización que tiene diferentes propiedades de absor- ción de la especie absorbente (en moles por litro) y ¿ bancia. intensidad Intensidad FIGURA 1 Componentes principales de un de la luz de la luz espectrofotómetro. Una fuente de luz emite incidente f, transmitida f en un amplio espectro A continuación, el monocromador selecciona y transmite luz de una longitud de onda determinada. la luz monocromada pasa a través de la muestra Lámpara Monocromador situada en una cubeta de paso óptico | y la Cubeta de muestra absorbancia de la muestra log U,/D es pro- con c moles/ litro porcional a la concentración de la especie de la especie absorbente. la luz transmitida se mide absorbente mediante un detector. ye un grupo funcional importante en algunos enzimas, La los aminoácidos apolares, debido a que contienen grupos tirosina y el triptófano son significativamente más polares funcionales que forman puentes de hidrógeno con el que la fenilalanina debido al grupo hidroxilo de la tirosina agua. En esta clase de aminoácidos se incluyen la seri- y al nitrógeno del anillo indólico del triptófano. na, treonina, cisteína, asparagina y glutamina, La El triptófano y la tirosina, y en mucho menor grado polaridad de la serina y treonina proviene de sus grupos la fenilalanina, absorben la luz ultravioleta (Fig. 3-6; hidroxilo y la de la asparagina y glutamina de sus grupos véase también el Recuadro 3-1). Esto explica la fuerte absorbancia de la luz característica de la mayoría de las proteínas a una longitud de onda de 280 nm, propiedad Triptófano aprovechada por los investigadores en la caracteriza- ción de las proteínas. GruposR polares sin carga Los grupos R de estos aminoá- cidos son más solubles en agua, o hidrofílicos, que los de Absorbancia 7) FIGURA 3-6 Absorbancia de la luz ultravioleta por los aminoácidos aromáticos. Comparación de los espectros de absorción de luz de los aminoácidos aromáticos triptófano, tirosina y fenilalanina a pH 6,0. Los Tirosina aminoácidos están presentes en cantidades equimolares (107 mM) en condiciones idénticas. La absorción de la luz por el triptófano es cuatro veces mayor que la de la tirosina a una longitud de onda de 280 nm. Obsérvese que el máximo de absorbancia tanto para el triptófano como Fenilalanina para la tirosina está cercano a una longitud de onda de 280 nm. La 0 j rd a] L_ | absorción de luz por la fenilalanina, generalmente contribuye poco a las 230 240 250 260 270 280 290 300 310 propiedades espectroscópicas de las proteínas. Longitud de onda (nm)  3.1 Aminoácidos 81 coo coo” de la miosina, una proteína contráctil del músculo. Otro aminoácido no estándar importante es el --carboxiglu- H¿N—CH H¿N—CH tamato que se encuentra en la proteína protrombina Cisteína que interviene en la coagulación de la sangre, así como Hz 2H* + 207 mb en ciertas otras proteínas que unen Ca?** como parte de Cistina su función biológica. Más compleja es la desmosina, 2H7 + 207 que es un derivado de cuatro residuos diferentes de Lys Cisteína CH + CH , y que se encuentra en la proteína fibrosa elastina. CH—NHz CH—NH; La selenocisteína y la pirrolisina son dos casos especiales. Estos residuos raros no son el resultado de CCOO” coo una modificación postsintética, sino que son introduci- FIGURA 3-7 Formación reversible de un puente disulfuro por oxida- dos durante la síntesis de proteínas gracias a una adap- ción de dos moléculas de cisteína. Los puentes disulfuro entre residuos tación poco frecuente del código genético descrito en el de Cys estabilizan la estructura de muchas proteínas. Capítulo 27. La selenocisteína contiene selenio en lugar del azufre de la cisteína. La selenocisteína, que de hecho amido. La cisteína es un caso especial porque su polari- proviene de la serina, se encuentra en sólo unas pocas dad, aportada por el grupo sulfihidrilo, es muy discreta. proteínas conocidas. La pirrolisina se encuentra en un La cisteína es un ácido débil y puede establecer enlaces limitado número de proteínas de varias arqueas metano- de hidrógeno débiles con el oxígeno o el nitrógeno. génicas (productoras de metano) y en una bacteria; La asparagina y la glutamina son las amidas de otros desempeña su función en la biosíntesis de metano. dos aminoácidos que también se encuentran er las pro- Algunos de los residuos aminoácidos de una proteí- teínas, aspartato y glutamato, respectivamente, a los na pueden ser modificados de forma transitoria para” que se hidrolizan fácilmente por ácido o base. La cisteí- alterar la función de la proteína. La adición de grupos na se oxida fácilmente formando un.aminoácido diméri- fosforilo, metilo, acetilo, adenililo, ADP-ribosilo u otros co unido covalentemente llamado cistina, en el que dos a aminoácidos específicos puede aumentar o disminuir moléculas o residuos de cisteína están unidos a través la actividad de la proteína (Fig. 3-8b). La fosforilación de un enlace disulfuro (Fig. 3-7). Los residuos unidos es una modificación reguladora muy común, La estrate- por un enlace disulfuro son fuertemente hidrofóbicos gia reguladora consistente en la modificación covalente (apolares). Los enlaces disulfuro desempeñan un papel de proteínas se discute con más detalle en el Capítulo 6. especial en la estructura de muchas proteínas al formar Se han encontrado alrededor de otros 300 aminoáci- uniones covalentes entre partes de moléc dos en las células. Tienen funciones diversas pero no for- proteína o entre dos cadenas protei ¡ie AS a inf pre de proteínas. La ornitina y la citrulina (Fig. 3-80) merecen mención especial porque son intermedia- Grupos R cargados positivamente (básicos) Los grupos R rios clave (metabolitos) en la biosíntesis de la arginina más hidrofílicos son aquellos que están cargados positi- (Capítulo 22) y en el ciclo de la urea (Capítulo 18). va o negativamente. Los aminoácidos en los que los grupos R tienen una carga neta positiva a pH 7,0 son la Los aminoácidos pueden actuar como ácidos y como bases lisina, que tiene un grupo amino primario adicional en Los grupos amino y carboxilo de los aminoácidos, junto la posición e de su cadena alifática; la arginina, que con los grupos R ionizables de algunos aminoácidos, tiene un grupo guanidinio cargado positivamente; y la actúan como ácidos y bases débiles. Cuando un aminoá- histidina que contiene un grupo imidazol aromático. Al ser el úrico aminoácido común que posee una cadena cido sin grupo R ionizable se disuelve en agua a pH neutro, se encuentra en solución en forma de ion dipo- lateral ionizable con un pX, próximo a la neutralidad, la lar, o zwitterion (en alemán “ion híbrido”), que puede histidina tanto puede estar cargada positivamente actuar como ácido o como base (Fig. 3-9). Las sustan- (forma protonada) como no tener carga a pH 7,0. Los cias con esta naturaleza dual son anfóteras y, a menu- residuos de His facilitan muchas reacciones calalizadas do, se denominan anfolitos, (de “electrolitos anfóte- por enzimas al servir de dadores/aceptores de protones. ros”). Un c-aminoácido sencillo monoamínico y mono- Grupos R cargados negativamente (ácidos) Los dos ami- carboxílico, tal como la alanina, es un ácido diprótico noácidos que tienen grupos R con una carga neta nega- cuando está totalmente protonado; tiene dos grupos, el tiva a pH 7,0 son el aspartato y el glutamato, cada uno grupo —COO0H y el grupo —NH;y, que se pueden liberar de los cuales tiene un segundo grupo carboxilo, protones: Los aminoácidos no estándar tienen también importantes funciones Lo R=C—co0H =L r=e—coo" —L—- R=c—c00" Además de los 20 aminoácidos estándar, las proteínas Carga + Na + NH, NH, pueden contener residuos creados por modificación de neta: +1 - D =1 los residuos estándar ya incorporados a un polipéptido (Fig. 3-8a). Entre los aminoácidos no estándar están la Los aminoácidos tienen curvas de titulación características 4-hidroxiprolina, que es un derivado de la prolina y la 5-hidroxilisina, derivada de la lisina. La primera se La titulación ácido-base implica la adición o eliminación encuentra en la pared celular de plantas y ambas se gradual de protones (Capítulo 2). La Figura 3-10 encuentran en el colágeno, una proteína fibrosa del teji- muestra la curva de titulación de la forma diprótica de do conjuntivo, La 6-N-metil-lisina es un constituyente la glicina. Los dos grupos ionizables de la glicina, el 82 Aminoácidos, péptidos y proteínas 0H 0 O—P—O—CH,—CH—L007 N o e, H Fosfoserina d4-Hidroxiprolina o CH5 HoÑ—CH2—EH—CH;—CH>—CM=CO0” (0) becado ] OH *NHz o NA, 5-Hidroxilisina Fosfotreonina CHy—NH—CH)—CH,—CH¿—CH,—EH—COO7 “NH 6-N-metil-lisina Fosfotirosina HN rl e —NH— CH) —CH3—EH7—CH—COO— TO0 C— CH— CH) —EH—COO7 de *NHz FNH> CH -—-Carboxiglutamato w-MN-Metilarginina HN—CHa—CHy—CHa—CH—CH—COO” Cc=0 “NhH3 ms 6-N-Acetil-lisina 0 HOC, CH, GH—c0O” NH; ATION Glutamato y-metil éster Desmosina HSe—CH,—CH—COO7 O +NH Selenocisteina A, cd PO l (b) Adenililtirosina O PNH, CH, + (a) Pirrolisina Mae OM Ei ac09” ao NH Ornitina FIGURA 3-8 Aminoácidos no estándar. (a) Algunos aminoácidos no estándar encontrados en proteinas. La mayoría provienen de HN —G—N—CHy— CH CHa—CH—€00" aminoácidos estándar. (Obsérvese el uso alternativo de números o +*NHa de letras griegas en los nombres de estas estructuras para identifi- (o) Citrutina car los átomos de carbono alterados.) Los grupos funcionales extra añadidos a través de reacciones de modificación se muestran en roja. La desmosina se forma a partir de cuatro residuos de Lys, (los grupo carboxílico y el grupo amino, se titulan con una cuatro esqueletos carbonados están sombreados en rojo pálido), La base fuerte como el NaOH. La gráfica tiene dos etapas selenocisteína y la pirrolisina son excepciones: estos dos aminoáci- distintas, que corresponden a la desprotonación de dos dos se añaden durante la síntesis proteica normal mediante una grupos diferentes de la glicina. Cada una de las etapas expansión altamente especializada del código genético estándar se asemeja en su forma a la curva de titulación de un descrita en el Capítulo 27 Ambos se encuentran en un número muy ácido monoprótico tal como el ácido acético (véase la pequeño de proteínas, (b) Modificaciones reversibles de aminoáci- Fig. 2-17), y puede analizarse de la misma manera. A pH dos implicadas en la regulación de la actividad de proteínas, La fos- muy bajo, la especie iónica predominante de la glicina torilación es la modificación covalente reguladora más frecuente. (c) es *H,N—CH,—CO0H, la forma totalmente protonada. Ormitina y citrutina, que no se encuentran en proteínas, son interme- En la primera etapa de la titulación, el grupo —COOH diarios en la biosíntesis de arginina y en el ciclo de la urea. de la glicina pierde su protón. En el punto medio de esta epata existen concentraciones equimolares del dador de protones (*H,N-—CH,—C00H) y del aceptor de protones (“H,N-—CHA,—C005. Como ocurre en la  3,1 Aminoácidos 83 AE pa j + NH, CH) ms pk, + NE, GH | pt pk, NH) | GHz NH, "Nh CODA coo” coo” Forma no iónica Forma zwitteriónica 13 - Glicina '| AS == je 1 as +H?* "NH, Ñ El zwitterion como ácido y 1] 7+ 1 - 1 1 ' not pl=5,97 | - R=E=C007 +H?* == sí ica I +NHa NH | F pK, = 2,34 ' 7 El zwitterion como base L E , | de 1 [ ] Z FIGURA 3-9 Formas no ¡iónica y zwitteriónica de los aminoácidos, La ; | forrnma no iónica no se encuentra en cantidades significativas en disolu- 1 1] = J 4 ciones acuosas. El zwitterion predomina a pH neutro, Un zwitterion 0 ——1 Ñ puede actuar como ácido (dador de protones) o como base (aceptor de 0 0,5 1 1,5 2 protones). OH” (equivalentes) FIGURA 3-10 Titulación de un aminoácido. 5e muestra aquí la curva titulación de cualquier ácido débil, en este punto medio de titutación de glicina 0/1 m a 25"C. La especie iónica predominante en se alcanza un punto de inflexión en que el pH es igual al puntos clave de la titulación se muestran encima de la gráfica. Los pK, del grupo protonado que se está titulando (véase la recuadros sombreados, centrados alrededor de pX = 2,34 y pK, = 9,60 Fig. 2-18). Para la glicina, el pH en el punto medio es indican las regiones de máximo poder tamponante. Observe que 1 equi- 2,34 y por lo tanto su grupo —CO0H tiene un pX, (rotu- valente de OH = 0,1 m NaOH añadido. lado como pK, en la Fig. 3-10) de 2,34. (Recuérdese del Capítulo 2 que pH y pK, son simple e notaci positivamente del átomo de carbono a, un útiles de la concentración de protones (An (Nbcrronegativo que tiende a atraer electrones de equilibrio de ionización, respectivamente. El pX; como se describe en la Figura 3-11. Las cargas opues- una medida de la tendencia de un grupo a ceder un tas en el zwitterion resultante tienen un efecto estabili- protón, tendencia que disminuye en un factor de 10 zante. De modo similar, el pK, del grupo amino de la cada vez que el pK, se incrementa en una unidad). A glicina es menor que el pX, medio de un grupo amino. medida que avanza la titulación de la glicina se alcanza Este efecto es debido en parte a los átomos de oxígeno otro punto importante a pH 5,97. Aquí hay otro punto electronegativos del grupo carboxilo, que tienden a de inflexión en el que la eliminación del primer protón atraer electrones hacia ellos, aumentando así la tenden- es prácticamente completa mientras que tan sólo se ha cia del grupo amino a ceder un protón. Por tanto, el iniciado la eliminación del segundo. Á este pH la glicina grupo a-amino tiene um pX, menor que el de una amina se encuentra mayoritariamente en forma del jon dipolar alifática como la metilamina (Fig. 3-11). En resumen, el (zwitterion) *H,N—CH,-—CO0, Pronto volveremos pK, de cualquier grup