Bloque II: Estructura y Función de Proteínas PDF

BLOQUE II. ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE PROTEÍNAS Prof. Vanesa Jiménez Ortega 3.- Aminoácidos: estructura, clasificación y propiedades. 4.-Proteínas: niveles estructurales, clasificación y propiedades. 5.-Proteínas tansportadoras de oxígeno: mioglobina y hemoglobina. 6.- Proteínas plas...

BLOQUE II. ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE PROTEÍNAS Prof. Vanesa Jiménez Ortega 3.- Aminoácidos: estructura, clasificación y propiedades. 4.-Proteínas: niveles estructurales, clasificación y propiedades. 5.-Proteínas tansportadoras de oxígeno: mioglobina y hemoglobina. 6.- Proteínas plasmáticas: proteinograma, principales proteínas. 7.- Proteínas de la matriz extracelular: elastina, colágeno. 3. AMINOÁCIDOS: ESTRUCTURA, CLASIFICACIÓN Y PROPIEDADES Prof. Vanesa Jiménez Ortega 3- Aminoácidos Estructura general Clasificación: esencial, cadena lateral, polaridad Propiedades ácido-base Isomería Los aminoácidos son los monómeros que, unidos uno tras otro, conforman polímeros lineales llamados proteínas. AMINOÁCIDOS Unidad estructural de las proteínas Ácidos orgánicos con un grupo amino en posición alfa Resultado de la hidrólisis total de las proteínas PROTEICOS: Conforman proteínas 20 Fundamentales+ sus derivados Posibles clasificaciones: ▪ Esenciales/no esenciales AMINOÁCIDOS ▪ Cadena lateral ▪ Polaridad NO PROTEICOS: No forman parte de proteínas AMINOÁCIDOS PROTEICOS FORMAN PARTE DE PROTEÍNAS  20 aminoácidos distintos forman parte de las proteínas. Se designan por una abreviatura de tres (o una) letra, que corresponde con las primeras letras de sus nombres ingleses, excepto los indicados (*). * * * *  ESTRUCTURA ESTRUCTURA GENERAL Son ácidos orgánicos con un grupo amino en posición alfa. Un -aminoácido consta de un átomo de carbono central denominado carbono  unido a: un grupo amino Un grupo carboxilo Un átomo de hidrógeno Una cadena lateral, denominada grupo R. Cada tipo de aminoácido posee un grupo R distinto. Los aminoácidos presentan un grupo amino con carácter básico (aceptor de protones) y un grupo carboxílico con carácter ácido (dador de protones). Este tipo de sustancias que pueden actuar como ácidos o bases se conocen como sustancias anfóteras o anfolitos.  ANFOLITO ZWITTERION SUSTANCIA ANFÓTERA Anfolito cuando su carga promedio es 0 y, por lo tanto, no se desplaza en un campo eléctrico NH2 Grupo amino-carácter básico -amino pka-10 NH3+ pH =7 R C COOH -carboxilo R C COO- pka-2 H Grupo carboxilo-carácter ácido H C-carbono contiguo al grupo carboxilo y amino Esqueleto carbonado o cadena lateral característico de cada aminoácido Continúa la numeración de los átomos de carbono *Prolina: excepción en su estructura, con un anillo pirrólico  CLASIFICACIÓN ❖ Los aminoácidos que no podemos sintetizar o no en cantidades suficientes se denominan esenciales. Histidina: esencial en la dieta en pequeñas cantidades. No la sintetizamos, pero la reciclamos. Mayor requerimiento en embarazadas y niños. La tirosina, la glutamina, la arginina o la cisteína, entre otros, llegan a ser esenciales en períodos de enfermedad o situaciones de estrés psicológico o físico (competición, entrenamiento), donde aumentan drásticamente las necesidades del organismo, sobrepasando su capacidad de síntesis. Semiesenciales o condicionalmente esenciales Es beneficioso para el organismo un aporte proteico en la dieta que proporcione cantidades adecuadas tanto de aminoácidos esenciales como no esenciales para no limitar las posibilidades de interconversión y para satisfacer las necesidades de nitrógeno total. Ronner P, Netter FH. Netter bioquímica esencial. Elsevier. 2020.  CLASIFICACIÓN EN BASE A LA NATURALEZA DE LA CADENA LATERAL Las cadenas laterales, o grupos R de los aminoácidos difieren en su estructura, tamaño y carga eléctrica, y determinan sus propiedades fisicoquímicas, como su solubilidad y su comportamiento en la cadena polipeptídica ALIFÁTICOS DIBÁSICOS: AROMÁTICOS Cadena lateral hidrocarbonada. Grupos básicos: un grupo amino La cadena lateral es un grupo Hidrofóbicos (K), un grupo guanidino (R) o un aromático Localización interior proteínas grupo imidazol (H). Tyr, PheE, TrpE, LysE, ArgE, HisE Gly, Ala, ValE, LeuE, IleE HIDROXIAMINOÁCIDOS Contienen un grupo alcohol DICARBOXÍLICOS Y SUS IMINOAMINOÁCIDO: Tienen el Ser, ThrE grupo α-amino sustituido por la AMIDAS propia cadena lateral, formando un TIOAMINOÁCIDOS: Asp, Glu, Asn, Gln anillo pirrolidínico contienen azufre Pro Cys, MetE  AMINOÁCIDOS ALIFÁTICOS  Su característica fundamental es la hidrofobicidad de la cadena lateral (con excepción de Gly).  Suelen ocupar el interior de las proteínas globulares, donde contribuyen a la estructura global de la proteína debido al efecto hidrofóbico.  Reactividad química muy escasa.  Glicina tiene un destacado papel estructural: suele ser invariante en series filogenéticas. E E E  AMINOÁCIDOS AROMÁTICOS  Phe y Trp son hidrofóbicos. La Tyr contienen un grupo hidroxilo, que es reactivo y le hace menos hidrofóbico que la Phe. La presencia de sistemas aromáticos hace que absorban luz UV en torno a 280 nm; la absorción UV de las proteínas se debe a su contenido en estos aminoácidos, que suele ser constante. E E Anillo de benceno Fenol Indol  HIDROXIAMINOÁCIDOS El grupo -OH de la serina es fundamental en el centro activo de muchas enzimas (serin proteinasas). Forman enlaces glicosídicos con oligosacáridos en ciertas glicoproteínas. El grupo -OH tanto de Ser como de Thr es susceptible de fosforilación: importante modificación postraduccional que regula E la actividad de muchas proteínas. TIOAMINOÁCIDOS Importante papel estructural de la cisteína por la posibilidad de formar enlaces disulfuro con otro residuo de cisteína (cistina). La cisteína participa en el centro activo de muchas enzimas. La metionina es el AA iniciador de la síntesis de proteínas (codon AUG). E  AMINOÁCIDOS DICARBOXÍLICOS Y SUS AMIDAS Todos ellos son importantísimos intermediarios en el metabolismo nitrogenado, sobre todo Glu y Gln. Forman parte del centro activo de las glicosidasas y de las serin enzimas (tríada SHD: serina, histidina y aspartato). Proveen a la proteína de superficies aniónicas que sirven para fijar cationes (p.e., Ca++) IMINO AMINOÁCIDOS Importante papel estructural: su presencia dificulta la formación de estructura secundaria. Se sitúa con frecuencia en los codos de las cadenas proteicas dobladas. Suele ser invariante en series filogenéticas. El anillo se puede hidroxilar postraduccionalmente, dando 4-hidroxiprolina, que es necesario para estabilizar al colágeno.  AMINOÁCIDOS DIBÁSICOS  Lisina es el aminoácido que une determinadas coenzimas a la estructura de la proteína.  Arginina es un importante intermediario en el ciclo de la urea.  Histidina forma parte del centro activo de muchas enzimas y contribuye al tamponamiento de los medios biológicos por tener un pK cercano al pH intracelular. E Grupo guanidino Anillo de imidazol  CLASIFICACIÓN EN BASE A LA POLARIDAD DE LA CADENA LATERAL En disolución acuosa y pH próximo a 7, los aminoácidos no polares tienden a ocupar entornos hidrofóbicos (interior) y los polares entornos hidrofílicos (exterior). Clasificación de mayor interés AA no polares Entornos hidrofóbicos Aminoácidos apolares o hidrofóbicos: Gly, Ala, Val, Leu, Ile, Phe, Trp, Met, Pro Uniones hidrofóbicas AA polares Entornos hidrofílicos Aminoácidos polares sin carga eléctrica: Tyr, Ser, Thr, Cys, Asn, Gln Puentes de hidrógeno Aminoácidos polares con carga eléctrica: - Aniónicos (-): Glu, Asp; Catiónicos (+): Lys, His, Arg Uniones electrostáticas H2N+ PROPIEDADES ÁCIDO-BASE Todos los aminoácidos presentan al menos dos grupos ionizables (alfa carboxilo y alfa amino) y muchos de ellos pueden estar en su forma de zwitterión. El zwitterión es un compuesto químico que es eléctricamente neutro pero que tiene cargas formales positivas y negativas sobre átomos diferentes. El valor de pKa puede variar dependiendo de las características de los grupos funcionales que rodean en la molécula.  PROPIEDADES: ÁCIDO/BASE Los aminoácidos son anfóteros: Comportamiento ácido: -carboxilo (pk1: 1,8-2,4) Comportamiento básico: a-amino (pk2:9-10,8) Hay siete aminoácidos con grupos disociables en la cadena lateral. La histidina tiene un valor de pka cercano al pH fisiológico, pudiendo actuar como tampón Marks´Basic Medical Biochemical. A clinical Aproched. 2nd Edition. Collen Smith  PROPIEDADES: ÁCIDO/BASE En función del pH del medio el aminoácido predomina en su forma: Forma catiónica Forma zwitterión Forma aniónica El pI es la media de los dos valores de pK que flanquean al zwiterión Forma zwiterión: anfolito cuando su carga promedio es 0 y, por lo tanto, no se desplaza en un campo eléctrico. Al pH en el que esto ocurre se le llama punto isoeléctrico (pI). Stryer y cols. Bioquímica. Curso básico. Ed. Reverté. 2014  Curva de titulación del aminoácido GLICINA La molécula cambia su estado de ionización, lo que implica un cambio en su carga neta. Se destacan en sombreado las dos zonas con poder tamponante. El pI es la media de los dos valores de pK que flanquean al zwiterión 2,34 +9,6 pI = = 5,97 2 Al pH sanguíneo en torno a 7,4 las proteínas cuya cadena lateral no se disocia, predominan como aniones, comportándose como ácidos débiles. pI > pH pH= pI pI < pH Carga neta positiva Carga cero Carga neta negativa Feduchi y cols. (2021). Bioquímica : conceptos esenciales (3ª edición). Editorial Médica Panamericana.  Curva de titulación del aminoácido GLUTAMATO En el Glu se pasa gradualmente de la forma totalmente protonada con carga positiva a la forma totalmente desprotonada con carga - 2 Tanto el ácido glutámico como el aspártico se encuentran ionizados a pH fisiológico (una carga negativa), de ahí que se 2,19 +4,25 pI = = 3,22 denominen glutamato y aspartato (la base conjugada) 2 respectivamente. Curva de titulación del aminoácido LISINA En la Lys se parte de la forma con carga neta +2 a la forma con carga - 1. A pH fisiológico, la arginina 9 +12,5 pI = = 10,75 tendrá una carga positiva 2 Feduchi y cols. (2021). Bioquímica : conceptos esenciales (3ª edición). Editorial Médica Panamericana. A modo de conclusión: - La curva de titulación permite predecir la carga eléctrica de los aminoácidos, en función de su punto isoeléctrico. - Todos los aminoácidos con cadena lateral no ionizable, tienen curvas de titulación parecidas a la de la glicina, con valores de pK para los grupos -amino y -carboxilo muy similares (no idénticos porque cada grupo R aporta un entorno químico distinto). - Todos los aminoácidos con cadena lateral ionizable tienen curvas de titulación con tres etapas correspondientes a los tres pasos de ionización posibles (3 valores de pK). pH< pI pH= pI pH> pI Carga neta positiva Carga cero Carga neta negativa  PROPIEDADES: ISOMERÍA Repaso conceptos generales Epímeros Mª Teresa Rodríguez Rodríguez ([email protected]) https://infografiasquimicaorganica.wordpress.com  Cuando un carbono tiene cuatro sustituyentes distintos se le denomina Carbono Quiral, Asimétrico, Centro de Quiralidad o Estereocentro. Cada carbono asimétrico origina dos posibles reordenamientos espaciales distintos llamados ESTEREOISÓMEROS (misma fórmula química, pero diferente posición de los grupos). Si los esteroisómeros son imagen especular= ENANTIÓMEROS Si los esteroisómeros NO son imagen especular= DIASTEROISÓMEROS  PROPIEDADES: ISOMERÍA Carbono Quiral, Asimétrico, Centro de Quiralidad o Estereocentro: átomo de carbono con cuatro sustituyentes distintos unidos a él, formando una molécula asimétrica. Cada carbono asimétrico origina dos posibles reordenamientos espaciales distintos llamados Estereoisómeros (misma fórmula química, pero diferente posición de los grupos). Todos los aminoácidos tienen un carbono asimétrico, excepto la Gly. Las interacciones entre las moléculas son estereoespecíficas: requieren una esteroquímica específica para su interacción. Cuando los dos esteroisómeros son imágenes especulares no superponibles se les denomina Enantiómeros y se identifica su orientación con las siglas D- (Dextrogiro) o L- (Levógiro). Los símbolos L o D de los aminoácidos no se refieren a la dirección de rotación de la luz polarizada al incidir en la molécula, sino a su configuración absoluta por su relación estructural con los dos estereoisómeros del gliceraldehído. Gliceraldehído= patrón de referencia. Desviación de la luz polarizada De manera natural un compuesto con un centro quiral aparece en una de sus formas esteroisoméricas. La mezcla de las dos Structural formula in perspective form: a solid wedge (!) represents dos formas sería una mezcla racémica. a bond in which the atom at the wide end projects out of the plane of the paper, toward the reader; a dashed wedge (^) represents a Los aminoácidos proteicos son de la serie L. Existen en la bond extending behind the plane of the paper. naturaleza aminoácidos D, fundamentalmente en las bacterias.  Estereoquímica e industria farmacéutica: muchos fármacos se sintetizan químicamente como mezclas racémicas, aunque sólo un enantiómero tiene actividad biológica. En la mayoría de los casos el enantiómero opuesto es biológicamente inerte. Por ejemplo, el ibuprofeno. Sin embargo, ciertos enantiómeros inactivos de un fármaco útil pueden producir efectos dañinos. Este es el caso de la talidomida, sedante débil para evitar las náuseas, cuyo enantiómero inactivo causa malformaciones en los fetos. Se recetó ampliamente en la década de los sesenta.  Cuando un compuesto posee dos o más centros quirales, tiene 2n estereoisómeros posibles, donde n es el número de centros quirales. Por ejemplo, la treonina y la isoleucina, que tienen dos centros quirales, tienen cuatro estereoisómeros; sin embargo, en las moléculas de proteínas naturales sólo aparece uno de los cuatro isómeros posibles, la L-treonina. LOS AMINOÁCIDOS PROTEICOS SON DE LA SERIE L. Bioquímica básica. Disponible en: ClinicalKey Student, Elsevier Limited (UK), 2014. DERIVADOS DE AMINOÁCIDOS MODIFICACIONES POSTRADUCCIONALES  HIDROXILACIÓN Por ejemplo, hidroxi-Prolina e hidroxi-Lisina, presentes en el colágeno y para cuya hidroxilación se requiere vitamina C en el centro activo del enzima. Sin ella, no se estabiliza la fibra del colágeno y se desarrolla escorbuto. CARBOXILACIÓN Por ejemplo, carboxilación en el carbono  del glutamato de la protrombrina (entre otros), mediada por vitamina K. Un defecto en la carboxilación de este aminoácido puede desencadenar un síndrome hemorrágico. ADICIÓN DE PUENTES DISULFURO De gran importancia en la estructura 3D de las proteínas. ADICIÓN DE YODO La Tirosina es precursora de las hormonas tiroideas Tiroxina (T4) (se sintetiza exclusivamente en la glándula tiroides) y Triyodotironina (T3), que es la forma biológicamente más activa de la hormona tiroidea. FOSFORILACIÓN La adición de este grupo puede aumentar o disminuir la actividad de la proteína. Es una modificación reguladora muy común, junto con otros grupos como Fosfoserina metilo, acetilo, adenilo, etc.. Tiene lugar fundamentalmente sobre los grupos hidroxilo de Ser, Thr y Tyr. Fosfoserina GLICOSILACIÓN La mayoría de las proteínas (p.ej. Anticuerpos) llevan azúcares anclados a ciertos aminoácidos, lo que hace a las proteínas más hidrofílicas. La incorporación se da: En el grupo hidroxilo de Ser o Thr: En el grupo amino de la Asn: O-glicosilación N-glicosilación  Derivados de aminoácidos Putrescina ARGININA Espermidina HISTIDINA Histamina Espermina ÁCIDO ASPÁRTICO Pirimidinas SERINA Esfingosina Adrenalina Noradrenalina Dopamina Tiroxina ÁCIDO GLUTÁMICO Glutation TIROSINA Melanina Morfina Codeína Anfetaminas Purinas Ácido nicotínico Glutation Serotonina GLICINA TRIPTÓFANO Creatina Melatonina Sales biliares Ácido indolacético Putrescina, como cadaverina se forman por la descomposición de los AA tanto en organismos vivos como muertos. En pequeñas cantidades, pueden actuar como factores de crecimiento. Tanto la putrescina, espermidina, cadaverina o espermina son poliaminas que parecen intervenir en la división celular AMINOÁCIDOS NO PROTEICOS NO CONFORMAN PROTEÍNAS -AMINOÁCIDOS NO PROTEICOS: Intermediarios en el ciclo de la urea Ornitina Citrulina Intermediarios en la síntesis de Arginina Homoserina Homocisteina Intervienen en la ruta de degradación de la metionina NO - AMINOÁCIDOS -alanina Ácido -amino-isobutírico Presente en la coenzima A Producto de degradación del metabolismo de Precursor de ácido pantoténico (vit.B5) bases pirimidínicas Producto de degradación de las bases de pirimidínicas GABA Taurina Ácido gamma amino butírico Neurotransmisor Sales biliares 2014-Lippincott's Illustrated Reviews Biochemistry, 6E.pdf