PROTEÍNASFunciones, estructura y propiedades

Coila

, P.

, FM

VZ-U

NA

-Puno

Generalidades

Son las macromoléculas más abundantes de los seres vivos.

Está presente en todas las células y en todas partes de la célula.

1838 G. J. Mulder --“Proteína”, gr. proteios = de primer orden, lo fundamental.

Las proteínas son cadenas de aminoácidos (AA).

Todas las proteínas están contruídos a partir de 20 AA.

Funciones

Estructurales.- colágeno,

queratina, histonas,

fibroína.

Funciones

Catalíticas.- Enzimas.

Digestivas.- Amilasa, pepsina, tripsina, etc.

Funciones

Transporte.- de

moléculas (Hb),

canales iónicos,

electrones, etc.

Funciones

Motilidad.- Actina,

miosina. Dineína,

tubulina en cilios y

flagelos.

Funciones

Defensa.- Igs, venenos, toxinas, interferones.

Regulación.- Hormonas, proteína G,

Energéticas.- 15%.

Visuales.- opsinas.

Nutritivas.- albúmina, caseína, músculos.

No hay función celular en

que las proteínas no estén

involucradas.

Composición y tamaño de las proteínas

Químicamente, las

proteínas son cadenas

de AA unidos por

enlaces peptídicos.

Las proteínas varían grandemente en tamaño (PM),

forma y función.

Existen proteínas monoméricas y poliméricas.

Clasificación de proteínas

Por su composición

P. Simples.- formadas

exclusivamente por AA:

C 50%, H 7%, N 16%,

S 0-3%.

P. Conjugadas o

compuestas.- AA +

grupo prostético o

cofactor (orgánico o

inorgánico)

cofactor

Por su conformación

P. fibrosas.- Resistentes a la

tracción, insolubles, forman

estructuras. Ej. Queratina, elastina,

fibroína.

P. Globulares.- Frágiles, solubles,

funciones dinámicas. Ej. Enzimas,

hormonas, Igs.

P. Mixtas.- Ej. Miosina, fibrinogeno.

Organización estructural de las pts.

AMINOACIDOS

AMINOACIDOS

Generalidades

E. Fisher: “Todas las proteínas están compuestas por

AA” (PN 1902).

Existen más de 300 AAs., pero 20 están en las

proteínas de todas las formas de vida (AA

estándares, comunes o primarios).

Tb existen AA en forma libre o formando moléculas

no proteicas.

Existen muchos compuestos derivados de AA.

En 1806: 1er AA descubierto (Asn), el último en 1938

(Tre).

Funciones de los AA

Los 20 AA

Ejemplo de la secuencia de 2 proteinas

COOH

Grupo R

Grupo amino

Grupo carboxilo

Estructura de los L-Aminoácidos

H = Glicina

CH3 = Alanina

H N2 H

Clasificación de AA

A) DE ACUERDO A LA NATURALEZA DEL GRUPO R

PO

LA

RN

OP

OLA

R

Tyr His

Gly

Acidos Neutralesl Basicos

Asp

GluGln

Cys

Asn Ser

Thr Lys

Arg

Ala

Val

Ile

Leu MetPhe Trp

Pro

Clasificación de AA por polaridad

Polar o no-polar, es la base de la propiedades de los AA.

Leu L

-C-C-CONH2-C-CONH2

-C-COOH -C-C-COOH

-H -CH3

-C-OH -C-SH

-C-C-S-C PPro

-C-C C

N N+

-C-C-C-C-NH3+

-C-

-C- -OH

-C-

N

Línea sur

Línea circular

Linea central

Nan-Kan line

Chung-San lineLinea nor-este

Alifátic

Amide

Acidic

Imino,Circular

Básic

SulfurHydroxy

Aromatic-C-C-C-N-C-N

N+

=

C

-C-C-C

C

-C-C-C

C C

-C

CC C

HN C-COOH

-C-C

OH

Gln QAsn N

Asp D Glu EPhe F

Arg R

Lys K

His H

Gly G AAAla VVal IIle

YTyr

Ser S

Thr T Met M

Cys C

Mapa vial de los AA

Trp W

No polar

Polar

Esto NO es una vía metabólica

ESENCIALES NO ESENCIALES

Histidina * Alanina

Arginina * Aspartato

Isoleucina Asparagina

Leucina Cisteína

Valina Glutamina

Fenilalanina Glutamato

Metionina Glicina

Triptofano Prolina

Treonina Tirosina

Lisina Serina

B) DE ACUERDO A LAS NECESIDADES NUTRITIVAS

* Solo en infantes

AMINOÁCIDOS PROTEICOS DERIVADOS

AMINOÁCIDOS NO PROTEICOS

AMINAS DE IMPORTANCIA BIOLÓGICA

Histamina

Acido -aminobutirico (GABA)

Catecolaminas (Dopamina, Noradrenalina y Adrenalina)

Hormona Tiroidea

Melatonina

Serotonina

Creatina

Histamina

La histamina tiene gran importancia biológica ya que tiene acción vasodilatadora, disminuye la presión sanguínea, colabora en la constricción de los bronquiolos, estimula la producción de HCly estimula la pepsina en estómago, se libera bruscamente en respuesta al ingreso de sustancias alérgenas en los tejidos.

Se degrada muy rápidamente.

Acido -aminobutirico (GABA)

Se forma por descarboxilacióndel ácido glutámico, generalmente en el sistema nervioso central.

Utiliza piridoxalfosfato como coenzima.

El GABA es un compuesto

funcionalmente muy importante,

ya que es el intermediario

químico regulador de la

actividad neuronal, actuando

como inhibidor o depresor de la

transmisión del impulso nervioso.

CATECOLAMINAS:

Dopamina, Noradrenalina y Adrenalina

Se producen en el sistema nervioso y en la medula adrenal.

Derivan de la TIROSINA

La Dopamina es un neurotransmisor importante

La acción de las catecolaminas es muy variada:

Son vasoconstrictores en algunos tejidos y vasodilatadores en otros, aumentan la frecuencia cardíaca, son relajantes del músculo bronquial, estimulan la glucógenolisis en músculo y la lipólisis en tejido adiposo.

Son rápidamente degradadas y eliminadas del organismo

Hormonas Tiroideas

Tiroxina y Triyodotironina, se sintetizan a partir de

TIROSINA.

Existen enfermedades relacionadas al defecto en el

metabolismo de estos a.a. (fenilcetonuria, albinismo)

Melatonina

La melatonina es una hormona derivada de la

glándula pineal.

Bloquea la acción de la hormona melanocito

estimulante y de adrenocorticotrofina.

Se forma a partir del triptófano por acetilación y

luego metilación

Serotonina

Es un neurotransmisor y ejerce múltiples acciones regulatorias en el sistema nervioso (mecanismo del sueño, apetito, termorregulación, percepción de dolor, entre otras)

Deriva del triptofano.

Creatina Es una sustancia presente en músculo esquelético, miocardio y

cerebro, libre o unida a fosfato (creatinafosfato)

Arginina, glicina y metionina, están involucradas en su síntesis.

La reacción se inicia en riñón y se completa en hígado, desde donde pasa a la circulación y es captada por músculo esquelético, miocardio y cerebro y reacciona con ATP para dar creatinafosfato.

La creatina fosfato constituye una reserva energética utilizada para mantener el nivel intracelular de ATP en el músculo durante periodos de actividad intensa.

Propiedades físicas de los AAs

Estereoisómeros.- Compuestos que poseen la misma fórmula

molecular pero diferente configuración de sus átomos en el espacio.

Centro quiral o asimétrico.- Atomo que se encuentra unido a

diferentes átomos o moléculas. Por lo tanto: el C alfa de los AA es

quiral.

El número de estereoisómeros posibles es: 2n donde n=número de

centros quirales.

Los 20 AAs, con excepción de la Gli, poseen 2 estereoisómeros

posibles = enantiómeros o configuraciones L y D.

Por convención, si el grupo NH2 se encuentra a la derecha es D y si

está a la izquierda es L.

La Tre e Ile poseen 4 estereoisómeros: 2 esteroisómeros (D y L) y 2

formas alo (D-alo y L-alo).

1. Actividad óptica (estereoisomerismo) de los AAs

Imagen

especular

Estereoisómeros

2. Rotación específica de los AAs

Los AA tienen la capacidad de hacer girar el plano de la luz

polarizada cuando se examinan en el polarímetro. Esta rotación

depende de la naturaleza del Grupo R

La rotación en sentido horario = dextrorrotatoria (+)

La rotación en sentido antihorario = levorrotatorio (-)

Ejemplos de algunos L-Aas:

AA Rotación específica

L-alanina + 1,8

L-arginina + 12,4

L-leucina - 11,0

L-prolina - 86,2

3. Espectro de absorción de los AAs

Los AA absorben luz en la región

UV.

La mayoria por debajo de 220 nm

de longitud de onda.

La cisteína a 240 nm

Tres AA: Trp, Tir y Fen (aromáticos)

absorben luz a 280 nm.

Como la mayoría de proteínas

contienen estos 3 AA, se puede

determinar la cantidad de

proteínas en una muestra biológica

a 280 nm.

El conocimiento de la propiedades iónicas es importante para el

análisis de la propiedades físicas y biológicas de las proteínas y

para las técnicas de purificación, identificación y cuantificación.

Dependen de los estados iónicos del: grupo amino, grupo carboxilo

y cualquier grupo ionizable del grupo R, los cuales a su vez,

dependen del pH del ambiente.

De este modo los AA pueden presentar 2 formas: No iónica (no

disociada) e iónica o zwitterion (disociada):

4. Propiedades ácido-básicas de los AAs

(iónicas o eléctricas)

BajoAlto

Proton： abundante y pequeño, afecta la carga de una molécula

H+

lone pair electrons

HH

H+

NHH

NAmino

H+

Anfolito contiene tanto grupos positivos y negativos en su molécula. Los 20 AA son anfolitos.

Carboxilico CO

O

H

CO

O

El protón puede ser Adsorbido o Desorbido

pKa

BajoAlto pKa

COOH

NH2 H+

COO-

R-C-H

NH2 H+

R-C-H

COO-

NH2

R-C-H

Ambirente ácido Ambiente neutro Ambiente alcalino

+1 -10

pK1 ~ 2

pK2 ~ 9

Punto isoelécrico

5.5

12

9

6

3

0

[OH] →

★

★

pK1

pK2

pH

pIH-C-R

COO-

NH2 H+

Punto iseléctrico =

pK1 + pK2

2

Los AA tienen efecto buffer

pKa = 1.8~2.4

pKa = 3.9~4.3

pKa = 6.0

pKa = 8.3

pKa = 10

pKa = 8.8~11

pKa = 10~12.5

+ H+

+ H+

+ H+

+ H+

+ H+

+ H+

+ H+

-COOH -COO-

-COOH -COO-R R

-Imidazole·H+ -ImidazoleHis His

-SH -S-Cys Cys

-OH -O-Tyr Tyr

-NH3+ -NH2

-NH3+ -NH2R R

Smaller pKa releases proton easier

Residues on amino acids can release or accept protons

pKa de los AAs

Only His has the residue with a neutral pKa (imidazole)

pKa of carboxylic or amino groups is lower than pKa of the R residues

Juang RH (2004) BCbasics

Amino acids -COOH -NH2 -R

Gly G 2.34 9.60

Ala A 2.34 9.69

Val V 2.32 9.62

Leu L 2.36 9.68

Ile I 2.36 9.68

Ser S 2.21 9.15

Thr T 2.63 10.4

Met M 2.28 9.21

Phe F 1.83 9.13

Trp W 2.38 9.39

Asn N 2.02 8.80

Gln Q 2.17 9.13

Pro P 1.99 10.6

Asp D 2.09 9.82 3.86

Glu E 2.19 9.67 4.25

His H 1.82 9.17 6.0

Cys C 1.71 10.8 8.33

Tyr Y 2.20 9.11 10.07

Lys K 2.18 8.95 10.53

Arg R 2.17 9.04 12.48

pK1

pK1

pK2

pK2

pK3

[OH-]

pH

pI

pI ?

pK1 + pK2

2

tres pKa (tripróticos)

dos pKa (dipróticos)

?

?

pK

ad

e los A

A

Juang RH (2004) BCbasics

HOOC-CH2-C-COOH

NH3+

H

HOOC-CH2-C-COO-

NH3+

H

-OOC-CH2-C-COO-

NH3+

H

-OOC-CH2-C-COO-

NH2

H

+1

0

-1

-2

pK1 = 2.1

pK2 = 3.9

pK3 = 9.8

2.1 + 3.9

2= 3.0

1ro

2do

3ro

Isoelectric point

El pI es el promedio de

los pKa que flanquean

la forma carga neta cero

pK1

pK2

pK3

Acido aspártico

+1

0

-1

-2

Juang RH (2004) BCbasics

[OH]

Am

bie

nte

pH

vs

Ca

rga

de p

rote

ica

+Carga neta de una proteína

Buffer pH

Punto isoeléctrico,pI

-

3

4

5

6

7

8

9

10

0 -

Cu

rva

de titula

ció

nd

e la h

istidin

a

Propiedades químicas de losAAs

Los AA pueden participar en una gran variedad de reacciones

químicas gracias a los distintos grupos funcionales que poseen.

Reacción del grupo alfa-amino:

Reacción de la Ninhidrina

Reacción de Sanger

Reacción de Edman, etc.

Reacciones del grupo alfa-carboxilo

Participa en todas las reacciones de los ácidos orgánicos (formación de

sales, ésteres, etc.)

Reacciones del Grupo R

Reacción de Millon.- reacciona con el grupo hidroxifenil (tirosina)

Reacción de Ehrlich.- reacciona con el grupo indol (triptofano)