AMINO ÁCIDOS PÉPTIDOS Y PROTEÍNAS

AMINO ÁCIDOS
PÉPTIDOS
Y
PROTEÍNAS
COO
+

H3N C H
R
-2-
AMINO ÁCIDOS, PÉPTIDOS Y PROTEÍNAS
1.-DEFINICIONES
Los amino ácidos, como su nombre lo indica, son compuestos bifuncionales. Contienen un
grupo amino (básico) y un grupo carboxilo (ácido). Los amino ácidos más importantes tienen
el grupo amino en la posición 2 de la cadena principal, el cual se le conoce como el carbono
alfa, por consiguiente son -amino ácidos.
NH2

O
2
R
H
OH
N
1
H
OH
O
L-Prolina
Un -amino ácido primario
Un -amino ácido secundario
Los -amino ácidos juegan un papel muy importante en la estructura y funcionamiento de
los seres vivos. Se unen para formar estructuras poliméricas llamadas polipéptidos, cuando
el polímero es de menos de 50 amino ácidos, y proteínas, cuando el número de éstos en la
cadena es mayor.
CH3
CH3 O
H3C
OH
NH2
Valina
+
CH3 O
O
H2N
OH
Alanina
Un enlace amida
o peptídico
CH3
H3C
N
NH2 H
Un dipéptido
O
OH
-3R1
N
H
O
H
N
O
R2
R3
N
H
O
H
N
O
R5
N
H
R4
O
n
Un polipéptido (muchos enlaces amida)
2.-ESTRUCTURA DE LOS AMINO ÁCIDOS
Como los amino ácidos contienen un grupo ácido y un grupo básico, experimentan una
reacción ácido-base intramolecular, por lo que se encuentran principalmente en la forma de
un ión dipolar, o Zwitterion (del alemán zwitter, híbrido):
O
O
H3C
H3C
OH
O
H
NH2
H
Alanina sin carga
-
+
H NH2
Zwitterion
Los iones dipolares (zwitterions) de los amino ácidos son sales internas y por ello tienen
muchas de las propiedades físicas asociadas con las sales. Poseen un momento dipolar
grande, son solubles en agua e insolubles en hidrocarburos, y son sustancias cristalinas con
puntos de fusión altos. Además, los amino ácidos son Anfóteros: pueden reaccionar como
ácidos o como bases, dependiendo de las circunstancias.
O
En solución ácida
O
R
H
O
+
-
+
H3O
+
R
OH
NH3
R
H
+
H2O
O
O
+
NH3
H2O
NH3
H
O
En solución básica
+
+
+
OH
R
H
O
NH2
-43.-ACIDEZ, BASICIDAD Y pKa
3.1.-Ácidos y Bases de Brøsnted-Lowry
Ácido: cede protones y forma la base conjugada
Base: recibe protones y forma el ácido conjugado
H- A
+
Ácido
H2O
H3O
Base
+
+
Ácido
conjugado
A
Base
conjugada
3.2.-Constante de acidez y pKa
Cuando un ácido, como el ácido acético, se disuelve en agua se lleva a cabo una reacción
ácido-base hasta llegar a un equilibrio que se representa, de acuerdo a la ley de acción de
masas, como:
CH3COO- H
Ácido
+
H2O
Base
Keq.
+
H3O
+
Ácido
conjugado
CH3COO Base
conjugada
En donde Keq. es la constante de equilibrio, la cual se determina precisamente cuando se
establece el equilibrio y está dada por la siguiente ecuación:
Keq. =
[CH3COO -] [H3O+]
[CH3COO H] [H2O]
[CH3COO-] = es la concentración molar de CH3COO-] en el equilibrio.
[H3O+] = es la concentración molar de [H3O+] en el equilibrio.
[CH3COOH] = es la concentración molar de CH3COOH en el equilibrio.
Para fines prácticos, la concentración molar del agua se considera constante e igual a 55.6
M a 25 C.
Si se multiplica la Keq. por otra constante, la concentración del agua en el equilibrio, se
obtiene una nueva constante (Ka) llamada constante de acidez, ionización o disociación en
agua:
-5-
Keq.[H2O] = Ka =
Para el caso de una base protonada:
+
RNH2H + H2O
Keq. =
Por consiguiente
[CH3COO -] [H3O+]
[CH3COO H]
Keq.
[H3O]
= 1.75 x 10-5
+
H3O +
RNH2
+
[RNH2]
[H2O] [RNH3] +
Keq. [H2O] = Ka =
+
[H3O] [RNH2]
[RNH3] +
= 1 x 10
-10
Con el propósito de manejar números enteros y comparar la acidez de las sustancias más
fácilmente, se toma el logaritmo negativo de la Ka y se obtiene la constante pKa:
-log Ka = pKa
Para el ácido acético:
pKa = -log (1.75 x 10-5) = 5-0.2430 = 4.7570 ~5
Para el caso de las bases (aminas con hibridación sp3)
pKa = -log (1 x 10-10) = 10
Según su valor de pKa los ácidos se consideran muy fuertes, moderadamente fuertes,
débiles y muy débiles, como se aprecia en la Tabla 1.
Tabla 1. Constantes de acidez y valores de pKa de algunos ácidos
pKa
Fórmula
Ka
Fuertes:
HClO4
~1010
~-10
HCl
~107
~-7
5
H2SO4
~10
~-5
Moderadamente fuertes:
H3PO4
2.12
7.52 x 10-3
ClCH2COOH
2.9
Débiles:
CH3COOH
1.75 x 10-5
4.75
CH3CH2COOH
1.34 x 10 5
4.87
Muy débiles:
HCN
4.93 x 10-10
9.31
-6H2O
2 x 10-16
Con estos datos se aprecia que:
A menor valor de pKa más fuerte es el ácido.
A mayor valor de pKa más débil es el ácido.
15.7
3.3.-Ecuación de Henderson–Hasselbalch
La ecuación de Henderson–Hasselbalch es de mucha utilidad, ya que permite conocer la
forma protonada o no protonada de un ácido o una base débil a un pH determinado. La
ecuación se deriva de la forma siguiente:
Para un ácido débil
-logKa = -log
[CH3COO -] [H3O+]
[CH3COOH]
-log [H3O+] = pH
o bien
pKa = pH -log
Por consiguiente
pKa = pH -log
+
pKa = -log [H3O ] -log
[CH3COO -]
[CH3COOH]
[CH3COO -]
[CH3COOH]
[Ácido disociado]
[Ácido no disociado]
Ecuación de Henderson-Hasselbach
Para una base débil protonada
pKa = pH -log
[RNH2]
+
[RNH3]
pKa = pH -log
[Base no ionizada]
[Base ionizada]
La ecuación de Henderson–Hasselbalch se puede entonces escribir de manera general,
para un ácido o una base, de la siguiente forma:
-7pKa = pH -log
[No protonado]
[Protonado]
Si el ácido y su sal se encuentran en igual proporción, entonces:
pKa = pH -log
50%
[No protonado]
[Protonado]
50%
pKa = pH -log 1
pKa = pH-0
pKa = pH
Por lo que se puede definir al pKa como el pH en donde el ácido y su sal o la base y su sal
se encuentran en igual proporción, también se podrá apreciar con esto que:
Un ácido en solución acuosa a pH por abajo de su pKa se encuentra esencialmente
protonado (no disociado).
Un ácido en solución acuosa a pH por arriba de su pKa se encuentra esencialmente no
protonado (disociado).
Una base en solución acuosa a pH por abajo de su pKa se encuentra esencialmente
protonada (disociada).
Una base en solución acuosa a pH por arriba de su pKa se encuentra esencialmente no
protonada (no disociada).
En la Tabla 2 se representa la estructura de los 20 amino ácidos que se encuentran en las
proteínas. Todos son -amino ácidos, 19 de ellos son aminas primarias, RNH2, y sólo
difieren en la naturaleza del sustituyente R, llamado Cadena lateral, unido al carbono .
Cadena lateral
O
R
C
H2N
OH
H
O
R 
C
+
H
H3N
Estructura general de un -aminoácido
O-
El carbono  es el carbono al
cual se une un grupo funcional
-83.4.-Amino ácidos Naturales
Los -amino ácidos que se encuentran en las proteínas son 20, además de éstos, hay otros
amino ácidos que son de importancia biológica, pero no se encuentran en las proteínas.
O
I
O
O
+
H3N
HO
I
I
O
O
+
NH3
HS
O
O
+ NH3
Homocisteína
Ác. g-aminobutírico
Tiroxina
I
Tabla 2. Estructura y clasificación de los 20 amino ácidos comunes en las proteínas
Pka2 PI
Sol.**
pf oC o
Amino
Estructura
PM
Pka1
Descomp.
ácidos
Neutros
H3C
O
Alanina
89.09
2.35
9.78
6.07 17
297 d
H2N
OH
(Ala, A)
O
Asparagina
132.12
2.02
8.80
5.41 2.4
236
H
N
2
(Asn, N)
CH3
NH2
O
Cisteína
(Cys, C)
O
HS
121.16
1.86
8.35
5.11
Muy
soluble
-
146.15
2.17
9.13
5.70
3.6
186
75.07
2.35
9.78
6.07
25
233 d
131.18
2.32
9.76
6.04
4
284
131.18
2.33
9.74
6.04
2
337
149.21
2.28
9.21
5.74
3
283
165.19
2.58
9.24
5.91
3
283
OH
NH2
Glutamina
(Gln,Q)
O
O
H2N
OH
NH2
Glicina
(Gly,G)
Isoleucina*
(Ile, I)
O
H2 N
OH
CH3
O
H3C
OH
NH2
Leucina*
(Leu, L)
O
H3C
OH
CH3
Metionina*
(Met, M)
NH2
O
S
H3C
OH
NH2
Fenilalanina*
(Phe, F)
O
OH
NH2
-9O
Prolina
(Pro, P)
115.13
2.00
10.60
6.30
162
220
105.09
2.21
9.15
5.68
5
228
119.12
2.09
9.10
5.60
Muy
soluble
257
204.23
2.38
9.39
5.88
1
289
181.19
2.20
9.11
5.66
0.04
344
117.15
2.29
9.72
6.00
9
315
OH
NH
O
Serina
(Ser, S)
HO
OH
NH2
CH3
O
Treonina*
(Thr, T)
HO
OH
NH2
O
Triptófano*
(Trp, W)
OH
NH2
N
H
O
Tirosina
(Tyr, Y)
OH
NH2
HO
CH3
Valina*
(Val, V)
O
H3C
OH
NH2
*Amino ácidos esenciales. **Solubilidad en g/100 de H2O a 25 °C.
Tabla 1. Continuación
Amino
Estructura
ácidos
ácidos
O
Ácido
HO
OH
aspártico
O
NH
2
(Asp, D)
O
O
Ácido
glutámico
HO
(Glu, E)
NH2
Amino
ácidos
Básicos
NH
Arginina*
(Arg, R)
H2N
NH
PM
Pka1
Pka2
Pka3
PI
Sol.**
pf
°C
133
2.10
3. 86
9.82
2.98
0.4
269
147
2.10
4.07
9.47
3.08
0.7
247
174
2.01
9.04
12.48
10.76
15
230
d
155
1.77
6.10
9.18
7.64
0.4
287
146
2.18
8.95
10.53
9.74
Muy
255
soluble
OH
O
OH
NH2
Histidina*
(His,H)
O
OH
N
NH
Lisina*
(Lis, K)
NH2
O
H2N
OH
NH2
*Amino ácidos esenciales. **Solubilidad en g/100 de H2O a 25 °C.
- 10 Problema 1. ¿Cuántos de los amino ácidos que se muestran en la Tabla 2 contienen anillos
aromáticos? ¿Cuántos contienen azufre? ¿Cuántos contienen alcoholes? ¿Cuántos
contienen cadenas laterales hidrocarbonadas?
Con excepción de la glicina, los carbonos alfa de los -amino ácidos son quirales; por lo
tanto, son posibles dos formas enantioméricas. En la naturaleza sólo se encuentra uno de
los dos enantiómeros, el que estructuralmente está relacionado con el L-gliceraldehído. Por
esta razón se ha aceptado que los -amino ácidos que se encuentran en forma natural se
les denominen amino ácidos L o de la familia L.
En las proyecciones de Fischer, los amino ácidos que se encuentran en forma natural se
representan colocando el grupo COOH en la parte superior, la cadena lateral abajo, y el
grupo –NH2 a la izquierda, como se dibuja un carbohidrato.
CHO
H
COOH
OH
CH2OH
D-Gliceraldehído
(Natural)
H
NH2
R
D--Aminoácido
(No Natural)
CHO
HO
COOH
H
H2N
CH2OH
L-Gliceraldehído
(No Natural)
H
R
L--Aminoácido
( Natural)
Problema 2. Dieciocho de los 19 L-amino ácidos tienen configuración S en el carbono . La
cisteína es el único L-aminoácido con una configuración R. Explique la razón.
Problema 3. El aminoácido Treonina, ácido (2S, 3R)-2-amino-3-hidroxibutanoico tiene dos
centros quirales. Dibuje una proyección de Fischer para la Treonina. ¿Cuántos
estereoisómeros podrían existir? Dibuje las proyecciones de Fischer e identifique los centros
quirales como R o S.
Problema 4. Dibuje formulas con enlaces de cuña (tetraédricas) y proyecciones de fischer
que representen la configuración de los átomos de carbono de la L-valina, L-leucina y Lisoleucina.
- 11 3.5.-Amino ácidos esenciales
Los -amino ácidos que el organismo no puede sintetizar, se les conoce como “Esenciales”.
En la tabla 1 son los 12 amino ácidos en negritas.
3.6.-Fenilcetonuria
La fenilcetonuria o PKU es una alteración del metabolismo que ocasiona que no se pueda
metabolizar la fenilalanina en el hígado. Es un padecimiento de origen genético que se
manifiesta por la carencia de las enzimas fenilalanina hidroxilasa (FAOH) o tirosina
hidroxilasa (DHPR). La carencia de alguna de estas enzimas eleva la concentración
sanguínea de fenilalanina que se metaboliza por la reacción de transaminación generando
un incremento de los metabolitos fenilpiruvato, fenilactato y fenilacetato. Los síntomas son el
retraso psicomotor, cuadros psicóticos de tipo autista, convulsiones y eczema facial.
O
O
OH
OH
Enzimas: FAOH o DHPR
NH2
NH2
HO
Fenilalanina
Tirosina
REACCIÓN DE TRANSAMINACIÓN
Un interesante el papel de las iminas como intermediarios es el de la reacción de
transaminación, de importancia biológica. La transaminación es un proceso por el cual se
transfiere un grupo amino de una molécula a otra. En los sistemas biológicos el grupo amino
de un aminoácido se transfiere al grupo carbonilo de otra molécula. La secuencia, es
promovida por una enzima, una aminotransferasa, es un método de formación de nuevos
amino ácidos.
H
R
O
NH3
CO2
+
Un -amino ácido
O 2C
O
CO2
-cetoglutarato
Glutamato
Transaminasa
R
H
CO2
Un -ceto ácido
+
O 2C
NH3
CO2
glutamato
Todas las transaminasas importantes parecen compartir la misma coenzima, el fosfato de
piridoxal (PLP). Las coenzimas son pequeños constituyentes no proteínicos de las enzimas,
con frecuencia indispensables para la actividad enzimática.
- 12 -
O
H
2
O3PO
OH
N
CH3
H
Fosfato de piridoxal (PLP)
La transaminación biológica no es la simple transferencia de un grupo amino de una
molécula a otra. El mecanismo que explica una reacción de transaminación se aprecia mejor
por pasos.
Mecanismo general de una reacción de transaminación
- 13 O
PRP
PRP
OH
R
N
+
H
H2N
R
O
H2O
+
H
O
OH
PRP
PRP
N
R
N
R
O
OH
H
H
H
O
OH
O
PRP
N
PRP
R
+
H
H2O
NH2
+
H
OH
OH
O
PRP
PRP
NH2
N
R1
+
H
+
R1
N
O
PRP
H
O
OH
R1
PRP
+
H
O
OH
N
R1
O
OH
H
H
N
H2O
H
OH
PRP
R1
H
O
H
PRP
O
H
H
O
R
OH
PRP = fosfato de piridoxal.
H2N
O
R1
+
H2O
H
O
OH
- 14 Reacción de transaminación catalizada por la Aspartato aminotransferasa
N
B:
O
2
O 3PO
OH
O
H
-
O
+
O
CH3
N
H
O
H
O
-
-
O
NH2
+
NH
O
2
O 3PO
OH
+
CH3
N
H
H3C
CH3
B
+
O
aldimina
O
O
-
O
H
O
-
O
-
O
+
NH
O
-
O
-
O
+
NH
O
+
NH3
+
CH3
N
H
H2O
OH
2
O3PO
-
O
O
OH
2
O3PO
paso lento
-
CH3
N
H
OH
2
O3PO
quinoide
+
H3C
CH3
N
H
CH3
+
NH3
B:
O
H3C
O
H3C
+
N
H
O
CH3
O
H
OH
2
O3PO
O
-
+
NH
OH
2
O 3PO
H3C
+
CH3
B
+
O
O
H
O
H3C
-
+
NH
NH
OH
N
H
O
O
+
2
O3PO
CH3
N
H
H3C
CH3
-
H3C
H3C
OH
2
O3PO
-
CH3
O
-
+
NH3
NH2
+
NH
+
N
H
CH3
OH
2
O3PO
+
N
H
CH3
- 15 AMINO ÁCIDOS.
INFLUENCIA DE LA CADENA LATERAL
O
O
H
N
O
H
N
OH
OH
OH
NH2
NH
pKa: 1.99
pKa: 10.60
pKa: 2.83
pKa: 9.39
pKa: - - -
pKa: 1.82
pKa: 9.17
pKa: 6.00
NH2
O
HO
OH
O
NH2
N
HN
NH2
pKa: 1.88
pKa: 9.60
pKa: 3.65
O
NH
OH
NH2
pKa: 2.17
pKa: 9.04
pKa: 12.48
Problema 5. Pronostique los productos de reacción de: (a) prolina, (b) tirosina, (c) arginina y
(d) triptofano con un exceso de HCl; y con un exceso de NaOH.
Problema 6. Escriba las formulas estructurales para las siguientes ecuaciones:
(a) fenilalanina con un equivalente de NaOH.
(b) Producto de (a) con un equivalente de HCl.
(c) Producto de (a) con dos equivalentes de HCl.
- 16 PUNTO ISOELÉCTRICO
pH bajo
(protonado)
pH alto
(desprotonado)
Punto Isoeléctrico
PI = pKa1 + pKa2
2
Zwitterion neutro.
El punto isoeléctrico (PI) de un aminoácido depende de su estructura; y es el promedio de
las dos constantes de disociación ácida que incluyen el zwitterion neutro. En cuanto a los
amino ácidos con una cadena lateral que sea un ácido fuerte o un ácido débil, el PI es el
promedio de los dos valores de pKa más bajos. En el caso de los amino ácidos con una
cadena lateral básica, el PI es el promedio de los dos valores de pKa más altos.
Aminoácido ácido
Ácido aspártico.
Aminoácido neutro
Alanina
Aminoácido básico
Lisina
Así como los amino ácidos tienen sus Pis, las proteínas también tienen un PI global debido a
los numerosos residuos ácidos o básicos que pueden contener.
Aprovechamos la ventaja de las diferencias de puntos isoeléctricos para separar una mezcla
de amino ácidos (o una mezcla de proteínas) en sus constituyentes puros mediante la
técnica de la Electroforesis.
Tira de papel a pH = 6.02
- 17 Cuando se aplica un potencial eléctrico, los amino ácidos con cargas negativas (los que se
han desprotonado a causa de que el pH del buffer es más alto que sus PI) migra lentamente
hacia el electrodo positivo. Al mismo tiempo que los amino ácidos con cargas positivas (los
que se han protonado porque el pH del buffer es menor que su PI) migran hacia el electrodo
negativo.
Los diferentes amino ácidos migran a diferentes velocidades, lo que depende de sus puntos
isoeléctricos y del pH del buffer acuoso. Así es posible separar una mezcla de diversos
amino ácidos.
Problema 7. Para las siguientes mezclas de amino ácidos, prediga la dirección y la
velocidad relativa de migración de cada componente:
(a) valina, ácido glutámico e histidina a pH= 7.6
(b) glicina, fenilalanina y serina a pH= 5.7
(c) glicina, fenilalanina y serina a pH= 5.5
(d) glicina, fenilalanina y serina a pH= 6.0
Problema 8. La glicina, al igual que la alanina tiene un punto isoeléctrico de 6.0. Trace
estructuras de las formas predominantes de la glicina a pH= 2.0, 6.0 y 10.0.
Problema 9. ¿Cómo podría explicar el hecho de que el triptófano tenga menor punto
isoeléctrico que la histidina, pese a que ambos tienen átomos de nitrógeno en el anillo de
cinco miembros? ¿Cual nitrógeno del anillo de cinco miembros de la histidina es más
básico?
Un aminoácido reacciona con dos equivalentes del hidrato de ninhidrina, para dar el púrpura
de Ruhemann, un producto azul-violeta. Esta reacción se emplea como ensayo para
detectar la presencia de amino ácidos en una muestra desconocida.
O
O
O
OH
H2O
ninhidrina
O
O
-
+
H3N
O
+
O
O
-
H
N
+
O
O
R
OH
O
púrpura de Ruhemann.
R
+
O
CO 2
+
H2O
- 18 Si se conocen los valores exactos de pKa para los sitios ácidos de un aminoácido, se puede
calcular los porcentajes de las formas protonadas, neutra y desprotonadas en una solución a
un pH dado utilizando la estuación de Henderson-Hasselbalch:
pH – pKa = log A-
HA
pH = pKa + log A-
HA
Para ver cómo se utiliza la ecuación de Henderson-Hasselbalch, encontremos las especies
que están presentes en una solución 1M de alanina a pH= 9.00 de acuerdo a los valores
antes mencionados, la alanina protonada tiene un pKa1 de 2.34, y la alanina neutra tiene un
pKa2 de 9.69:
H3C
H3C
OH
O
-
H3N
O
H3C
O
+
-
+
+
H3N
O
H3O
+
+ H2O
+
H3N
O
H3C
O
pKa1= 2.34
-
+
H2O
H2N
+
H3O
+
pKa2= 9.69
O
Como el pH de nuestra solución está mucho más cerca del pKa2 que del pKa1, necesitamos
usar pKa2 para nuestros cálculos. De acuerdo a la ecuación de Henderson-Hasselbalch,
tenemos:
log A- = pH – pKa = 9.0 – 9.69 = - 0.69
HA
De tal modo que
A- = antilog (-0.69) = 0.20
HA
Además, sabemos que:
A- + HA = 100% (1.0 M)
HA= 83% y A- = 17%
Se pueden efectuar cálculos similares a otro pH, con lo que se llega a la curva de titulación
siguiente:
- 19 -
Problema 10. La Treonina tiene un pKa1 = 2.1 y un pKa2 = 9.1. Utilice la ecuación de
Henderson-Hasselbalch para calcular la proporción de formas protonadas y desprotonadas a
pH= 1.5 y pH = 10.0.
SÍNTESIS DE AMINO ÁCIDOS
1. Síntesis de Strecker
aldehído
-aminonitrilo
-amino ácido
- 20 O
O
C
H3O
NH4Cl / KCN
H
+
NH2
H2O
Fenilacetaldehído
(53%)
N
OH
NH2
-aminonitrilo
(R,S)-fenilalanina
Problema 11. El aminoácido poco común conocido como L-Dopa (3,4-dihidroxifenilalanina)
es un fármaco útil contra el mal de Parkinson. Indique cómo podría sintetizarse a partir de
3,4-dihidroxifenilacetaldehído.
PÉPTIDOS Y PROTEÍNAS
Las proteínas y los péptidos son polímeros de amino ácidos en los cuales las unidades
individuales de amino ácidos, llamados residuos, están unidas mediante enlaces amida, o
uniones peptídicas.
Alanina (Ala)
Alanilserina (Ala-Ser)
Serina (Ser)
Aminoácido N terminal
Aminoácido C terminal
La larga secuencia repetida de enlaces peptídicos forman una cadena, la estructura primaria
o esqueleto de las proteínas. Por convencion siempre se escriben los péptidos con el
aminoácido N-terminal a la izquierda y el aminoácido C-terminal a la derecha. El nombre
del péptido se indica utilizando las abreviaturas para cada aminoácido.
- 21 -
Bradiquinina (Dilata los vasos sanguíneos, baja de la presión sanguínea)
H-Arg-Pro-Pro-Gly-Phe-Ser-Pro-Phe-Arg-OH
R-P-P-G-F-S-P-F-R
Problema 17. Nombre los seis posibles tripéptidos isoméricos con valina, tirosina y glicina.
Utilice la notación corta de tres letras para cada aminoácido.
Problema 18. Trace la estructura completa de H-Met-Pro-Val-Gli-His-OH
ENLACE COVALENTE EN LOS PÉPTIDOS
Consecuencias de la resonancia:
 Estabilidad del enlace
 Menor basicidad del átomo de nitrógeno
 Rotación restringida del enlace C-N (carácter de doble enlace)
- 22 Configuración Trans
En los péptidos se encuentra un segundo tipo de uniones covalentes cuando se forma un
enlace disulfuro RS-SR entre dos redisuos de Cisterna. El enlace disulfuro se forma con
facilidad por medio de la oxidación suave de los tioles RSH y se rompen con facilidad
mediante una reducción suave.
Oxidación
moderada
Cistina
Císteina
Oxidación moderada de tioles con Bromo
HO
R
-
R
SH
H2O
S
-
Br
S
Br
R
-
R
S
S
Br
R
R
S
- 23 -
Los enlaces disulfuro contribuyen a la forma (estructura) de un polipéptido.
Oxitocina
DETERMINACIÓN DE LA ESTRUCTURA DE LOS PÉPTIDO:
ANÁLISIS DE LOS AMINO ÁCIDOS
¿Cuáles amino ácidos están presentes? ¿Cuántos hay de cada uno? ¿Cuál es la secuencia
de amino ácidos de la cadena peptídica?
Las respuestas a las dos primeras preguntas se obtienen con un Analizador de amino ácidos.
William Stein y Standford Moore.
- 24 -
Mezcla equimolecular Estándar de 17 -amino ácidos.
DETERMINACIÓN DE LA SECUENCIA DE UN PÉPTIDO.
1.- Hidrólisis de los enlaces disulfuro RS-SR con ácido perfórmico.
2.- Hidrólisis del péptido con HCl 6M por 24 horas.
3.- Analizador de amino ácidos.
- 25 -
2-mercaptoetanol
Ácido yodoacético
Ácido cisteico
Ácido cisteico
DETERMINACIÓN DE LA SECUENCIA DE AMINO ÁCIDOS EN PÉPTIDOS:
DETERMINACIÓN DE RESIDUOS N-TERMINALES.
DEGRADACIÓN DE EDMAN.
- 26 Isocianato de fenilo Reactivo de Edman
derivado de
tiazolinona
péptido sin el amino ácido
N-terminal original
La transposición de la anilinotiazolinona en medio ácido acuoso
produce el derivado final N-feniltiohidantoina (PTH).
PTH se identifica por
cromatografía
Los péptidos de cadena acortada se vuelven a someter en forma automática a otro ciclo de
la Degradación de Edman.
La determinación de la secuencia completa de proteínas por este método es poco práctica a
causa de la formación de subproductos indeseables que limita el método a un máximo de 50
ciclos.
MÉTODO DE SANGER (N-amino ácidos)
2,4-dinitrofluorobenceno
(DNFB)
polipéptido
Polipéptido marcado
- 27 -
Aminoácido N-terminal
marcado.
Separado e identificado
Mezcla de
resto de
aminoácidos
El método de Sanger no es tan utilizado como el de Edman.
Dadas las limitaciones de los métodos de Edman y Sanger; primero se rompe una cadena
peptídica larga por medio de una hidrólisis parcial en varios fragmentos más pequeños, se
determina la secuencia de cada fragmento y éstos se ajustan haciendo coincidir los
extremos que se traslapan.
HIDRÓLISIS ENZIMÁTICAS.
Enzima
Tripsina
Quimiotripsina
Triptofano.
Elastasa
Especificidad
hidrólisis carboxilo de amino ácidos básicos: Arginina y Lisina.
hidrólisis carboxilo de amino ácidos arilo: Fenilalanina, Tirosina y
hidrólisis carboxilo de amino ácidos pequeños: Glicina y alanina.
Carboxipeptidasa A Remueve el aminoácido C-terminal
Carboxipeptidasa B Remueve los amino ácidos C-terminal Arginina y Lisina solamente.
Val – Phe – Leu – Met – Tyr – Pro – Gly – Trp – Cys – Glu – Asp – Ile – Lys – Ser – Arg –
His
Quimiotripsina rompe estos enlaces
enlaces.
Tripsina rompe estos
HIDRÓLISIS PARCIAL
1. Un análisis de los amino ácidos de la angiotensina II revelaría la presencia de ocho
amino ácidos diferentes: Arg, Asp, His, Ile, Fen, Pro, Tir y Val en cantidades
equimoleculares.
2. Un análisis de extremos N-terminales por el método de Edman indicaría que la
angiotensina II tiene un residuo de ácido aspártico en el extremo N-terminal.
- 28 3. La hidrólisis parcial de la angiotensina II con ácido clorhídrico diluido produciría los
siguientes fragmentos, cuya secuencia puede ser determinada por Degradación de
Edman:
a.
b.
c.
d.
e.
H-Asp-Arg-Val-OH
H-Ile-His-Pro-OH
H-Arg-Val-Tir-OH
H-Pro-Fen-OH
H-Val-Tir-Ile-OH
4. Traslapando las regiones que se superponen de los fragmentos se obtiene la secuencia
completa de amino ácidos en la angiotensina II:
a.
c.
e.
b.
d.
H-Asp-Arg-Val-OH
H-Arg-Val-Tir-OH
H-Val-Tir-Ile-OH
H-Ile-His-Pro-OH
H-Pro-Fen-OH
H-Asp-Arg-Val-Tir-Ile-His-Pro-Fen-OH
Problema 19. ¿Cual es la estructura de un pentapéptido que da los siguientes tripéptidos
cuando se hidroliza parcialmente?
Gli-glu-arg, glu-arg-gli, arg-gli-fen
Problema 20. ¿Qué fragmentos resultarían si se rompiera la Angiotensina II con tripsina en
un caso, y con quimiotripsina en otro?.
Problema 21. Dibuje la estructura del derivado PTH que se puede formar por la degradación
de Edman de la Angiotensina II.
Problema 22. Indique la secuencia de los hexapéptidos que producen los siguientes
fragmentos por hidrólisis parcial con ácido:
(a) Arg,Gli,Ile,Leu,Pro,Val forman H-Pro-Leu-Gli-OH, H-Arg-Pro-OH, H-Gli-Ile-Val-OH
(b) Asp,Leu,Met,Trp, Val2 forman H-Val-Leu-OH, H-Val-Met-Trp-OH, H-Trp-Asp-Val-OH
- 29 DETERMINACIÓN DE RESIDUOS C-TERMINALES
carboxipeptidasa
Problema 23. Se encuentra que un hexapéptido con la composición Arg, Gli, Leu, Pro tiene prolina en
los extremos C y N. La hidrólisis parcial produce los siguientes fragmentos:
H-Gli-Pro-Arg-OH
H-Arg-Pro-OH
H-Pro-Leu-Gli-OH
¿Cuál es la estructura del hexapéptido?
Problema 24. Proponga dos estructuras para un tripéptido que por hidrólisis se descompone en Leu,
Ala, y Fen pero que no reacciona con carboxipeptidasa ni con fenilisotiocianato.
El bromuro de cianógeno hidroliza el enlace peptídico de la Metionina.
H – Ala – Lys – Phe – Asp – Met – Val – Arg – Trp – OH
BrCN rompe este enlace.
Mecanismo de la hidrólisis del enlace peptídico por bromuro de cianógeno.
- 30 -
SÍNTESIS DE PÉPTIDOS.
Aunque las amidas simples suelen formarse por la reacción entre aminas y cloruros de ácidos, la
síntesis de los péptidos es más difícil porque se deben de formar muchos enlaces amida diferentes en
orden específico y no aleatoriamente.
2 sitios de unión + 2 sitios de unión = 4 productos distintos.
- 31 -
La solución al problema de la especificidad es la protección.
Protección
NH2
1. Formación de
la amida
Alanina
2. Desprotección
Protección
COOH
Leucina
GRUPOS PROTECTORES EN LA SÍNTESIS DE PÉPTIDOS.
Nombre
Estructura
Abreviatura Reactivo
Eliminación
Grupos Protectores de aminas.
O
O
Benciloxicarbonilo
R
O
Z- , CBZ-
Cl
O
H2 / Pd-C
- 32 HBr, HF, HCl
CH3
H3C
O
tert-Butoxicarbonilo
H3C
R
Boc-
O
O
O
CH3
CH3
O
H3C
H3C
O
O
O
O
H3C
Ciano-t-butoxicarbonilo
9-Fluorenilmetoxicarbonil
Piperidina
O
R
Cl
O
O
O
O
R
NaOH / THF
CH3
FmocO
p-Toluensulfonilo
CH3
CN
O
Cl
Cyoc-
CH3
CF3COOH
HCl gas
BF3 / Et2O / THF
H3C
CN
O
R
CH3
CH3
S
Tos-
Cl
Na / NH3
CH3
S
O
O
Grupos protectores de ácidos carboxílicos.
Ester
ROH / H+
R3O+X-
RO-
H2O / NaOH
H3O+
Preparación de Carbamatos para protección del grupo amino.
carbamato
O
Cl
OH
O
+
H2N
OH
- HCl
O
NH
O
O
O
del Cl2C=O y C6H5CH2OH
Glicina
Glicina-CBZ
- 33 O
O
ZBC
NH
OH
ZBC
- HCl
+
Cl
O
NH
O
CH3
O
O
O
Glicina protegida
Cloroformiato de etilo
CH3
grupo éster activado
O
O
O
O
O
NH
O
CH3
OH
+
NH2
O
fenilalanina
O
HN
O
NH
OH
O
O
Gly-Phe con el grupo amino protegido
Eliminación del grupo protector carbamato
O
O
HN
H2, Pd / C
O
NH
OH
O
HN
CH3
CO2
OH
H2N
O
O
ter-butoxicarbonilamida (BOC)
Alanina
dicarbonato de di-ter-butilo
BOC-Ala
- 34 Fluorenilmetoxcarbonilamida
cloroformiato de
9-fluorenilmetilo
aminoácido. (cadena
lateral protegida si es
necesario)
aminoácido- FMoc
protegido (estable en ácidos)
(Grupo 9-fluorenilmetoxicarbonilo)
Desprotección. (ruptura del grupo FMoc)
piperidina
aminoácido libre
producto
secundario
Protección del grupo carboxilo de un aminoácido por formación de un éster.
Leucinato de metilo
Leucina
Leucina
- 35 Leucinato de bencilo
FORMACIÓN DEL ENLAC PEPTÍDICO.
Cloroformiato de bencilo
Anhídrido mixto de Ala-CBZ
EL USO DE AGENTES ACOPLANTES (ACTIVANTES DEL COOH).
a) Carbonildiimidazol (CDI)
O
O
R1
O
R
OH
+
N
N
NH-protegido
R1
O
O
CO2
R
O
NH
N
N
NH2
+
CH3
NH-protegido
O
calor
CH3
b) Diciclohexilcarbodiimida (DCC)
N
NH
- 36 O
O
O
R1
O
R
OH
N
+
C
N
R
O
NH
CH3
NH2
R1
+
NH-protegido
NH-protegido
H3C
calor
HN
NH
C
O
O
c) N-(3-dimetilaminopropil)-N´-etilcarbodiimida. (EDCI o EDAC)
O
H3C
O
R1
N
R
NH-protegido
O
H3C
OH
N
+
C
NH2
N
O
CH3
R1
R
O
NH
CH3 calor
NH-protegido
H3C
+
O
O
H3C
C
N
NH
NH
CH3
CH3
d) Hexafluorofosfato de (benzotriazol-1-il-oxi)tripirrolidinfosfonio. (PyBOP)
O
R
O
F
O
F
N
P-
R
N F
+
F
F
OH
N
O
N
CH3
H2N
calor
R
O
NH
HN
O
protegido
HN
protegido
R
O
F
+
P
N
N
CH3
- 37 -
Resumen de 5 pasos para la síntesis de H-Ala-Leu-OH
1. Proteger el grupo amino de la leucina como su derivado BOC
H-Ala-OH
+
bicarbonato de di-tert-butilo
BOC-Ala-OH
2. Proteger el grupo carbonilo de la leucina como su éster metílico
H-Leu-OH
+
CH3OH
H-Leu-OCH3
3. Acoplar los dos amino ácidos protegidos usando DCC
BOC-Ala-OH
+
H-Leu-OCH3
BOC-Ala-Leu-OCH3
4. Retirar el grupo protector BOC por tratamiento ácido
BOC-Ala-Leu-OCH3
+ CF3COOH
H-Ala-Leu-OCH3
5. Retirar el éster metílico por hidrólisis básica:
H-Ala-Leu-OCH3
+ NaOH / H2O
H-Ala-Leu-OH
Problema 25. Indique el mecanismo de la formación de un derivado BOC para la reacción de Tirosina
con bicarbonato de di-ter-butilo.
Problema 26. Escriba los cinco pasos que se requieren para la síntesis de H-Leu-Ala-OH a partir de
alanina y leucina.
Problema 27. ¿Cómo podrían prepararse los siguientes tripéptidos?
(a)
(b)
(c)
H-Leu-Ala-Gli-OH
H-Gli-Leu-Ala-OH
H-Ala-Gli-Leu-OH
- 38 cadena A
21 aminoácidos
cadena B
30 aminoácidos
insulina
La insulina esta compuesta por dos cadenas que suman un total de 51 amino ácidos unidos pos dos
puentes disulfuro. Frederick Sanger determinó su estructura y recibió el premio Nobel en Química en
1958 por su trabajo.
SÍNTESIS DE PÉPTIDOS AUTOMATIZADA:
TÉCNICA DE FASE SÓLIDA DE MERREFIELD.
La síntesis de péptidos se efectúa sobre esferas sólidas de poliestireno, preparado de un modo tal que
por cada 100 anillos de benceno uno lleve un grupo clorometilo:
CH3
CH3
CH
CH2
HC
CH2
CH
CH2
CH
CH2
CH3
CH
H3C
Cl
Cl
Síntesis de un tripéptido utilizando la Fase sólida de Merrifield.
Aminoácido N-protegido
- 39 -
2 Aminoácido N-protegido
2 Aminoácido N-protegido
y COOH activado
Dipéptido
protegido
Dipéptido-Resina
3 Aminoácido
N-protegido y
COOH
activado
- 40 3 Aminoácido N-protegido
Tripéptido protegido
Tripéptido-Resina
polímero
Tripéptido libre
Problema 28. La importancia del rendimiento en cada paso de la síntesis de un péptido es muy
grande. La preparación de un decapéptido puede implicar de 30 a 40 reacciones químicas. Suponiendo
que cada paso pueda realizarse con un rendimiento del 90%, calcule el rendimiento global de una
secuencia de 40 pasos.
PROTEÍNAS.
 Estructura primaria y secundaria
 Estructura terciaria y cuaternaria
- 41  Clasificación y funciones de proteínas
 Enzimas
 Desnaturalización de proteínas
ESTRUCTURA PRIMARIA.
Se refiere a la secuencia en la que están unidos los amino ácidos.
Estructura primaria de la bradiquinina:
H-Arg-Pro-Pro-Gly-Phe-Ser-Pro-Phe-Arg-OH
OXITOCINA
- 42 -
VASOPRESINA
ESTRUCTRURA SECUNDARIA.
- 43 Es la orientación relativa de los átomos del “esqueleto” (backbone): átomos que forman en enlace
peptídico.
Depende de:
 La región planar en cada enlace peptídico.
 La formación de puentes de hidrógeno.
 Separación adecuada de grupos R (cadenas laterales de los amino ácidos)
HELICE ALFA 
Cada oxígeno está unido con un puente de hidrógeno al amino ácido del siguiente giro de la hélice.
(Prolina rompe las hélices alfa)
Vista lateral
vista superior
HOJA PLEGADA (LÁMINA) BETA 
Cada carbonilo en un enlace peptídico está unido con un puente de hidrógeno al grupo H-N de un
amino ácido de una cadena adyacente.
- 44 -
Dos o más cadenas peptídicas pueden alinearse formando la lámina
Orientación de los puentes de hidrógeno en las láminas Beta 
- 45 -
Tipos de Laminas Beta 
ESTRUCTURA TERCIARIA.
- 46 Describe el enrollamiento de toda la proteína en una forma tridimensional (3D).
Factores que determinan la estructura terciaria:
• Interacciones hidrófobos de las cadenas laterales.
• Puentes disulfuro.
• Puentes de hidrógeno.
• Grupos prostéticos.
Puede haber combinaciones de Hélices  y láminas .
ESTRUCTURA CUATERNARIA.
Describe como se unen las moléculas de proteínas diferentes en grandes estructuras agregadas.
- 47 -
CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS (COMPOSICIÓN)
•
•
Proteínas simples
– Constituidas únicamente por amino ácidos
Proteínas conjugadas
Constituidas por amino ácidos y otros compuestos.
– Glicoproteínas (carbohidratos)
– Lipopoproteínas (grasas)
– Nucleoproteínas (ácido ribonucleico)
– Fosfoproteínas (ésteres de fosfato)
– Metaloproteínas (hierro)
PROTEÍNAS CONJUGADAS:
•
•
•
•
•
Globulina (glicoproteína)
Interferón (glicoproteína)
Caseína (fosfoproteína)
Ferritina (metaloproteína)
Hemoglobina (metaloproteína)
CLASES CONFORMACIONALES DE PROTÉINAS.
•
Proteínas fibrosas (insolubles)
– Colágeno: tejido conectivo, tendones
– Queratina: cabello, uñas, piel
- 48 •
– Elastina: tejido conectivo elástico
Proteínas globulares (solubles)
– Insulina: hormona reguladora del metabolismo de la glucosa
– Mioglobina: transporte de oxígeno
– Ribonucleasa: controla la síntesis del RNA
ALGUNAS FUNCIONES BIOLÓGICAS DE LAS PROTEÍNAS.
•
•
•
•
•
•
Enzimas (catalizadores biológicos)
Hormonas (insulina)
Proteínas protectoras (anticuerpos)
Proteínas de almacenamiento (caseína)
Proteínas estructurales (queratina, elastina)
Proteínas de transporte (hemoglobina)
ENZIMAS.
•
•
•
Casi todas son globulares
Algunas son conjugadas:
– La parte no proteica se llama cofactor
– La parte proteica se llama apoenzima
– Cofactor + apoenzima = holoenzima
Son específicas
Posible mecanismo de acción de la quimiotripsina.
- 49 -
Posible mecanismo de acción de la tripsina.
- 50 -
DESNATURALIZACIÓN DE LAS PROTEÍNAS.
Es la alteración de la estructura terciaria. La estructura primaria no se altera.
- 51 -
ESTRUCTURAS DE PROTEÍNAS EN INTERNET.
Protein Data Bank
http://www.rcsb.org/pdb/
- 52 -
Problema 29. se cree que la descarboxilación de los -cetoácidos catalizada por tiamina se inicia con
la eliminación de un átomo de hidrógeno ácido del anillo de tiazol de la tiamina.
H3C
H3C
H3C
CH3
+
H3C
N
CH3
+
N
-
S
C
+
+
H
S
H
a. ¿Por qué es ácido este hidrógeno?
b. Proponga un mecanismo para la descarboxilación del ácido pirúvico (CH3COCO2H) mediante
tiamina. Se sabe que el intermedio final es la especie A.
H3C
A=
H3C
CH3
+
N
S
H3C
C
OH
H
La vitamina ácido lipoico es una coenzima en la conversión de A y CoA en acetil coenzima A.
indique de que manera el intermedio A puede justificar la formación de acetil coenzima A a partir del
piruvato inicial.
S
S
(CH2)4 CO2H