Aminocidos y ProtenasEstructura

Autor: Prof. Mario Morosano

Aminocidos y ProtenasContenidosProtenas: Definicin.

Aminocidos: Estructura General-Grupos funcionales en el Carbono (Alfa).

Concepto de Isomera ptica-Formas L y D- Aplicacin a los aminocidos.

Caractersticas de la cadena lateral-Reconocimiento y clasificacin de los aminocidos por su cadena lateral.

Propiedades cido-bsicas de aminocidos. Influencia del pH sobre las cargas.

Aminocidos y ProtenasContenidos (continuacin)Concepto de punto isoelctrico.

Unin Peptdica-Concepto de Hidrlisis.

Niveles de organizacin estructural de las Protenas: Estructuras Primaria, Secundaria, Terciaria y Cuaternaria.

Funciones biolgicas de las Protenas-Relacin estructura/funcin.

Concepto de desnaturalizacin. Agentes que la producen

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Protenas - DefinicinLas Protenas son Biopolmeros constituidos por unidades monomricas bsicas denominadas Aminocidos.

Son macromolculas, compuestos de elevado peso molecular.

Son polmeros de 20 aminocidos que se encuentran en el organismo.

Protenas y Pptidos: FuncionesCatlisis Enzimtica.

Transporte y Almacenamiento.

Soporte Mecnico-Funciones Estructurales.

Proteccin Inmunitaria.

Coagulacin.

Control de Crecimiento y Diferenciacin.

Funciones Hormonales (protenas reguladoras).

Receptores y Canales de Membrana.

Contractilidad y Motilidad.

Aminocidos - Estructura General Tienen una estructura general comn.

Consiste en un tomo de Carbono (Alfa) al que estn unidos:

Un cido carboxlico.Un grupo aminoUn tomo de hidrgeno Una cadena lateral RCAcido Carboxlicotomo de HidrgenoGrupo AminoCarbono (Alfa)Cadena LateralR

Aminocidos - Estructura GeneralLa cadena lateral R es diferente para cada uno de los 20 aminocidos.

El tomo de Carbono se encuentra en el centro de un tetrahedro con los cuatro sustituyentes en los cuatro vrtices.C NH3COOHHR

El Carbono es AsimtricoEst unido por cada una de sus cuatro valencias a tomos o grupos de tomos diferentes.

Esta afirmacin se cumple para todos los aminocidos excepto para la glicina cuya cadena lateral es slo un tomo de Hidrgeno.

Le confiere a la molcula actividad ptica, es decir capacidad para girar el plano de la luz polarizada.C NH3COOHHR

L y D AminocidosLas configuraciones absolutas de los sustituyentes en torno al Carbono (marcado con el crculo celeste) comparadas con las del Carbono asimtrico de la molcula de Gliceraldehido (marcado con el crculo rojo) determinan la pertenencia a la familia L D.

Si el grupo amino se encuentra a la izquierda (como el oxhidrilo del Carbono asimtrico del L-Gliceraldehido), el aminocido pertenece a la familia L. Si est a la derecha, corresponde a la familia D.CCOHHOHCHHOHCCOHOHHCHHOHL-GliceraldehidoD-GliceraldehidoCH2NHCOOHCHHHCNH2HCOOHCHHHL-AlaninaD-Alanina

L y D AminocidosLos aminocidos encontrados en las protenas del organismo son L - Aminocidos.

La capacidad de hacer girar el plano de la luz polarizada hacia la derecha (dextro-rotatorio) a la izquierda (levo-rotatorio), es independiente de la pertenencia a las series D o L.

En el caso de los Dextrorrotatorios se anotan con el signo + . Los Levorrotatorios se anotan con el signo -

Aminocidos Clasificacin segn la estructura de la cadena lateralAminocidos de cadena lateral aliftica no polarGlicinaAlaninaValinaLeucinaIsoleucinaCadena Lateral RamificadaMetilotomo de Hidrgeno

Aminocidos - Clasificacin Aminocidos con anillos aromticosFenilalaninaTirosinaTriptofanoGrupo IndlicoGrupo bencnicoGrupo Fenol

Aminocidos - Clasificacin Aminocidos con grupos R azufradosCistenaMetioninaGrupo TiolMetilo

Aminocidos - Clasificacin Aminocidos cidos y sus AmidasAcido AsprticoAsparraginaAcido GlutmicoGlutaminaGrupo Amida cido Carboxlico

Aminocidos - Clasificacin Aminocidos BsicosArgininaLisinaHistidinaGrupo Amino en Carbono (Epsilon)Grupo GuanidinoGrupo Imidazol

Aminocidos - Clasificacin Aminocidos de cadena lateral aliftica con grupos hidroxilosSerinaTreoninaAlcohol PrimarioAlcohol Secundario

IminocidoProlina

Aminocidos Clasificacin segn su polaridadApolares: Valina, Leucina, Isoleucina, Alanina, Cistena, Metionina, Fenilalanina , Prolina y Triptofano.

De polaridad intermedia: Glicina, Tirosina, Treonina, Serina.

Polares: Lisina, Arginina, Histidina, Glutamato, Aspartato, Glutamina, Asparagina.

Aminocidos EsencialesEsenciales: Valina Leucina Isoleucina Fenilalanina Triptofano Lisina Treonina Metionina.

Relativamente Esenciales: Arginina Histidina.

Aminocidos Derivados Cistina.Hidroxiprolina.Hidroxilisina.Desmosina.Isodesmosina.cido Gama Carboxi Glutmico.

Propiedades cido-BaseLos Aminocidos tienen por lo menos dos grupos ionizables en su estructura (son los grupos funcionales de su estructura general comn).C+H3NHCOO-CH3L-AlaninaCOO-RCOOHRNH3+R+ H+NH2 + H+R

Propiedades cido-BaseEl cido carboxlico y el ion amonio (en amarillo y verde respectivamente) son los miembros protonados de esos equilibrios.El grupo amino y el ion carboxilato son las bases conjugadas o aceptores de protones.C+H3NHCOOHCH3L-AlaninaCOO-RCOOHRNH3+R+ H+NH2 + H+Rcido CarboxlicoIon AmonioIon CarboxilatoGrupo Amino

A pH biolgico (7.4) los grupos carboxlicos existen casi completamente como su base conjugada el ion carboxilato (en blanco).Al mismo pH, los grupos amino se encuentran como grupos protonados amonio (en verde).Propiedades cido-BaseC+H3NHCOO-CH3L-AlaninaCOO-RCOOHRNH3+R+ H+NH2 + H+Rcido CarboxlicoIon CarboxilatoIon AmonioGrupo Amino

Propiedades cido-BaseLos aminocidos se encuentran ionizados en soluciones acuosas como se puede observar en la estructura de la L-Alanina en el panel superior izquierdo.

Como al pH biolgico contienen cargas positivas y negativas sobre la misma molcula, se dice que son iones dipolares, anfolitos o anfteros (zwitterion).

Pueden comportarse como cidos o como bases.C+H3NHCOO-CH3L-AlaninaCOO-RCOOHRNH3+R+ H+NH2 + H+R

Propiedades cido-BaseEn soluciones cidas fuertes (la flecha roja hacia la izquierda del grfico), el ion dipolar (en este caso la Alanina), capta un protn en su grupo carboxilato (en amarillo). Se comporta como base y el aminocido adquiere carga positiva.

En soluciones alcalinas fuertes (hacia la derecha del grfico) el protn del ion amonio (en verde) es cedido al medio. Se comporta como cido y el aminocido se carga negativamente.

La carga neta de un aminocido depende del pH del medio en el que se encuentra disuelto.C+H3NHCOO-CH3L-AlaninaC+H3NHCOOHCH3C H2NHCOO-CH3[H+][H+]

Propiedades cido-BaseExiste un valor de pH en el cual la disociacin de cargas positivas y negativas se iguala y por lo tanto la carga neta es 0. Este valor de pH es el denominado Punto Isoelctrico.C+H3NHCOO-CH3Carga +C+H3NHCOOHCH3C H2NHCOO-CH3[H+][H+]Carga -Carga 0

Unin PeptdicaEn los pptidos y protenas los bloques constituyentes, los aminocidos, estn unidos por medio de enlaces covalentes que se establecen entre el grupo carboxilo de uno con el grupo amino de otro.

En el proceso de unin se pierde una molcula de agua y el enlace resultante es de tipo amida.

Al conformar las molculas peptdicas los aminocidos se convierten en residuos de aminocidos.CH2NHCOOHCH3L-AlaninaC NHCOOHCH3L-AlaninaHHCH2NHCOOCH3C NHCOOHCH3H+H2OEnlace Peptdico

Estructura del Enlace Peptdico

El enlace peptdico tiene algunas propiedades muy importantes para la estructura de las protenasEs ms rgido y corto que un enlace C-N simple.

Posee carcter parcial de doble enlace: no se permite giro alrededor del enlace -C-N-. No hay libertad de rotacin en los enlaces que unen al carbono carbonlico y al nitrgeno.

Los tomos que participan (O, C, N, H) son co-planares. La rigidez generada por el enlace peptdico impone ciertas condiciones a las estructuras superiores de las protenas.

El grupo de tomos alrededor del enlace peptdico puede adoptar dos configuraciones posibles: trans y cis.

Estructura del Enlace Peptdicotomo de Oxgenotomo de Nitrgenotomo de Carbono RRCarbono CarbonlicoCadena Lateraltomos Coplanares del enlace peptdicoEnlaces de libre rotacin

Unin PeptdicaSi se unen dos aminocidos se forma un dipptido con una sola unin peptdica.

Los pptidos y las protenas tienen una direccin. El primer residuo es el que corresponde al extremo amino-terminal; el ltimo es el que posee el carboxilo terminal.CH2NHCOOHCH3L-AlaninaC NHCOOHCH3L-AlaninaHHCH2NHCOOCH3C NHCOOHCH3H+H2ODipptido Alanil-Alanina

PptidosLos aminocidos presentes en los pptidos se llaman residuos de aminocidos. Se nombran reemplazando los sufijos - ato, - ina de los aminocidos libres por ilo il. (glutamilo leucilo alanilo).

Por ejemplo el tripptido formado por Alanina, Cisteina y Glicina se nombra: Alanil-Cisteinil-Glicina . La terminacin ina de la Glicina denota que el carboxilo alfa de ella no participa en la formacin de un enlace peptdico.

Como los pptidos tienen direccin, en el ejemplo anterior el residuo Alanilo es el que corresponde al extremo amino terminal (el comienzo del pptido).

La Glicina posee el carboxilo terminal, es decir que constituye el final de la molcula.

PptidosEn caso de ser tres los aminocidos constituyentes, se forma un tripptido, con dos enlaces peptdicos.Una molcula con varios aminocidos es un polipptido (entre 10 y 50).El lmite entre polipptidos y protenas se ha establecido en un peso molecular de 6000 D ( el correspondiente a la Insulina que tiene unos 50 aminocidos).CysTyrPheGluAspCysSSProArgGliH2NCOO-123456789 Este Nonapptido posee Cistena en su comienzo y Glicina en su extremo final, carboxilo-terminal. Posee adems un puente disulfuro entre las Cistenas en posicin 1 y 6.

HidrlisisLa ruptura de los enlaces covalentes peptdicos por medio de molculas de agua se denomina Hidrlisis.

Se puede efectuar calentando a 110 en un fuerte medio cido o bsico o por medio de enzimas ( Enzimas Digestivas: Tripsina Quimotripsina - Carboxipeptidasa).

En la hidrlisis se reconstituyen los grupos amino y carboxilo a partir de los cuales se forman los enlaces peptdicos.CysTyrPheGluAspCysSSProArgGliH2NCOO-H2OH2OH2OH2OH2OCOO-COO-H2NH2N

Pptidos y ProtenasPropiedades cido-BaseLas propiedades cido-bsicas de los pptidos y las protenas dependen mnimamente de los grupos carboxilo y amino terminales y fundamentalmente de los grupos ionizables de las cadenas laterales de los residuos de aminocidos que las componen.

Del mismo modo como ocurre con los aminocidos en forma individual, el pH influye sobre la carga neta de los pptidos.

A un pH superior al PI de una protena, sta estar cargada negativamente. A un pH inferior al PI tendr carga positiva.

Propiedades cido-BaseLa fuerza cida relativa de los grupos ionizables (su tendencia a disociar un protn) se puede expresar en trminos del Logaritmo negativo de su constante de disociacin o pK.

El pK para los grupos amino de los aminocidos se encuentra entre 9 y11. El pK de los grupos carboxilo se halla entre 2 y 3.

Para los aminocidos que tienen un solo grupo carboxilo y amino (por ejemplo la Alanina), el punto isoelctico se calcula sumando los dos pK de los grupos ionizables y dividiendo por dos.

Para los aminocidos que poseen un grupo ionizable en su cadena lateral, el procedimiento de clculo es ms complejo. Se deben sumar los pK de los grupos que se encuentran a un lado y otro de la especie isoinica y luego se divide por dos.

Protenas Conjugadas: Ejemplos

Protenas Niveles de Jerarqua EstructuralEstructura Primaria: nmero, calidad y secuencia de aminocidos en una cadena polieptdica.

Estructura Secundaria: plegamiento de segmentos cortos contiguos (hasta 30 residuos) en unidades ordenadas.Estructura Super-secundaria (Motifs): Combinacin de estructuras secundarias.

Estructura Terciaria: disposicin espacial de toda la estructura polipeptdica.Dominios

Estructura Cuaternaria: Conformacin en el espacio de una protena formada por ms de una cadena polipeptdica.Para comprender la organizacin y estructura de las protenas sta se ha dividido en cuatro niveles de jerarqua estructural. Asimismo se describen un par de sub-categoras.

Estructura Primaria

La estructura primaria de pptidos y protenas se refiere al nmero, al tipo y al orden de los residuos de aminocidos presentes.

Es el orden lineal o secuencia de los residuos de aminocidos comenzando por el extremo amino terminal y concluyendo por el extremo carboxilo terminal.

Consiste en la estructura covalente de los residuos y la localizacin de puentes disulfuro (cistinas).

El tipo de enlace caracterstico es el enlace covalente.La secuencia de aminocidos condiciona la estructura tridimensional de la protena.

Estructura SecundariaConsiste en las relaciones espaciales entre residuos cercanos entre s en la estructura primaria que dan origen a ciertas regularidades locales en su conformacin.

Es el ordenamiento espacial de los residuos prximos entre s en la secuencia lineal que produce conformaciones regulares extendidas o arrolladas de segmentos de la cadena peptdica.

Estas estructuras son mantenidas por puentes de hidrgeno que constituyen la forma de enlace caracterstica de este nivel estructural.

Existen dos conformaciones estructurales regulares ms estables termodinmicamente, que se hallan con mayor frecuencia en las protenas: la Hlice (Alfa) y la lmina (Beta).

Hlice AlfaEs una Estructura Secundaria comn encontrada en protenas globulares.

Su formacin es espontnea.

Se estabiliza por puentes de hidrgeno dentro de la misma cadena peptdica.

Estos se forman entre los Nitrgenos amdicos y los carbonilos que se encuentran a 4 residuos de distancia.

Los grupos R (cadenas laterales) se proyectan hacia el exterior en forma perpendicular al eje de la hlice.Eje Central de la HliceDireccin del giroPuentes de Hidrgeno3,6 residuos

Hlice AlfaLas cadenas laterales (grupos R) se proyectan hacia afuera de la hlice.

Las protenas del organismo (slo contienen L- aminoacilos) desarrollan hlices dextro-rotatorias, mucho ms estables.

Las hlices se representan como cilindros como puede verse en la figura contigua.

Eje Central de la HlicePuentes de HidrgenoRRRRRR

Conformadas por cadenas de residuos de aminocidos extendidas, una adyacente a la otra, que forman una hoja plegada (ondulada).Las cadenas de residuos adyacentes pueden tener la misma direccin (paralelas) o estar alineadas en direccin opuesta (antiparalelas).Puentes de Hidrgenotomo de Oxgenotomo de Nitrgenotomo de Carbono Lmina Beta (Antiparalela)Direccin de las CadenasCarbono carbonlicoCarbonilo

Estructura SecundariaEl enlace entre N y C se denomina con la letra griega fi ()y el enlace entre el C y el grupo Carbonilo se denomina psi ().

Las conformaciones secundarias ordenadas surgen cuando los ngulos de rotacin de los enlaces covalentes adyacentes al enlace peptdico de los residuos de aminocidos adoptan ciertos valores similares.

Cuando los ngulos fi tienen -57 y los psi -47, el segmento del polipptido adopta la conformacin Hlice .

Cuando estos ngulos tienen respectivamente -139 y +135, se genera la Lmina antiparalela.

Cuando los ngulos son de -119 y +113 se forma la Lmina paralela (ms extendida y menos estable que la anterior).

Los polipptidos tienen adems de estas conformaciones regulares segmentos de disposicin al azar, bucles y asas, curvas, giros, con diferentes ngulos en los enlaces en los residuos involucrados.

Estructura Super-Secundaria (Ingls: Motifs)

Son asociaciones definidas de elementos estructurales secundarios.

Los tipos de uniones que las caracterizan son los enlaces Puentes de Hidrgeno y las uniones hidrofbicas.Lminas ParalelasHlice

Estructura Super - Secundaria (Ingls: Motifs)Lminas ParalelasHlice Estructura Beta-Alfa-BetaNH2Hlice Asa Hlice (Hlices Alfa )Beta Hairpin

Estructura TerciariaSon las relaciones espaciales de residuos distantes entre s en la secuencia primaria.La forma general de plegado de una molcula nica unida por enlaces covalentes.El arreglo tridimensional de la molcula en el espacio.Enlaces caractersticos: uniones hidrofbicas en primer trmino; adems puentes de hidrgeno, uniones electrostticas, fuerzas de Van der Waals, puentes disulfuro.

DominiosSe definen como regiones de plegado particulares dentro de una misma protena.

Son regiones compactas, semi-independientes que constan de unos 100 a 150 residuos.

Los diferentes dominios que forman parte de algunas protenas pueden cumplir funciones o propsitos especficos dentro de la funcionamiento general de la protena.

Enlaces caractersticos: uniones hidrofbicas, par inico, puentes de hidrgeno, Van der Waals.

Protenas Globulares y FibrosasLas protenas globulares son aqullas que guardan relaciones axiles (entre sus ejes) de no ms de tres.

Son compactas y aproximadamente esfricas porque ninguno de sus ejes predomina sobre los otros.

La mayor parte de las enzimas y las protenas transportadoras de la sangre son globulares.

En cambio, las protenas estructurales poseen conformaciones extendidas. Tienen relaciones axiles de 10 o ms.

En estas protenas fibrosas, un eje predomina claramente sobre los dems.

Estructura CuaternariaConsiste en la asociacin de dos o ms estructuras polipeptdicas independientes, por medio de fuerzas no covalentes o por puentes disulfuro, para dar origen a una protena oligomrica o multimrica.NH3+COO-COO- Protena Dimrica Formada por dos subunidades o protmeros diferentes sealados con las flechas.Una unidad (en celeste) posee 5 hlices .La otra subunidad al frente (en color rosa) posee solo 4 hlices .

Estructura CuaternariaLas unidades peptdicas individuales de esta protena se denominan subunidades y pueden ser idnticas o diferentes una de otra (homo y hetero-oligmeros).

Los tipos de enlaces que caracterizan este nivel estructural son: uniones hidrofbicas, electrostticas, puentes de hidrgeno, fuerzas de Van Der Waals, puentes disulfuro.NH3+COO-COO-

DesnaturalizacinConsiste en la ruptura de las uniones que determinan la estructura secundaria terciaria y cuaternaria de una protena. Pierde su conformacin nativa.En el proceso de desnaturalizacin se conserva la estructura primaria.La protena desnaturalizada pierde su actividad biolgica (funcin), y se torna insoluble.Agentes desnaturalizantes: calor, pH extremos, agentes qumicos, detergentes,etc.

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Hay unos 300 aminocidos en la naturaleza aproximadamente. Sin embargo slo 20 forman parte de las protenas del organismo. Son ellos los que tienen por lo menos un codn de DNA especfico en el cdigo gentico. Hay algunos aminocidos que no forman parte de las protenas del organismo, pero que desarrollan funciones importantes. Por ejemplo, la citrulina, la ornitina y el arginino-succinato son intermediarios en el ciclo de la urea; la tirosina es fundamental en la sntesis de hormonas tiroideas y el glutamato en la produccin de neurotrasmisores.

Entre las funciones ms importantes de las protenas figura la accin cataltica que es realizada por numerosa cantidad de enzimas que aceleran las reacciones qumicas dentro del organismo.Dentro de las protenas de transporte y almacenamiento se pueden mencionar la hemoglobina (transporta oxgeno), la albmina, diversas globulinas, las lipoprotenas del plasma, la transferrina, la ferritina y la hemosiderina (transporte y almacenamiento de hierro). Como ejemplos de soporte y funcin estructural encontramos al colgeno, la elastina, la queratina. Las protenas vinculadas a la defensa son las inmunoglobulinas. En el mecanismo de coagulacin intervienen el fibringeno, la trombina y factores de coagulacin.Las protenas y pptidos involucrados en funciones regulatorias son las hormonas. Existen adems numerosas protenas que forman parte de las membranas que funcionan como receptores y canales.Dentro de las que tienen funciones contrctiles se encuentran la actina y miosina de las fibras musculares, la tubulina. Al tomo de carbono central alfa, estn unidos en forma covalente, un grupo cido carboxlico, un grupo amino, un tomo de Hidrgeno y una cadena lateral que en este caso en la molcula del aminocido glicina corresponde a un solo tomo de Hidrgeno. Recordar que se denomina carbono alfa al carbono vecino a la funcin principal de la molcula. Un Carbono es asimtrico cuando est unido por sus cuatro valencias a tomos o grupos de tomos diferentes.Los ismeros pticos son denominados enantimeros o enantiomorfos.Clasificacin de los Aminocidos:Cada uno de los 20 aminocidos encontrados en las protenas del organismo, puede ser distinguido por la sustitucin en su cadena lateral o grupo R unido al carbono alfa. Estas cadenas laterales pueden ser hidrofbicas o hidroflicas. Los aminocidos hidrofbicos tienden a repeler el entorno acuoso y por ello tienden a localizarse en el interior de las protenas; estos no se ionizan ni participan en la formacin de puentes de hidrgeno. En cambio aqullos con cadenas laterales hidroflicas tienden a interactuar con el entorno acuoso, estn a menudo involucrados en la formacin de puentes de hidrgeno, y se los encuentra predominantemente en la superficie externa de las protenas y en los centros activos de las enzimas.La glicina es el aminocido ms sencillo. Su cadena lateral es muy pequea. Est representada por un solo tomo de hidrgeno. No tiene carbono asimtrico. Por ello, no tiene actividad ptica (se dice que es pticamente inerte). Existen 4 aminocidos con cadenas laterales hidrocarbonadas, alifticas: la alanina que tiene 3 carbonos, la valina que tiene 5 carbonos, la leucina y la isoleucina (que son ismeros) que poseen 6 carbonos. Los grupos R de estos 4 aminocidos tienden a formar uniones hidrofbicas y a localizarse en el interior de las protenas, alejados de las molculas de agua del entorno. La valina, la leucina y la isoleucina son denominados aminocidos de cadena ramificada. Son importantes en el tejido muscular.Tres son los aminocidos aromticos. La fenilalanina consiste en un grupo bencnico unido a la estructura de la alanina. La tirosina con un oxhidrilo unido al anillo aromtico. Y el triptofano que posee un anillo indlico unido a un resto similar a la alanina. Los aminocidos aromticos son hidrofbicos y tienden a ubicarse en el interior de las protenas. El nico que posee cierta polaridad es la tirosina debido a la presencia del oxhidrilo fenlico.Dos son los aminocidos que tienen un tomo de azufre en su estructura. La cistena que tiene tres tomos de carbono, posee un grupo tiol que suele ubicarse en los sitios activos de muchas enzimas. El grupo tiol le confiere a la cistena cierta polaridad, como el caso del grupo fenlico de la tirosina. El dmero oxidado de dos molculas de Cistena es el aminocido derivado Cistina. La Metionina que posee 5 carbonos, tiende a ubicarse en el interior de las protenas dado que su cadena lateral es hidrofbica. Es un proveedor de metilos en el metabolismo celular.Cuatro aminocidos son cidos di-carboxlicos o sus derivados. El cido asprtico de 4 carbonos y el cido glutmico de 5 carbonos, tienen grupos cidos carboxlicos en su cadena lateral. Estos se encuentran ionizados a ph fisiolgico (denominndose aspartato y glutamato respectivamente). Estas cadenas laterales pueden formar enlaces inicos, y actuar como aceptores de hidrgenos. Las amidas respectivas son la asparragina y glutamina. Estos aminocidos tienen grupos polares amida. Los cuatro aminocidos mencionados, son hidroflicos y tienden a ubicarse en el exterior de las protenas.Tres aminocidos tienen cadenas laterales nitrogenadas bsicas y polares. La lisina, un aminocido de 6 carbonos, tiene un segundo grupo amino unido al carbono epsilon (grupo epsilon amino). La arginina contiene un grupo guanidino unido al esqueleto carbonado en la cadena lateral del aminocido. Tanto la lisina como la Arginina tienen cadenas laterales que se cargan positivamente al ph fisiolgico. Pueden formar enlaces inicos y por sus grupos hidroflicos tienden a ubicarse en la superficie de las protenas. La histidina contiene un grupo Imidazol que es un buen aceptor de protones por sus tomos de nitrgeno. Debido a la reactividad de este grupo la histidina suele localizarse en los sitios activos de muchas enzimas.Dos aminocidos contienen grupos alifticos (no aromticos) hidroxlicos, es decir funciones alcohlicas. La serina, un aminocido de 3 carbonos, tiene una funcin alcohlica primaria. La treonina de 4 carbonos con un alcohol secundario. Estos aminocidos que tienen cierta polaridad, tienden a ubicarse en la superficie de las protenas. La serina es el residuo que se fosforila ms comnmente en las protenas, la treonina es el segundo y la tirosina el tercero.El ltimo de los aminocidos a considerar de los que estn codificados genticamente es la prolina. Tiene una estructura cclica pero no es aromtica. Su tomo de nitrgeno est unido a dos tomos de carbono. Por ello, la prolina es considerada un iminocido. Es hidrofbica pero no se encuentra en el interior de las protenas tan frecuentemente como la leucina o la valina. As se complet la descripcin de los 20 aminocidos que forman parte de las protenas del organismo.Tambin llamados indispensables. Reciben ese nombre porque no pueden ser sintetizados por el organismo humano y por lo tanto deben ser necesariamente suministrados por la dieta.

Adems de los 20 aminocidos que forman parte de las protenas, una serie de aminocidos que se forman a partir de ellos se encuentran en el organismo. Se denominan aminocidos derivados. La cistina se encuentra en las protenas que presentan puentes disulfuro. La hidroxiprolina e hidroxilisina son propios del colgeno. La desmosina y la isodesmosina se encuentran en la elastina. Y el gama carboxiglutamato forma parte de la protrombina importante en el proceso de coagulacin.Existen adems aminocidos que no forman parte de las protenas pero que efectan funciones importantes en el organismo. La ornitina, citrulina y arginino-succinato se encuentran en el ciclo de la urea. La mono y diyodotirosina son precursores de las hormonas tiroideas. La homocistena, la homoserina y la dihidroxifenilalanina son precursores de aminocidos y otros compuestos. La taurina se combina con los cidos biliares. El cido gama aminobutrico funciona como neurotrasmisor. La alanina es componente de coenzimas como la coenzima A.

En la figura se puede observar parte de una cadena polipeptdica extendida. Se aprecia un enlace peptdico encerrado con sus tomos coplanares y tambin los enlaces de los carbonos alfa con el carbono del grupo carbonilo y con el tomo de nitrgeno. Estos enlaces son de libre rotacin. Por ello, la cadena polipeptdica extendida constituye una estructura semi-rgida, porque parte de los tomos de su esqueleto estn mantenidos en una relacin en el mismo plano, unos con otros.Los valores de PI de las protenas son difciles de calcular en base a los pK de sus grupos R. Pero se pueden medir en forma experimental observando el pH en el cual la protena no se mueve en un campo elctrico.

Las protenas que slo estn constituidas por residuos de aminocidos se denominan protenas simples. Aquellas que adems presentan otros compuestos en su estructura se llaman protenas conjugadas. En la tabla se pueden observar distintas clases de protenas conjugadas con sus respectivos grupos prostticos (porcin no aminoacdica) y ejemplos ilustrativos.Tambin la estructura primaria de un pptido o protena incluye la naturaleza y posicin de cualquier derivado covalentemente unido.La estructura secundaria depende de las propiedades fsicas y qumicas de los residuos de aminocidos que constituyen la cadena polipeptdica, y tambin a las condiciones de la solucin donde se encuentra disuelta la protena. El enlace peptdico es rgido, no rota, porque tiene un carcter parcial de doble enlace. Los enlaces adyacentes que pueden rotar libremente toman distintos ngulos segn los residuos de aminocidos involucrados en la unin peptdica. Segn los ngulos denominados fi y psi, se configuran las diferentes conformaciones regulares que constituyen la estructura secundaria.

La hlice alfa es una estructura secundaria comn encontrada sobre todo en las protenas globulares. La hlice puede ser dextrgira (la ms estable) o levgira. Su formacin es espontnea y estabilizada por puentes de Hidrgeno establecidos entre el grupo carbonilo de un enlace peptdico, y el N correspondiente al enlace peptdico del cuarto residuo siguiente. Por cada vuelta de 360 tiene 3,6 residuos. La distancia entre dos tomos de Carbono alfa adyacentes es de 1,5 Amgstrons. El paso de rosca es de 4,5 Amgstrons. Los enlaces peptdicos son paralelos al eje de la Hlice. La distancia entre los tomos que intervienen en el puente de Hidrgeno es de 2,9 Amgstrons (distancia ptima para su formacin). Los grupos de las cadenas laterales se proyectan perpendicularmente desde el eje de la hlice hacia el exterior.

La estabilidad de las hlices alfa que se genera por los puentes de hidrgeno es completada por fuerzas de Van der Waals en el centro de la estructura que est slidamente empaquetada. Estos tipos de enlaces proveen la fuerza impulsora que favorece su formacin desde el punto de vista termodinmico.No todos los aminocidos favorecen la formacin de hlices alfa debido fundamentalmente a limitaciones estricas de los grupos R (cadenas laterales). Esto es particularmente evidente en la Prolina. En este iminocido, su particular estructura (ausencia de libre rotacin en el enlace N-C), restringe significativamente el movimiento adyacente a la unin peptdica, de modo que interfiere con la extensin de la hlice. As, cuando est presente la prolina interfiere la conformacin de la hlice y genera una curvatura. Dos o ms hlices pueden combinarse formando una especie de cable cuya estructura le otorga resistencia mecnica a la protena y se encuentra en la queratina (pelos uas y piel), en la miosina (msculos) y en la fibrina (cogulos).

Los residuos de la Lmina forman un patrn en zig-zag cuando se los observa de costado. Las cadenas laterales de los residuos adyacentes estn orientadas en direcciones opuestas. El esqueleto de esta estructura es mucho ms extendido que la hlice . La estabilidad es provista por los puentes de hidrgeno que se generan entre los carbonilos y los hidrgenos de las amidas de los enlaces peptdicos. En la figura de la pantalla falta graficar los tomos de hidrgeno involucrados en el enlace. La lnea quebrada roja entre los carbonilos y los tomos de N representa el puente de hidrgeno. Las lminas que interactan pueden disponerse siguiendo la misma direccin (amino-carboxilo) de modo de conformar una lmina paralela, o bien tener sentidos contrarios, constituyendo una lmina antiparalela que es la que se encuentra graficada en la pantalla. En los grficos suelen presentarse como flechas aplanadas que apuntan en la direccin amino-carboxilo.En una protena globular tipo, la mitad de los residuos forman estructuras secundarias regulares, y la otra mitad forma vueltas, giros, asas y curvas y otros tipos de conformacin ms extendida. Las vueltas y giros son segmentos cortos de aminocidos que unen dos unidades de estructuras secundarias regulares (dos lminas antiparalelas por ejemplo). Un giro involucra cuatro residuos. En l el primero y el cuarto residuos se encuentran unidos por un puente de hidrgeno haciendo que la cadena experimente un giro de 180 grados. En las vueltas con frecuencia estn presentes la Prolina y la Glicina. En cambio, las asas o bucles son segmentos que contienen ms residuos de los que son necesarios para conectar regiones adyacentes. Su conformacin es irregular pero pueden cumplir funciones importantes en las protenas. Pueden contener residuos que sean relevantes en la funcin cataltica de enzimas, por ejemplo. A pesar de que cada protena se pliega en una conformacin nica propia de cada secuencia de residuos de aminocidos que constituyen su estructura primaria, si se comparan las estructuras espaciales de diferentes protenas, se pueden encontrar disposiciones similares en la ubicacin y ordenamiento de sus estructuras secundarias. As pueden existir varios patrones: Estructura todo alfa: Consistente en varias hlices alfa que estn unidas por pequeos segmentos de cadenas polipeptdicas lo que permite a las hlices plegarse sobre s mismas y generar una conformacin globular. Ejemplos: Lisozima, mioglobina, subunidades de la hemoglobina.Estructura / tipo barril : En esta configuracin las hojas plegadas se disponen enrrolladas en el centro, e interconectadas por hlices en el exterior. Ejemplos: en algunas enzimas como la triosa fosfato isomerasa y la piruvato quinasa se observa esta configuracin.Estructura / tipo clsica retorcida: Similar a la anterior con hojas en el centro y hlices en el exteriror. Ejemplos: tambin se pueden observar estas conformaciones en algunas enzimas como en el dominio 1 de la Lactato deshidrogenasa y en el dominio 2 de la fosfoglicerato quinasa.Estructura todo : Se observa en la Superxido dismutasa y en dominios de las inmunoglobulinas.

Los motivos Hlice Asa Hlice que son intermediarios entre estructuras secundarias y terciarias se denominan estructuras supersecundarias. Muchas de estas asas se disponen en la superficie de las protenas (son segmentos con aminoacilos hidrfilos). Las asas no tienen una regularidad estructural como las hlices o lminas pero poseen una cierta conformacin especfica mantenida por puentes de hidrgeno, uniones salinas e interacciones hidrofbicas. Las protenas tambin tienen segmentos caracterizados por una elevada variabilidad en su conformacin, segmentos de disposicin al azar generalmente frecuentes en los extremos amino y carboxilo terminal. Estas regiones desordenadas pueden transformarse en porciones ordenadas al unirse a otra molcula modificando la estructura y funcin de toda la molcula proteica.La estructura terciaria es la conformacin tridimensional completa de un polipptido. Las hlices alfa, lminas beta, curvas, asas, giros y segmentos al azar se disponen en el espacio formando dominios. Estos dominios se relacionan entre s conformando as la forma global de la protena.Las cadenas polipeptdicas a veces se pliegan en regiones compactas semi-independientes denominadas dominios. Cada uno de ellos tiene una estructura espacial esferoidal, con un interior hidrfobo y un exterior polar. En una protena que cuenta con varios dominios, estos se encuentran unidos por segmentos polipeptdicos sin estructura secundaria regular (con disposicin al azar). Los diferentes dominios que forman parte de una protena, pueden tener un movimiento relativo y/o un propsito funcional particular. Por ejemplo, un dominio de una enzima puede unirse a un sustrato mientras que otro se une a una coenzima; las protenas que son receptores, tienen dominios que se unen a sus ligandos especficos. En protenas multi-funcionales cada dominio puede desempear funciones diferentes. Se refiere a la posicin en el espacio y medios de unin de las cadenas polipeptdicas de una protena que posee ms de una cadena. Es decir el modo como estn conformadas e interactan las subunidades de una protena oligomrica. Cada una de las subunidades denominas protmeros establece una relacin espacial con las otras. Ejemplos: hemoglobina, enzimas como la Aspartato Transcarbamilasa, cubierta del virus de polio. Una protena con dos cadenas se denomina dimrica. Si las dos cadenas tienen idntica composicin, se dice que la protena es homo-dimrica. Si los polipptidos constituyentes son diferentes, estamos en presencia de un hetero-dmero. Para nominar las subunidades o protmeros se utilizan las letra griegas ,,, etc. Por ejemplo la hemoglobina normal del adulto es una protena hetero-tetramrica porque tiene dos subunidades y dos .

Las subunidades se mantienen unidas fundamentalmente por interacciones no covalentes. Las ms importantes son las uniones hidrofbicas que se establecen entre los residuos de aminocidos con cadenas laterales no polares que se proyectan al interior de la molcula. Tambin contribuyen a mantener la estructura los puentes de hidrgeno, y los puentes salinos entre las cadenas laterales de aspartato y glutamato y las que tienen cargas opuestas (arginina, histidina y lisina). Aunque individualmente estos enlaces con dbiles con especto a los enlaces covalentes, considerados en conjunto confieren a la estructura una particular estabilidad. Algunas protenas poseen puentes disulfuro que tambin contribuyen a estabilizar su estructura cuaternaria. Un claro ejemplo lo constituyen las inmunoglobulinas.La forma en que se pliegan las protenas para adquirir su estructura nativa biolgicamente activa se establece por razones termodinmicas. La conformacin final de la protena es aquella que resulta ms favorecida desde el punto de vista energtico. El plegamiento de las protenas ocurre en etapas. Primero, cuando el polipptido ha sido recin sintetizado por los ribosomas, los segmentos cortos de residuos se pliegan formando las estructuras secundarias regulares que hemos descripto. Seguidamente las fuerzas que impulsan las interacciones hidrofbicas conduce a los segmentos no polares hacia el interior de la molcula alejados de las molculas de agua. Los segmentos de estructura secundaria se reordenan para adoptar la conformacin definitiva madura de la protena. En todo este proceso secuencial existe cierta flexibilidad en el modo en que se van ordenando los diferentes segmentos. Finalmente en las protenas con estructura cuaternaria, cada protmero se pliega para obtener su conformacin final antes de vincularse con las otras subunidades. En las clulas existen protenas que ayudan al plegamiento de las cadenas polipeptdicas. Estas protenas auxiliares se denominan chaperones.