1 - aminoÁcidos y proteÍnas
TRANSCRIPT
TEMA 1: Aminoàcids, pètids iproteïnes
BIOQUÍMICA
Grups M1-M2Curs 2008-09
• Característiques estructurals dels aminoàcids.• Els aminoàcids com a bases i com a àcids.• Enllaç peptídic.• Estructura primària de les proteïnes.
Tema 1: Aminoàcids, pèptids i proteïnes• Moltes de les biomolécules són macromolécules, o sigui polímers d’alt pes molecular construïts a partir de molècules precursores relativament senzilles. Exemples: proteïnes, polisacàrids, àcids nuclèics.
PROTEÏNES:Macromolècules molt versàtils i abundants
que desenvolupen moltes funcionsdiferents.
Algunes funcions de les proteïnes:
1. Catàlisi enzimàtica
2. Transport i magatzem (hemoglobina, mioglobina)
3. Moviment (contracció muscular, mitosi)
4. Suport mecànic (col·lagen)
5. Protecció immunològica (anticossos)
6. Generació i transmissió del impuls nerviós (receptors)
7. Creixement i diferenciació cel·lular (hormones, factors de
transcripció)
8. De reserva (ovoalbúmina, caseïna de la llet)
Els α-aminoàcids* Les proteïnes son polímers lineals (no ramificats) quina unitatestructural són els α-aminoàcids (a-aa). Estructura general dels a-aa:
* A la naturalesa les proteïnes es formen a partir d’un conjunt de 20 α-aa
* En relació a l’estereoisomeria del carboni α, els aa tenen varis isòmers.
Carboni α
R=20
Carboni asimètric: duesconfiguracions
Existeixen dues formes diferents (estereoisomers)que s’anomenen l i d. Mateixes propietats però desvienel plànol de la llum polaritzada en sentit contrari.
La majoria dels aa són L, Itenen una configuracióabsoluta S
En relació a l’estereoisomeria delcarboni α, els aa que formen lesproteïnes naturals són els isòmersL.
Característiques del grup R
Els aa varien per la naturalesa del grup R en:
– En la mida i forma (més o menys volumen).
– En la polaritat: en la capacitat de formar pontsd´hidrògen i en el caràcter hidrofòbic.
– En la càrrega.
– En la reactivitat química.
Els aminoàcids segons aquestes propietats,es classifiquen en 5 grups
1. Aminoàcids amb cadenes laterals no polars o alifàtiques:glicina, alanina, valina, leucina, isoleucina i metionina.
2. Aminoàcids amb cadenes laterals polars sense càrrega: serina,treonina, cisteïna, asparagina i glutamina.
3. Aminoàcids aromàtics: fenilalanina, tirosina, i triptofan.4. Aminoàcids carregats positivament o bàsics: histidina, lisina i
arginina.5. Aminoàcids carregats negativament o àcids: Aspàrtic i
Glutàmic.
Aminoàcids amb grup R no polar
Aminoàcids amb grup R polar sensecarrega
La cisteïna pot formar ponts disulfur
Insulina:
• Ponts disulfur intracatenàris
• Ponts disulfur intercatenàris
Aminoàcids amb grup Raromàtic
Aminoàcids amb grup R carregatpositivament o bàsic
* La cadena lateral de la histidina conté un grup imidazol que vora del pH fisiològic pot estar o no ionitzat: pKa del grup imidazol esta al voltant de 7
Aminoàcids amb grup R carregatnegativament o àcid
NH2 - C - H
COOH
CH2O - PO3H2-
fosfoserina
NH2 - C - HCOOH
CH2 - S
NH2 - C - HCOOH
S - CH2
cistina
CHCOOH
CH2
HN
H2C
CH
OH4-hidroxiprolina
NH2 - C - HCOOH
CH3
CHC N
N CHH3C3-metilhistidina
NH2 - C - HCOOH
CH2
CH2
CHCH2
HO
NH25-hidroxilisina
NH2 - C - HCOOH
CH2
CH2
CH2
CH2
NHCH3
ε-N-metil-lisina
NH2 - C - HCOOH
CH2
CH2
CH2
CH2
NHCO-CH33
ε-N-acetil-lisina
Aminoàcids proteics modificats
NH2 - C - HCOOH
CH2
OHOH
3,4-dihidroxifenilalanina(L-DOPA)
NH2 - C - HCOOH
CH2
C Nβ-cianoalanina
NH2 - C - HCOOH
NH2
CH2
CH2
CH2
ornitina
NH2 - C - H
COOH
CH2N O
CH2
CH2
CH2
NH
citrulina
NH2 - C - HCOOH
CH2
O
I
II
I
OHtiroxina
NH2 - C - HCOOH
CH2N
CH2
CH2
ONH
NHcanavanina
Aminoàcids no proteics
ELS 20 AMINOÀCIDS PROTÈICS
No essencials:Alanina (PIRUVAT)Arginina (GLUTÀMIC)Asparagina (ASPÀRTIC)Àcid Aspàrtic (OXALACETAT)Cisteïna (HOMOCISTEÏNA)Àcid Glutàmic (OXOGLUTARAT)Glutamina (GLUTÀMIC)Glicina (SERINA, TREONINA)Prolina (GLUTÀMIC)Serina (GLUCOSA)Tirosina (FENILALANINA)
Essencials:HistidinaIsoleucinaLeucinaLisinaMetioninaFenilalaninaTreoninaTriptofànValina
Comportament àcid-base dels aminoàcids
Equació de Henderson-Hasselbach
pH<7
àcid
pH=7 pH>7
base
Totalment
protonat
Totalment
desprotonat
Parcialment
protonat
Comportament àcid-base dels aminoàcids
AH A- + H+
Ka =[A- ] [H + ][AH]
pKa = -log Ka = log 1/KapH = -log [H+] = log 1/[H+]
Equilibri àcid-base
Equació de Henderson-Hasselbach
pHmetreAH
B(OH)
pHmetreAH
B(OH)
[H+] = Ka [HA] / [A-]
-log [H+] = -log Ka –log [HA]/[A-]
Els aminoàcids poden actuar com àcids i bases dèbils
A pH neutre (fisiològic) el grup amino i el grup àcides troben ionitzats pel que la majoria actuen com aions dipolars (forma Zwitterion)
Concepte de pKa- Logaritme canviat de signe de la constant d’equilibri dedissociació d’un àcid.-pH=pKa+log[base]/[àcid]-Quan pH = pKa, llavors la [àcid] = [base]- Concepte de pKa: pH al qual el 50% de les molèculestenen el grup ionitzat o, dit d’una altra manera, laconcentració de la forma no ionitzada es igual a la de laionitzada
- La capacitat tampó és màxima en les proximitats del pKa
- Un àcid és més fort quant més baix és el seu pKa; una baseés més forta quant més alt és el seu pKa.
AH A- + H+
Concepte de punt isoelèctric (pI):
és aquell valor de pH en el que lacàrrega elèctrica neta del aa és 0
- Concepte de puntisoelèctric (pI): és aquellvalor de pH en el que lacàrrega elèctrica neta és 0
-En aa que no tenen grupsionitzables a la cadenalateral, el pI és:
pI: (pK1 + pK2)/2
Valoració de laglicina
+1 0 -1
50%
pI = (pk1 + pKR)/2= 3.22
Valoració delglutamat
+1 0 -1 -2
pI = (pkR + pK2)/2 = 7.59
Valoració de lahistidina
+2 +1 0 -1
pI
pKa d’aminoàcids
Aproximadamentla forma dipolares manté entreels valors de pH2 a 9
EXERCICIS D’AUTOEVALUACIÓ
Predireu la càrrega de la cisteïna a pH=5 i a pH=10. Considereu si està persobre o per sota del punt isoelèctric, i si serà més o menys forta (tenint encompte que la càrrega a un pH determinat pot predir-se a partir dels seusvalors de pK i que quan més allunyat estigui, en un o altre sentit, més granserà la càrrega).
Dibuixeu les estructures ionitzades de la histidina. Quina és la càrrega netade la molècula en cada estat d’ionització?. Quina és la càrrega neta del’histidina a pH 1, 4, 8, i 12. Cap a on és desplaçarà en un camp elèctric enaquests valors de pH? Cap a l’ànode (+) o cap el càtode (-)?
Es volen separar quatre proteïnes d'un extracte cel.lular. La proteïna A té un punt isoelèctric de 5.0, laproteïna B té una punt isoelèctric de 9, la proteïna C té un punt isoelèctric de 9.0 i és la més petita de totesi finalment la proteïna D és un receptor associat a la membrana plasmàtica i no se sap el seu puntisoelèctric. Per tal de separar-les s'utilitzen diferents técniques d'aïllament a un pH de 7.0., i es fan lessegüents afirmacions:9. En una columna d'intercanvi iònic DEAE-cel.lulosa, la proteïna A s'enganxarà més que la B.10. Un canvi de pH en la solució pot variar el grau d'unió de les proteïnes A i B a la columna d'intercanviiònic11 Les proteïnes B i C no es poden separar per cap tipus de tècnica cromatogràfica.12. La proteïna D és la més soluble en solvents orgànics.
Nivells d’estructura de les proteïnes
Estructura primària: L’enllaç peptídic
Les proteïnes son polímers lineals formats per l’enllaç de tipus peptídic (o amida) del grup α-carboxil d’un aa amb el grup α-amino d’un altre aa
Una sèrie d’aa units mitjançant enllaços peptídics s’anomena cadena polipeptídica o polipèptid i cadascun dels aa s’anomena residu.Les cadenes polipeptídiques consten d’una part repetida de forma constant ianomenada cadena principal o “backbone” i una part variable composta perles cadenes laterals del aa.
Nomenclatura i direcció de les proteïnes
* Per acord, l’extrem N-terminal o amino-terminal es pren com el inici de lacadena. Per tant la seqüència d’aa d’una proteïna es llegeix des de el seu extremN-terminal al C-terminal
* Les cadenes polipeptídiques poden enllaçar-se entre elles mitjançant ponts disulfur que es formen per oxidació de dos residus de Cys
Característiques de l’enllaç peptídic
L’enllaçpeptídic ésplà
Linus Pauling, Robert Corey 1930s
Ψ Φ
L’enllaç peptídic és plà Linus Pauling, Robert Corey 1930sL’enllaç peptídic és plà
Linus Pauling, Robert Corey 1930sL’enllaç peptídic és plà
Disposició espacial
Cas especial: la prolina
La possició “trans” és la més estable
Disposició espaial d’un pèptid
• A diferència de l’enllaç amida (C-N) en que tots els àtoms estan al mateix pla, els enllaços N-Cα i Cα-C poden rotar, de manera que la cadena principal de les proteïnes o “backbone”, no es una estructura rígida
Rotació dels enllaços entre N-Cα (φ) i entre el Cα-Carboxilic (ψ)
Diagrama deRamachandran:determinació de quinssón els anguls mésprobables
* rotació dels enllaços entre N-Cα, φ (Fi) i entre el Cα−Carboxilic, ψ (Psi)
diagrama de Ramachandran:determinació de quins són elsanguls més probables