AMINOÁCIDOS

AMINOÁCIDOS
Constituyen el alfabeto de expresión de la
información codificada en el genoma de un sistema
biológico. Determinan propiedades fisicoquímicas y
funcionales de importancia en las proteínas. Existen más
de 150 aminoácidos entre los cuales 20 son los más
frecuentes en los péptidos biológicos.
Características.
Se pueden considerar como una amina carbóxilada.
Formados por un grupo COOH libre y un grupo amino libre e
insustituible en el átomo de carbono alfa. Difieren entre sí en
la estructura de sus cadenas laterales (R).
Clasificación.
Su clasificación depende de la naturaleza de sus
cadenas laterales (R).
1:- Grupos R no polares o hidrofóbicos.
2:- Grupos R polares sin carga.
3:- Grupos R con carga positiva.
4:- Grupos R con carga negativa.
Aminoácidos con R apolares.
Esta familia contiene 5 aminoácidos con grupos R,
que son hidrocarburos alifáticos (alanina, leucina, isoleucina,
valina y prolina) y dos con anillos aromáticos (fenilalanina y
triptófano) y uno que contiene azufre (metionina). Son poco
solubles en agua. El más apolar es la alanina.
Aminoácidos con R polares sin carga.
Son más soluble en agua. Sus grupos R contienen
grupos funcionales polares neutros que pueden establecer
enlaces de H con el agua. La polaridad de la serina, treonina y
tirosina, se deben a sus grupos OH.
La polaridad de la
asparagina y glutamina a sus grupos amídicos y de la cisteina
al grupo tiol ( -SH).
Aminoácidos con R con carga positiva.
Llamados aminoácidos básicos. Sus grupos R presentan
carga + a pH 7,0. Todos contienen 6 átomos de carbono.
Forman parte la lisina, arginina y la histidina.
Aminoácidos con R con carga negativa.
Los miembros de este grupo son el ácido aspártico y
glutámico. Cada uno presenta un segundo grupo COOH
ionizado negativamente a pH 7,0.
Aminoácidos poco frecuentes.
Todos son derivados de los aminoácidos corrientes.
Encontramos a la 4-hidroxiprólina e hidroxilisina presentes
en el colágeno. La desmosina e isodesmosina presentes en la
proteína fibrosa elastina.
Aminoácidos no proteicos.
Grupo formado por 150 aminoácidos. Se
presentan en diferentes células y tejidos en forma libre o
combinada, pero nunca en las proteínas. Actúan como
precursores en el metabolismo. Ej: ß-alanina, precursor de
la vitamina ácido pantoténico, la homocisteina y
homoserina, intermediarios en el metabolismo de los
aminoácidos. La citrulina, ornitina, ácido - gama aminobutírico, D-alanina, D-serina. En hongos y plantas
superiores abundan la canavanina, ácido dyencólico y la ßcianolanina.
Propiedades ácido-base de los aminoácidos.
Es utilizada para la comprensión y el análisis de las
propiedades de las proteínas en las técnicas de separación,
identificación y valoración cuantitativa de los diferentes
aminoácidos.
Generalidades.
1:- El grupo alfa COOH de los ácidos monoamino monocarboxílicos es un ácido más fuerte que el grupo COOH
de los ácidos alifáticos comparables. Ej: ácido acético.
2:- El grupo alfa amino de los ácidos monoamino monocarboxílicos es un ácido más fuerte (base débil), que el
grupo amino de las aminas alifáticas comparables.
3:- Todos los aminoácidos con grupo R sin carga presentan
semejantes valores de pK´1 y pK´2.
4:- Ninguno de los aminoácidos monoamino monocarboxílicos presentan tamponamiento en la zona de pH
fisiológico (pH 6,0 - 8,0).
Estereoquímica de los aminoácidos.
Todos los aminoácidos excepto la glicina, presentan
actividad óptica, que varia con e l pH. La rotación de un
aminoácido monoamino - monocarboxílico alcanza su máximo
poder levorrotatorio, cuando se halla en su forma isoleléctrica.
La rotación específica de un aminoácido dependerá de la
naturaleza de su grupo R.
Características.
1:- El grupo amino del átomo de carbono asimétrico de un
aminoácido es comparable al grupo OH del gliceraldehido.
2:- El grupo COOH del aminoácido puede compararse con el
grupo CHO del gliceraldehido.
3:- El grupo R del aminoácido puede compararse con el
CH2OH del gliceraldehido.
Características.
4:- Los estereoisómeros de todos los aminoácidos se
relacionan estereoquímicamente con el L-gliceraldehido. Se
designan como L - aminoácidos, independiente de la
dirección de la luz polarizada que muestran los isómeros.
5:- La mayor parte de los aminoácidos encontrados en la
naturaleza pertenecen a la serie estereoquímica L.
6:- Los aminoácidos que presentan 2 átomos de carbono
asimétricos (treonina, isoleucina) muestran
cuatro
estereoisómeros, dos de los cuales se asignan como
diasteroisómeros o formas alo.
Espectros de absorción.
Ninguno de los 20 aminoácidos presentes en las
proteínas absorbe luz en el espectro visible, sin embargo la
treonina, triptofano y fenilalanina absorben en el espectro de
luz ultravioleta.
Estructura de los péptidos.
Están formados por dos o más restos de aminoácidos
y se asignan como dipéptido, tripéptido, etc. Considerados
como productos de la hidrólisis parcial de cadenas
polipeptídicas de proteínas.
Enlace peptídico.
Enlace covalente que estabiliza las estructuras de las
proteínas. El enlace C - N del enlace peptídico posee un
40%de carácter de enlace doble y enlace C=O, presenta un
40% de carácter simple. Este enlace muestra un elevado
grado de estabilización por resonancia.
El grupo imido (-NH-) del enlace peptídico no se
ioniza en el intervalo de pH entre 0 a 14. El enlace C-N del
enlace peptídico es relativamente rígido y no puede girar
libremente.
Péptidos de origen no proteíco.
Estos péptidos difieren en estructura de los derivados
de las proteínas. Entre éstos se encuentra el glutatión, donde
enlace peptídico se produce con el grupo gama COOH del
ácido glutámico. La carnosina, dipéptido muscular que
contiene ß - aminoácidos. El antibiótico tirocidina, que
contiene D- aminoácidos. Otros péptidos no proteícos lo
constituyen algunos con función hormonal.Ej: la oxitocina,
vasopresina, bradiquinina, gramicidina y valinomicina.
Propiedades Ac.-bases de los péptidos.
Presentan puntos de fusión elevados, al igual que los
aminoácidos y
cristalizan como iones bipolares. Su
comportamiento ácido - base está determinado por el alfa
amino libre del resto N-terminal, por el grupo alfa COOH
del resto C-terminal y por los grupos R.
Propiedades ópticas de los péptidos.
En los péptidos cortos, la actividad óptica total
observada es unas función aditiva aproximada de las
actividades ópticas de los restos de aminoácidos
componentes.
Configuración y conformación de las
proteínas
Entiendase por configuración a la ordenación en el
espacio de los grupos sustituyentes en los estereoísomeros con
ruptura de uno o más enlaces covalentes. El termino
conformación se refiere a la ordenación espacial de los grupos
sustituyentes libres, de adoptar diferentes posiciones sin
producir ruptura de los enlaces covalentes.
Las proteínas se pueden clasificar en fibrilares y en
globulares.
Proteínas fibrilares.
Son abundantes en la naturaleza, son más simples que
las proteínas globulares. Sus cadenas polipeptídicas se ordenan a
lo largo en una sola dimensión. Ej: queratinas y el colágeno.
Queratinas.
Proteínas insolubles en agua. Se encuentran en la piel, el
pelo, la lana, las escamas, las plumas, etc. Existen dos clases de
queratinas: las alfa y beta queratinas.
Las alfa queratinas son ricas en restos de cistina (22%),
son muy resistentes, Ej: las que se encuentran en los cuernos y
uñas. Las beta queratinas, no contienen cistina, pero abunda la
glicina, alanina y serina. Se encuentran en las fibras hiladas por
las arañas y los gusanos de seda
Hélice alfa.
Representa la estructura secundaria de las alfa
queratinas. Formada por 3.6 restos de aminoácidos por
vuelta. Los grupos R con carga de los aminoácidos se
proyectan hacia el exterior de la hélice. Este tipo de
hélice permite la formación de enlaces de hidrógenos
intracatenarios entre vueltas consecutivas. Estas estructuras
pueden formarse con L y D aminoácidos, pero nunca con
una mezcla de ambos. Sin embargo, las formas L son las
más estables y dextrorrotatorias. Se caracterizan por
ser ricas en cistina, por lo que establecen enlaces
transversales y estabilizan la estructura.
Existen
aminoácidos que fortalecen su formación, otros que la
desestabilizan y la rompen.
Beta queratinas.
Las cadenas polipeptídicas se disponen en haces
paralelos dispuestas en lámina plegada, que se unen
transversalmente por enlaces de H intracatenarios. Los
grupos R se hallan por encima o por debajo de los
planos zig - zag de la lámina plegada. Sus aminoácidos
están constituidos por R pequeños (glicina, alanina).
Las cadenas polipeptídicas adyacentes son antiparalelas
y no presentan enlaces S-S transversales.
Colágeno.
Proteína fibrosa de los animales, presentes en el
tejido conectivo. Contiene alrededor de un 25% de glicina,
11% de alanina, 12% de prolina y 9% de hidroxiprolina.
La estructura secundaria es de una triple hélice de cadenas
polipeptídicas, cada una de las cuales es una hélice de tres
restos arrollada hacia la izquierda, las que se unen por
enlaces de H. El colágeno se constituye por subunidades
llamadas tropocolageno, de triple hebra, que se unen
transversalmente por
restos de
deshidrolisin nonorleucina. Estas subunidades se disponen cabeza con
cola en haces paralelos.
Otras proteínas ß-queratinas.
1:- Elastina. Proteína del tejido conjuntivo elástico de los
ligamentos. Sus cadenas polipeptídicas se hallan unidas
covalentemente, a través de restos de desmosina y de
isodesmosina.
2:- La esclerotina. Proteína estructural del exoesqueleto de
los insectos.
3:- Resilina. Proteína que se encuentra en las articulaciones
de alas de algunos insectos. Son muy elásticas.
Proteínas globulares. Estructura terciaria.
Proteínas complejas, donde las cadenas polipeptídicas se
pliegan en estructuras tridimensionales compactas.
Ej: mioglobina, hemoglobina, lisozima, ribonucleasa,
quimotripsina, carboxipéptidasa A, citocromo C,
lactodeshidrógenasa y la subtilisina.
Características estructurales.
1:- Presentan un plegamiento compacto, con con poco espacio
para algunas moléculas de agua.
2:- Los grupos R polares se ubican en la superficie externa.
3:-Los grupos R hidrofóbicos se ubican en el interior de la
molécula.
4:- La mayor parte de las proteínas globulares presentan
estructuras de hélice alfa, conformación beta.
Mioglobina.
Proteína globular formada por 153 restos de
aminoácidos. Contiene un grupo hemo ferroporfirínico
idéntico al de la hemoglobina, capaz de experimentar
oxigenación y desoxigenación reversible, además de aumentar
la velocidad de difusión del oxígeno a través de las células. Se
presenta en el músculo esquelético y en mamíferos buceadores:
ballena, foca, morsa.
Lisozima.
Proteína de clara de huevo. Hidróliza enlaces
glucosídicos de polisacáridos complejos presentes en las
paredes bacterianas. Constituida por 120 restos de
aminoácidos en una sola cadena polipeptídica estabilizada con
cuatro enlaces cruzados intracadena de cistina. Esta proteína
se constituye sólo por un 25% de aminoácidos que favorecen
la estructura de hélice alfa.
Citocromo c.
Es una hemoproteína con 4 segmentos en hélice alfa y
estructuras de cadena extendida, que forman una hendidura
central.
Ribonucleasa.
Se caracteriza por presentar una hendidura superficial,
que representa el centro activo de la enzima. Constituida por
pocas formas de hélice alfa y con gran cantidad de estructuras
beta.
Estabilización de las estructuras terciarias.
1:- Los enlaces de H entre grupos peptídicos, como sucede en la
hélice alfa o en el plegamiento ß.
2:- Los puentes de hidrógeno entre grupos R.
3:- Las interacciones hidrofóbicas entre grupos no polares.
4:- Los enlaces iónicos entre grupos cargados positivamente y
negativamente.
Desnaturalización de las proteínas globulares.
Las proteínas globulares nativas experimentan
desnaturalización frente a la acción de elevadas temperaturas,
tratamiento con ácidos o bases, elevadas concentraciones de
urea o cloruro de guanidinio. Generando conformaciones
desplegadas y al azar de sus cadenas polipeptídicas. Este
cambio produce perdida de su actividad biológica. Sin
embargo, pueden recuperar su actividad biológica.
Estructura cuaternaria.
Estructura predominante de las proteínas oligoméricas,
es decir, las que están constituidas por dos o más cadenas
polipeptídicas separadas (subunidades) Ej: La hemoglobina.
Hemoglobina.
Proteína oligomérica constituida por 4 cadenas
polipeptídicas. Dos cadenas alfa (141 restos) y dos cadenas
beta (146 aminoácidos). A cada cadena se une un resto hemo
por enlace no covalente.
Características.
1:- Las cadenas alfa y beta son muy semejantes y presentan
un 70% de carácter helicoidal.
2:- Su función es unir el oxígeno molecular de modo
reversible en los glóbulos rojos, almacenarlo y transportarlos
a los tejidos.
3:- Presenta una cavidad central formada por grupos R
polares.
4:- En la mayor parte de las hemoglobinas existe una
histidina cuyo grupo R se coordina con el átomo de hierro
del grupo hemo.