Jerarquía estructural de las proteínas
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Jerarquía estructural de las proteínas Jerarquía estructural de las proteínas David Arboledas Brihuega Químico Jerarquía estructural de las proteínas © David Arboledas Brihuega ISBN: 978-84-9948-455-6 Depósito legal: A-732-2011 Edita: Editorial Club Universitario. Telf.: 96 567 61 33 C/ Decano, 4 – 03690 San Vicente (Alicante) www.ecu.fm ecu@ecu.fm Printed in Spain Imprime: Imprenta Gamma. Telf.: 965 67 19 87 C/ Cottolengo, 25 – 03690 San Vicente (Alicante) www.gamma.fm gamma@gamma.fm Reservados todos los derechos. Ni la totalidad ni parte de este libro puede reproducirse o transmitirse por ningún procedimiento electrónico o mecánico, incluyendo fotocopia, grabación magnética o cualquier almacenamiento de información o sistema de reproducción, sin permiso previo y por escrito de los titulares del Copyright. Sapere aude… in memoriam A veces los acontecimientos se arremolinan a nuestro alrededor sin poder evitarlos en modo alguno. Mientras comenzaba a preparar este libro sobrevino la muerte de mi tío. Era ya esperada, pero cuando llega, un enorme vacío queda en el corazón. Las personas que conocemos siempre dejan una huella en él; algunas imborrables. Hoy, 16 de junio de 2010, con lágrimas en los ojos y un profundo dolor, no puedo sino recordar todo lo que emocionalmente debo a mi tío, Pedro Salas Morante. Fue mi padrino y estuvo en todos los acontecimientos importantes de mi vida: la defensa de mi tesis de licenciatura, allá por abril de 1997, donde comenzó a gestarse la idea de escribir algo como esta monografía; mi boda, más cercana en el tiempo, y el nacimiento de mis hijas, hace tres años. Hoy, por tanto, por el respeto que me merecía, por su enorme valor y entereza hasta el final y con el profundo desconsuelo que siento, no puedo más que agradecerle su ejemplo durante los treinta y siete años en los que hemos compartido viaje y legar al futuro su nombre y su recuerdo; no puedo más que dedicarle póstumamente esta obra. Nunca podré olvidarte. Descansa en paz, tío. David Arboledas Brihuega ÍNDICE Introducción.....................................................................................13 Capítulo 1. Aminoácidos.................................................................15 1.1 Características.........................................................................15 1.2 Clasificación............................................................................18 1.2.1 Cadenas laterales apolares..............................................18 1.2.2 Cadenas laterales polares sin carga................................19 1.2.3 Cadenas laterales polares con carga...............................19 1.3 Nomenclatura..........................................................................20 1.4 Actividad óptica........................................................................20 1.4.1 Clasificación operacional..................................................21 1.4.2 Proyecciones de Fischer..................................................21 1.4.3 Sistema de Cahn, Ingold y Prelog....................................23 1.5 Aminoácidos modificados........................................................25 Capítulo 2. Estructura primaria......................................................27 2.1 Composición de aminoácidos..................................................27 2.2 Cuantificación de aminoácidos................................................30 2.3 Identificación del aminoácido N-terminal.................................32 2.4 Identificación del aminoácido C-terminal.................................33 2.5 Secuenciación de péptidos.....................................................35 2.6 Determinación de puentes disulfuro........................................37 2.6.1 Determinación de Cys totales...........................................37 2.6.2 Determinación de Cys libres.............................................38 2.7 Enlace peptídico......................................................................39 2.8 Fuerzas que determinan la estructura de una proteína..........44 2.8.1 Fuerzas intramoleculares de naturaleza intrínseca..........44 2.8.2 Fuerzas intramoleculares de naturaleza extrínseca.........45 2.8.3 Fuerzas intramoleculares determinadas por el disolvente.....46 2.8.4 Interacciones intermoleculares proteína-disolvente.........46 Capítulo 3. Estructura secundaria.................................................47 3.1 Estructura secundaria ordenada repetitiva..............................47 3.1.1 Hélice α............................................................................48 3.1.2 Lámina β...........................................................................51 3.2 Estructura secundaria ordenada no repetitiva.........................55 3.2.1 Giros β..............................................................................55 3.2.2 Comba β...........................................................................58 3.2.3 Bucle β.............................................................................62 Capítulo 4. Estructura supersecundaria.......................................65 4.1 Motivos con hélices α..............................................................65 4.1.1 Mano EF...........................................................................67 4.1.2 Hélice superenrollada.......................................................68 4.2 Motivos con láminas β.............................................................69 4.2.1 Horquilla β........................................................................72 4.2.2 Meandro β........................................................................73 4.2.3 Greca griega.....................................................................74 4.2.4 Barril β..............................................................................74 4.3 Motivos con hélices α y láminas β...........................................76 4.3.1 Motivo βαβ........................................................................76 4.3.2 Plegamiento de Rossmann..............................................78 Capítulo 5. Dominios.......................................................................79 5.1 Dominios estructurales y funcionales......................................81 5.2 Clasificación estructural...........................................................82 5.3 Los dominios como unidades evolutivas.................................84 5.4 Los dominios son unidades autónomas de plegamiento........87 5.5 Dinámica de dominios.............................................................89 5.6 Identificación de dominios.......................................................91 Capítulo 6. Estructura terciaria......................................................93 6.1 Secuencia de aminoácidos y estructura terciaria....................96 6.2 Las proteínas se pliegan en un proceso en varias etapas......98 6.2.1 El postulado de Anfinsen y la paradoja de Levinthal........99 6.2.2 Intermediarios del plegamiento proteico.........................100 6.2.3 Modelos clásicos de plegamiento...................................101 6.2.4 Paisaje y embudo de plegamientos................................105 6.3 Plegamiento in vivo...............................................................107 6.4 Modelos estructurales terciarios comunes............................109 6.5 Plegamiento y desnaturalización........................................... 110 6.5.1 Métodos directos............................................................ 112 6.5.2 Métodos indirectos......................................................... 113 Capítulo 7. Estructura cuaternaria............................................... 115 7.1 Interacciones entre subunidades.......................................... 116 7.2 Simetría de las proteínas....................................................... 117 7.2.1 Simetría cíclica............................................................... 118 7.2.2 Simetría diédrica............................................................. 119 7.2.3 Simetría icosaédrica....................................................... 119 7.2.4 Simetría helicoidal..........................................................120 7.3 Determinación del número de subunidades..........................121 7.4 Clasificación de proteínas oligoméricas................................122 7.5 Existen límites al tamaño de las proteínas............................123 7.6 Las proteínas forman complejos supramoleculares..............123 Capítulo 8. Clasificación de las proteínas..................................125 8.1 Por su composición...............................................................125 8.1.1 Simples u holoproteínas.................................................125 8.1.2 Conjugadas o heteroproteínas.......................................126 8.2 Por sus propiedades físicas..................................................127 8.3 Por su conformación..............................................................128 8.3.1 Fibrosas..........................................................................128 8.3.2 Globulares......................................................................128 8.4 Por su función biológica........................................................129 Capítulo 9. Proteínas fibrosas y globulares...............................131 9.1 Proteínas fibrosas..................................................................131 9.1.1 Queratinas......................................................................132 9.1.2 Elastina...........................................................................135 9.1.3 Colágeno........................................................................137 9.2 Proteínas globulares..............................................................140 9.2.1 Mioglobina......................................................................140 9.2.2 Hemoglobina..................................................................143 Capítulo 10. Análisis y determinación estructural.........................149 10.1 Análisis de baja resolución..................................................150 10.1.1 Espectroscopía UV-visible............................................151 10.1.2 Fluorescencia...............................................................154 10.1.3 Dicroísmo circular.........................................................157 10.1.4 Espectroscopía infrarroja..............................................160 10.1.5 RMN de 1H 1D y 2D......................................................161 10.2 Criomicroscopía electrónica................................................164 10.3 Técnicas de alta resolución.................................................165 10.3.1 Cristalografía de rayos x...............................................166 10.3.2 RMN multidimensional..................................................169 10.4 Bases de datos de proteínas...............................................172 Bibliografía.....................................................................................175 Índice alfabético............................................................................181 introducción Las proteínas naturales son polímeros lineales de α-l-aminoácidos. Desempeñan una gran cantidad de funciones: estructurales, como el colágeno; transportadoras, como la hemoglobina o los citocromos; además de aquellas funciones catalíticas que ejecutan las enzimas y que resultan esenciales en la homeostasis del metabolismo. En una proteína podemos distinguir varios niveles de organización. Una estructura primaria, que hace referencia a la secuencia de aminoácidos en la cadena polipeptídica y en la que se incluyen todos los enlaces covalentes entre los diversos residuos: los enlaces peptídicos y los puentes disulfuro. Una estructura secundaria, que se refiere a las disposiciones regulares en el espacio de residuos adyacentes en la cadena polipeptídica. Ciertas secuencias de aminoácidos favorecen las hélices α o las cadenas β, así como giros que conectan unas estructuras regulares con otras. Algunos elementos con estructura secundaria forman agregados regulares consecutivos que determinan un nivel de organización superior, que denominamos estructura supersecundaria o motivos. Algunos de estos se combinan, generalmente, para formar compactas estructuras globulares que llamamos dominios. Dominios con secuencias de aminoácidos homólogas en diferentes proteínas tienen casi invariablemente la misma estructura terciaria. Un dominio se define, entonces, como una parte de una cadena polipeptídica que puede plegarse independientemente en una estructura terciaria estable. Los dominios pueden ser también unidades de función independientes dentro de la estructura de las proteínas. 13 Jerarquía estructural de las proteínas Durante mucho tiempo el dogma central del plegamiento de las proteínas se ha centrado en el primer nivel de organización estructural, la estructura primaria, en la que se supone toda la información necesaria para que la proteína adopte una y solo una estructura terciaria. Recientemente, sin embargo, se han encontrado algunas proteínas, las chaperonas, que se requieren durante el plegamiento de muchas proteínas para que adopten la estructura tridimensional apropiada. Un nivel de estructuración superior a estos es la estructura terciaria, o disposición espacial de todos y cada uno de los átomos que componen la molécula. Una proteína con una determinada estructura terciaria puede estar constituida por uno o varios dominios, que pueden llegar a tener funciones específicas y separadas. La estructura terciaria constituye el último nivel de organización estructural de una proteína monomérica. Sin embargo, existen macromoléculas oligoméricas, formadas por la asociación no covalente de varias cadenas polipeptídicas. Este nivel de jerarquización superior se llama estructura cuaternaria. Representa, por tanto, la disposición espacial de las diversas subunidades de una proteína oligomérica. Es cierto que las proteínas se pliegan en el espacio para adoptar una estructura tridimensional que depende fundamentalmente de la secuencia; pero también de las propiedades físicoquímicas del medio, de la presencia de cofactores, e incluso de la participación de otras proteínas, como las chaperonas. El problema del plegamiento es, por tanto, tremendamente complicado y, hasta la fecha, no resuelto. No obstante, tenemos métodos de aproximación directos e indirectos para conocer la estructura tridimensional de las mismas. Para formar una proteína de 100 aminoácidos existen 20100 posibilidades, o lo que es lo mismo, 1,27 10130; una cantidad superior al número de átomos que se prevé que existen en el Universo. Este dato nos sugiere la importancia de la presión de la selección natural para elegir una secuencia, de entre todas las posibles, que se pliegue de manera única para realizar una función propia. Lamentablemente, no conocemos aún qué reglas gobiernan ese proceso. El objetivo del presente libro es proporcionar, de manera secuenciada, los principios básicos necesarios para el entendimiento de la organización estructural de las proteínas y su funcionalidad. 14 1Capítulo 1 aminoácidos Las proteínas son biomoléculas poliméricas lineales constituidas por α-l-aminoácidos. Se encuentran tanto en células animales como en vegetales y se pliegan en una estructura tridimensional característica que les confiere una enorme variedad de funciones. Actúan como componentes estructurales y como receptores moleculares; algunas participan en la replicación, transcripción y traducción de la información genética; otras forman parte de la primera línea de defensa de nuestro sistema o transportan el oxígeno a todas nuestras células. Entre todas las proteínas, quizá, son las enzimas las más importantes, pues regulan todo el metabolismo y son piezas esenciales en todos los aspectos bioquímicos. Todos estos papeles pueden clasificarse, en último término, como estructurales o funcionales. 1.1 características Los aminoácidos, como indica su nombre, son moléculas orgánicas que contienen un grupo amino (-NH2) y un grupo carboxilo (‑COOH). Como hemos dicho, los aminoácidos proteicos son α-aminoácidos, es decir, que están formados por un carbono alfa unido a un grupo amino, a otro carboxilo, a un hidrógeno y a una cadena lateral R con la que forma su cuarto enlace covalente (Figura 1.1 A). Normalmente en la naturaleza solo está presente uno de los dos enantiómeros de la mayoría de los compuestos biológicos 15 Jerarquía estructural de las proteínas 16JERARQUÍAESTRUCTURALDELASPROTEÍNAS 16JERARQUÍAESTRUCTURALDELASPROTEÍNAS ©ECU ©ECU quirales. En las proteínas naturales todos los aminoácidos, excepto la compuestos biológicos quirales. En las proteínas naturales todos los compuestos las isómeros proteínasl, naturales todos que los glicina, que esbiológicos aquiral, sequirales. presentanEn como lo que no indica aminoácidos, excepto la glicina, que es aquiral, se presentan como aminoácidos, excepto o lalevógiros, glicina, como que es aquiral,unsepoco presentan como deban ser dextrógiros veremos más adelante isómeros L, lo que no indica que deban ser dextrógiros o levógiros, como isómeros L, lo que no indica que deban ser dextrógiros o levógiros, como (Figura 1.1 veremos unB). poco más adelante (Figura 1.1 B). veremos un poco más adelante (Figura 1.1 B). Figura 1.1. Estructura de un Į-aminoácido. (A) Los aminoácidos son moléculas Figura Estructura de un (A) son moléculas moléculas Figura1.1. 1.1. Estructura degrupo un α-aminoácido. Į-aminoácido. (A) Los Los aminoácidos orgánicas formadas por un amino y uno carboxilo. diferentes son radicales R se orgánicas formadas porlos grupo carboxilo. Los diferentes radicales R se se orgánicas por un aminoácidos grupo amino aminoyque yuno uno carboxilo. Los diferentes radicales R unen al Cformadas . (B) Todos aparecen en las proteínas naturales Į unen al alCĮC. α(B) Todos los aminoácidos que aparecen en las proteínas naturales se se unen . (B) Todos los aminoácidos que aparecen en las proteínas naturales se presentan como enantiómeros L, salvo para la glicina, que es aquiral. , salvopara paralalaglicina, glicina,que queesesaquiral. aquiral. presentancomo comoenantiómeros enantiómerosl,Lsalvo presentan A pH bajo los aminoácidos se encuentran mayoritariamente en su ApH pH bajo bajo los los aminoácidos aminoácidos se se encuentran encuentran mayoritariamente mayoritariamente en su su forma Acatiónica y a pH altos en su forma aniónica. Las moléculasenque forma catiónica y a pH altos en su forma aniónica. Las moléculas que forma catiónica y a pHácidos alto, en su forma Las moléculas que pueden pueden actuar como y bases se aniónica. denominan anfóteras. Existe un pH pueden actuar comoyácidos y se bases se denominan anfóteras. Existe unpara pH actuar ácidos bases denominan anfóteras. Existe un pH para elcomo cual estos anfolitos presentan carga neta cero, lo que ocurre cuando para elestos cual estos anfolitos presentan cero, lo que ocurre cuando ellos cual anfolitos presentan cargacarga neta neta cero, lo que ocurre cuando los grupos amino y carboxilo se encuentran completamente ionizados. Ese los grupos amino y carboxilo se encuentran completamente ionizados. grupos amino ycomo carboxilo encuentran completamente ionizados. EseEse pH pH se conoce puntoseisoeléctrico (pI). A este pH todas las moléculas pH se conoce como punto isoeléctrico (pI). A este todas las moléculas se como punto A este pH pH todas de deconoce los aminoácidos se isoeléctrico presentan en(pI). forma dipolar y se las dicemoléculas que es un deaminoácidos los aminoácidos se presentan en dipolar forma ydipolar y que se es dice es un los se presentan se dice unque zwitterión zwitterión (Figura 1.2). Una en de forma las consecuencias fundamentales de este zwitterión (Figura 1.2). Una de las consecuencias fundamentales de este (Figura Unason de muy las consecuencias fundamentales de este hecho es que hecho 1.2). es que solubles en disolventes polares, como el agua, y hecho es que son muy solubles en disolventes polares, como el agua, y poco solubles en disolventes orgánicos. son muy solubles en disolventes polares, como el agua, y poco solubles en poco solubles en disolventes orgánicos. disolventes orgánicos. Figura 1.2. Reacciones ácido-base en un aminoácido. A pH bajos los aminoácidos Figura 1.2.Reacciones Reacciones ácido-base aminoácido. A aniónica. pH bajos aminoácidos Figura 1.2. unun aminoácido. A pH bajos loslos se se encuentran en formaácido-base catiónica y en a en pH altos en su forma Alaminoácidos pH en el que se encuentran en forma catiónica y a altos pH altos enforma su forma aniónica. Alen pHelen el que encuentran forma catiónica y a pH en su aniónica. Al pH que solo sólo existe en la forma dipolar (zwitterión) se le denomina punto isoeléctrico. sólo existe la forma (zwitterión) se le denomina isoeléctrico. existe la forma dipolardipolar (zwitterión) se le denomina punto punto isoeléctrico. Los aminoácidos y las proteínas que forman poseen por tanto unas Losaminoácidos aminoácidos yy las las proteínas proteínas que que forman poseen poseen por unas Los por tanto tanto unas marcadas propiedades ácido-básicas. Todosforman los Į-aminoácidos presentan marcadas propiedades ácido-básicas. Todos los Į-aminoácidos presentan marcadas Todos los α-aminoácidos al menos propiedades dos grupos ácido-básicas. funcionales ácido-básicos, tres los que presentan tienen unaal al menos dos grupos funcionales ácido-básicos, tres los que tienen una menos grupos funcionales ácido-básicos, tres los que tienen una cadena cadenados lateral ionizable. cadena lateral ionizable. lateral ionizable. A pH bajos los grupos amino y carboxilo de un aminoácido están muy A pH bajos los grupos amino y carboxilo de un aminoácido están muy + A protonados, por lolosque su forma +H3N-CHR-COOH. A pH bajos grupos aminopredominante y carboxilo deserá un aminoácido están muy H N-CHR-COOH. A protonados, por lo que su forma predominante será + 3 protonados, por lo que su forma predominante será H3N-CHR-COOH. A 16 Aminoácidos CAPÍTULO1.AMINOÁCIDOS17 CAPÍTULO1.AMINOÁCIDOS17 ©ECU ©ECU medida que se sigue la titulación las moléculas van perdiendo sucesivamente medida que sese sigue lala titulación laslas moléculas van medida que primero sigue titulación moléculas van perdiendo dos protones; el del grupo funcional carboxilo y después elperdiendo del grupo sucesivamente dos protones; primero el del grupo funcional carboxilo sucesivamente dos protones; primero el del grupo funcional carboxiloy y amonio. después elel del grupo amonio. después del grupo amonio. Como las diferencias entre pK1 y pK2 son considerables, podemos y ypKpK son podemos Como las diferencias entre 1 1 2 2 sonconsiderables, considerables, diferencias entrepKpK suponerComo que lalas ecuación de Henderson-Hasselbach se aproxima conpodemos bastante suponer que lalaecuación dedeHenderson-Hasselbach seseaproxima con suponer que ecuación Henderson-Hasselbach aproxima fidelidad a cada tramo de titulación de la curva. Por ello, en cada pasocon de bastante fidelidad a cada tramo de titulación de la curva. Por ello, en cada bastante fidelidad a cada tramo de titulación de la curva. Por ello, en cada ionización, pK es el que corresponde al punto medio de su tramo en la curva paso dede ionización, pKpK eses elel que corresponde alal punto medio dede susu tramo enen paso ionización, que corresponde punto medio tramo titulación. En el ejemplo de la figura 1.3 debe cumplirse que para un pH lade curva dede titulación. EnEn elel ejemplo dede lala figura 1.3 debe cumplirse que para la curva titulación. ejemplo figura 1.3 debe cumplirse que para de pH 2,33, las concentraciones de la forma catiónica catiónica y zwitteriónica +H3N-CHRun dede 2,33, laslasconcentraciones un pH 2,33, concentracionesdedelalaforma forma catiónicay yzwitteriónica zwitteriónica − +COO ísean de la Ala iguales; lo mismo debe ocurrir lasocurrir concentraciones + í H3HN-CHR-COO de la Ala son iguales; lo mismo con debe ocurrircon conlaslas 3N-CHR-COO de la Ala son iguales; lo mismo debe − í 9,71 de las formas zwitteriónica y zwitteriónica aniónica H2N-CHR-COO para un pH íde para concentraciones dede laslas formas y aniónica H2HN-CHR-COO concentraciones formas zwitteriónica y aniónica 2N-CHR-COO para (Figura 1.3). un pHpH dede 9,71 (Figura 1.3). un 9,71 (Figura 1.3). Figura Curva dedetitulación de la laalanina. Los con Figura1.3. 1.3.Curva Curva titulación alanina. Losaminoácidos aminoácidos concadenas cadenas Figura 1.3. decarga titulación de lade alanina. Los aminoácidos con cadenas apolares apolares y polares sin sese ionizan de manera similar. y polares sinionizan carga manera similar. yapolares polares sin carga se deionizan manerade similar. ElEl punto isoeléctrico, pI,pI, debe dede ser, por tanto: punto isoeléctrico, debe por tanto: El punto isoeléctrico, pI, debe ser, ser, por tanto: pIpI pKpK pK 2 1 1 pK 2 22 Donde pK1 y pK2 son las constantes de disociación de las ionizaciones Donde constantes disociación dedelaslas 1 1y ypK 2 2son DondepK pK pK sonlaslasrespectivamente constantesdede(Figura disociación de los grupos carboxilo y amonio, 1.2). Para los ionizaciones dede loslos grupos carboxilo y amonio, respectivamente (Figura 1.2). ionizaciones grupos carboxilo y amonio, respectivamente (Figura 1.2). aminoácidos ácidos (Asp y Glu), equivalen a pK1 y pKR, mientras que para los pKR, Rmientras Para aminoácidos ácidos (Asp equivalen 1 y Paraloslos aminoácidos ácidos (Aspyy yGlu), Glu), equivalena apKpK , mientras 1 y pK básicos (Arg, His y Lys) serían pK pK . R 2 pK2. 2. que para loslos básicos (Arg, His y Lys) serían pKpK R y que para básicos (Arg, His y Lys) serían R y pK Una consecuencia inmediata de lo anteriormente explicado es que los Una Unaconsecuencia consecuenciainmediata inmediatadedeloloanteriormente anteriormenteexplicado explicadoesesque que aminoácidos nunca asumen en en disolución acuosa su su forma neutra. los aminoácidos nunca asumen disolución acuosa forma neutra. los aminoácidos nunca asumen en disolución acuosa su forma neutra. 17 Jerarquía estructural de las proteínas 18JERARQUÍAESTRUCTURALDELASPROTEÍNAS ©ECU 1.2 1.2clasificación CLASIFICACIÓN El método más común y probablemente más sencillo de clasificar los El método más común y probablemente más sencillo depolaridad clasificar de los 20 aminoácidos presentes en las proteínas naturales es por la 20 aminoácidos presentes en las proteínas naturales es por la polaridad sus cadenas laterales, R. Este modo de agrupar los aminoácidos obedece de al sus cadenas laterales, R. Este modo de agrupar los aminoácidos obedece al hecho de que en el proceso de plegamiento hacia la conformación nativa de hecho de que en el proceso de plegamiento hacia la conformación nativa de la proteína, esta va enterrando sus cadenas laterales hidrófobas para evitar el la proteína, ésta va enterrando sus cadenas laterales hidrófobas para evitar contacto con el agua, a la vez que expone los residuos cargados hacia el medio el contacto con el agua, a la vez que expone los residuos cargados hacia el externo. este puntoeste de vista entonces, grupos tres principales medio Desde externo. Desde puntoexisten, de vista existen, tres entonces, grupos deprincipales aminoácidos. de aminoácidos. 1.2.1Cadenas Cadenaslaterales laterales apolares 1.2.1 apolares acuerdo concriterio este de criterio de clasificación tenemos nueve DeDe acuerdo con este clasificación tenemos nueve aminoácidos aminoácidos con cadenas apolares. El deesmenor tamaño lacuya glicina (Gly, con cadenas apolares. El de menor tamaño la glicina (Gly,es G), cadena G), cuya lateral es un La átomo de hidrógeno. La alanina A), lateral es uncadena átomo de hidrógeno. alanina (Ala, A), valina (Val, V), (Ala, leucina valina (Val, V), leucina (Leu, L) e isoleucina (Ile, I) poseen cadenas (Leu, L) e isoleucina (Ile, I) poseen cadenas alifáticas de diferentes longitudes. alifáticas de diferentes longitudes. La metionina (Met, M) presenta un La metionina (Met, M) presenta un átomo de azufre en su cadena. La prolina átomo de azufre en su cadena. La prolina (Pro, P), con una cadena cíclica, (Pro, P), con una cadena cíclica, destaca por sus restricciones conformacionales. destaca por sus restricciones conformacionales. La fenilalanina (Phe, F), La fenilalanina (Phe, F), con su radical bencilo y el triptófano (Trp, W), con su con su radical bencilo y el triptófano (Trp, W), con su cadena indólica, son cadena indólica,deson aminoácidos de(Figura cadena1.4). aromática (Figura 1.4). aminoácidos cadena aromática Figura 1.4. Fórmulas y símbolos de los aminoácidos con cadena lateral apolar. Figura 1.4. Fórmulas y símbolos de los conpara cadena apolar. Se Se recogen las fórmulas y símbolos de aminoácidos una y tres letras los Į-lateral L-aminoácidos de recogen fórmulas y símbolos de una y tres letras para los α-l-aminoácidos de cadena cadenalas apolar en su forma neutra. apolar en su forma neutra. 18 ©ECU CAPÍTULO1.AMINOÁCIDOS19 ©ECU CAPÍTULO1.AMINOÁCIDOS19 Aminoácidos 1.2.2 Cadenas Cadenaslaterales lateralespolares polaressin sincarga carga 1.2.2 1.2.2 Cadenas laterales polares sin carga Eneste estegrupo grupotenemos tenemosseis seisaminoácidos. aminoácidos.La Laasparagina asparagina (Asn,N)N)y yla En (Asn, la glutamina (Gln, Q) presentan cadenas laterales amida. La serina (Ser, glutamina Q) presentan cadenas laterales amida. La serina (Ser, y la En (Gln, este grupo tenemos seis aminoácidos. La asparagina (Asn,S)N) y S) y la treonina (Thr,T) poseen grupos hidroxilo. La tirosina (Tyr, Y) posee treonina (Thr,T)(Gln, poseen grupos hidroxilo. Lalaterales tirosina amida. (Tyr, Y)La posee un anillo la glutamina Q) presentan cadenas serina (Ser, un anillo fenólico junto aaromáticos los gruposdearomáticos de es la responsable Phe y Trp es fenólico junto(Thr,T) aque, los grupos la Phe Trp, de S) y la que, treonina poseen grupos hidroxilo. Laytirosina (Tyr, Y) posee responsable de casi todaenlalaabsorbancia enlalafluorescencia región UV y mostrada la fluorescencia casi toda la absorbancia región UV y por las un anillo fenólico que, junto a los grupos aromáticos de la Phe y Trp es mostrada por las proteínas. La cisteína (Cys, C) presenta un grupo tiólico proteínas. La cisteína (Cys,laC)absorbancia presenta unen grupo tiólicoUV queylelapermite formar responsable de casi toda la región fluorescencia que le permite formar puentes disulfuro con cadenas laterales de otras Cys puentes disulfuro cadenasLa laterales de(Cys, otras C) Cyspresenta (Figura 1.5). mostrada por lascon proteínas. cisteína un grupo tiólico (Figura 1.5). que le permite formar puentes disulfuro con cadenas laterales de otras Cys (Figura 1.5). Figura de los aminoácidos con cadena polar polar sin carga. Figura1.5. 1.5.Fórmulas Fórmulasy símbolos y símbolos de los aminoácidos con cadena sin Se recogen las fórmulas y símbolos de una y tres letras para los αl-aminoácidos de carga. Se recogen las fórmulas y símbolos de una y tres letras para los Į-Lcadena carga enpolar forma neutra. Figurapolar 1.5. sin Fórmulas ysusímbolos de aminoácidos aminoácidos de cadena sin carga en los su forma neutra. con cadena polar sin carga. Se recogen las fórmulas y símbolos de una y tres letras para los Į-Laminoácidos de cadena polar sin carga en su forma neutra. 1.2.3 Cadenas laterales polares con carga 1.2.3 Cadenas laterales polares con carga 1.2.3 Cadenas polares carga Este último grupo laterales lo forman cinco aminoácidoscon (Figura 1.6): dos último lo forman cinco aminoácidos (Figura 1.6): dos ácidos,Este como son grupo el ácido aspártico (Asp, D) y el glutámico (Glu, E)ácidos, y tres Este último grupo lo forman cinco aminoácidos (Figura 1.6): dos como sonlaellisina ácido (Lys, aspártico D) y (Arg, el glutámico (Glu, E) y(His, tres H). básicos, la básicos, K), la(Asp, arginina R) y la histidina ácidos, como son el ácido aspártico (Asp, D) y el glutámico (Glu, E) y tres lisina (Lys, K), la arginina (Arg, R) y la histidina (His, H). básicos, la lisina (Lys, K), la arginina (Arg, R) y la histidina (His, H). Figura 1.6. Fórmulas y símbolos de los aminoácidos con cadena polar cargada. Figura 1.6. Fórmulas y símbolos de los aminoácidos con cadena polar cargada. Figura 1.6. Fórmulas y símbolos de los aminoácidos con cadena polar cargada. 19 Jerarquía estructural de las proteínas 20JERARQUÍAESTRUCTURALDELASPROTEÍNAS ©ECU 1.3 1.3nomenclatura NOMENCLATURA En las figuras 1.4, 1.5 y 1.6 se han indicado las abreviaturas de tres y las figuras 1.4, 1.5 y 1.6 se aminoácidos han indicado que las abreviaturas deen tres una letraEn correspondientes a los veinte se encuentran lasy una letra correspondientes a los veinte aminoácidos que se encuentran en proteínas naturales. Es importante memorizarlos, pues en todos los tratados las proteínas naturales. Es importante memorizarlos, pues en todos los o publicaciones de bioquímica se recogerá una u otra forma de referirse a los tratados o publicaciones de bioquímica se recogerá una u otra forma de distintos residuos. El código de una letra se usa más a menudo para comparar referirse a los distintos residuos. El código de una letra se usa más a secuencias de aminoácidos de diferentes proteínas. menudo para comparar secuencias de aminoácidos de diferentes proteínas. EsMencionar, necesario asimismo, mencionar,que asimismo, muchas veceslos aparecerán muchas que veces aparecerán símbolos Asx, que hacen referencia tanto a Glu o Gln en el primer los símbolos Glx y Glx y Asx, que hacen referencia tanto a Glu o Gln en el primer caso, como caso, en el segundo. a la propia experiencia Asp como o AsnAsp en oelAsn segundo. Esto se Esto debesea debe la propia experiencia en el enlaboratorio, el laboratorio, como indicaremos en capítulo el capítulo siguiente, durante puespues como indicaremos en el siguiente, durante el elproceso procesode dehidrólisis hidrólisisde de proteínas proteínas lala Asn Asn yy la la Gln Gln se se oxidan oxidan aa Asp Asp yy Glu, Glu, respectivamente; respectivamente;por porloloque queaapriori priorino nopodemos podemos saber saber si si un un residuo residuo de de Asp Asp detectado Asn. detectadoera erarealmente realmenteAsp Aspo oproviene provienededeuna una Asn. En En los los polipéptidos, polipéptidos, los los nombres nombres de de los los residuos residuos se se nombran reemplazando reemplazandoelelsufijo sufijo-ina -inade desu sunombre nombrepor por -il. -il. Las Las cadenas cadenas se se describen empezando aa la la izquierda y empezandopor porelelextremo extremoamino, amino,o oN-terminal, N-terminal,que quequedará quedará izquierda se sigue el orden al extremo carboxilo, o C-terminal. Este sey sigue el orden hastahasta llegarllegar al extremo carboxilo, o C-terminal. Este último último se residuo se nombra su aminoácido de(Figura origen 1.7). (Figura 1.7). residuo nombra como sucomo aminoácido de origen Figura 1.7. Ejemplo de un tripéptido. Se representa el tripéptido alanil-fenilalanilFigura deseun tripéptido. Se representa el tripéptido glicina.1.7. En Ejemplo abreviatura escribiría Ala-Phe-Gly si se utilizan las tres alanil-fenilalanilletras, o AFG si glicina. En abreviatura se escribiría Ala-Phe-Gly si se utilizan las tres letras, o AFG si se se emplean los símbolos de una sola letra. emplean los símbolos de una sola letra. 1.4 ACTIVIDAD ÓPTICA Como ya hemos dicho, todos los aminoácidos, con excepción de la 1.4 actividad óptica Gly, presentan actividad óptica; es decir, que desvían el plano de la luz Comoen yauna hemos dicho, todos los aminoácidos, con excepción de la Gly, polarizada determinada dirección. presentan actividad óptica; es decir, que desvían el plano de la luz polarizada en una determinada dirección. 20
