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BIOQUÍMICA ESTRUCTURALLOS AMINOÁCIDOS, SILLARES DE CONSTRUCCIÓN DE LAS PROTEÍNAS

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Esquema general.

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ASPECTOS GENERALES DE LOS AMINOÁCIDOS.

Desde el punto de vista químico, los aminoácidos (AA) son ácidos orgánicos con un grupo amino en posición alfa.

Según esta definición, los cuatro sustituyentes del carbono alfa (Ca) en un aminoácido son:

1. el grupo carboxilo

2. un grupo amino

3. un átomo de hidrógeno

4. una cadena lateral R, que es característica de cada AA.

Constituye una excepción el AA prolina, con un anillo pirrolidínico, que puede considerarse como un a-aminoácido que está N-sustituído por su propia cadena lateral.

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ASPECTOS GENERALES DE LOS AMINOÁCIDOS.

En todos los AA proteicos, excepto en la glicina (Gly), el carbono a es asimétrico y por lo tanto, son ópticamente activos. Esto indica que existen dos enantiómeros (isómeros ópticos), uno de la serie D y otro de la serie L . Los AA proteicos pertenecen siempre a la serie L.

En algunos casos muy concretos se pueden encontrar AA de la serie D: en los peptidoglicanos de la pared celular, en ciertos péptidos con acción antibiótica y en péptidos opioides de anfibios y reptiles.

"In vitro" los L-AA experimentan un proceso de racemización (se convierten lentamente en una mezcla racémica con D-AA y L-AA.

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PROPIEDADES DE LOS AMINOÁCIDOS.Los AA son excelentes amortiguadores, gracias a la capacidad de disociación del grupo carboxilo, del grupo amino y de otros grupos ionizables de sus cadenas laterales (carboxilo, amino, imidazol, fenol, guanidino, etc).

Los grupos ácido-base débiles presentan una capacidad tamponadora máxima en la zona próxima al pKa. La tabla de la derecha muestra los pKa de los 20 AA proteicos. Hay que destacar el hecho de que estos valores de pKa calculados para los AA en disolución pueden verse ligeramente modificados en el entorno proteico. Se observa que el único grupo lateral con un pKa próximo al pH fisiológico es la cadena lateral de la histidina.

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PROPIEDADES DE LOS AMINOÁCIDOS.El comportamiento ácido-base de los AA es el que va a determinar las propiedades electrolíticas de las proteínas, y de ellas dependen, en gran medida, sus propiedades biológicas.

Por este motivo, la función de las proteínas es extraordinariamente sensible al pH:

- A pH bajo, la mayor parte de los grupos disociables estarán protonados, y por lo tanto habrá un gran número de cargas positivas en la proteína,- A pH elevado, los grupos disociables no estarán protonados, con lo cual habrá mayor número de cargas negativas.

Cambios en el pH se traducen en cambios en el número de cargas de la proteína, y estos cambios pueden inhibir la interacción de la proteína con un ligando determinado. Por este motivo, muchas proteínas sólo pueden funcionar en un margen relativamente estrecho de pH.

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Valoración de un aminoácido ácido, el aspartato.

E

A lo largo del proceso de valoración del aspartato estarán presentes hasta 4 especies químicas distintas, cuya carga neta varía de +1 (pH<2.1), 0 en el punto isoeléctrico (pH=2.85), -1 (pH >6.84) y -2 (pH >9.82).

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Valoración de un aminoácido básico, la lisina.E

A lo largo del proceso de valoración de la lisina estarán presentes hasta 4 especies químicas distintas, cuya carga neta varía de +2 (pH<2.18), 0 en el punto isoeléctrico (pH=9.74), +1 (pH >5.57) y -1 (pH >10.53).

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CLASIFICACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS.

Aunque la mayoría de los AA presentes en la Naturaleza se encuentran formando parte de las proteínas, hay algunos que pueden desempeñar otras funciones. Hay, por tanto, dos grupos de AA:

1. aminoácidos proteicos

2. aminoácidos no proteicos

Los AA proteicos se dividen, a su vez, en dos grupos:

aminácidos codificables o universales, que permanecen como tal en las proteínasaminácidos modificados o particulares, que son el resultado de diversas modificaciones químicas posteriores a la síntesis de proteínas.

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CLASIFICACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS.

Los AA proteicos codificables son 20:

De estos 20 AA, la mitad pueden ser sintetizados por el hombre, pero el resto no, y por lo tanto deben ser suministrados en la dieta: son los AA esenciales.

Los AA proteicos se pueden clasificar en función de:

1. la naturaleza y propiedades de la cadena lateral R

2. la polaridad de la cadena lateral R

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CLASIFICACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS.AMINOÁCIDOS ESENCIALES.

De los 20 AA proteicos codificables, la mitad pueden ser sintetizados por el hombre, pero el resto no, y por lo tanto deben ser suministrados en la dieta: son los AA esenciales (ver tabla de la derecha).

Son AA esenciales: Arg, Val, Leu, Ile, Phe, Trp, Thr, Met y Lys. Además, en recién nacidos el AA His es esencial porque su organismo todavía no ha madurado lo suficiente como para poder sintetizarlo.

Las personas vegetarianas pueden tener problemas para obtener alguno de estos AA en cantidad suficiente. Para solucionarlo, suelen optar por consumir huevos y leche (dieta ovolactovegetariana) o pueden tomar los AA deficitarios como suplemento nutricional.

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CLASIFICACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS.CLASIFICACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS EN FUNCIÓN DE LA NATURALEZA DE SU CADENA LATERAL .

Según este criterio, se distinguen los siguientes grupos: 1.- NEUTROS O ALIFÁTICOS 2.- AROMÁTICOS3.- HIDROXIÁMINOACIDOS4.- TIOAMINOÁCIDOS5.- IMINOÁCIDOS6.- DICARBOXÍLICOS Y SUS AMIDAS7.- DIBÁSICOS

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CLASIFICACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS.AMINOÁCIDOS NEUTROS O ALIFÁTICOS .

En ellos la cadena lateral es un hidrocarburo alifático. Son muy poco reactivos, y fuertemente hidrofóbicos (excepto la Gly, cuya cadena lateral es un átomo de hidrógeno). Estos AA hidrofóbicos tienden a ocupar la parte central de las proteínas globulares, de modo que minimizan su interacción con el disolvente. Pertenecen a este grupo: G, A, V, L e I.

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CLASIFICACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS. AMINOÁCIDOS AROMÁTICOS.

La cadena lateral es un grupo aromático: benceno en el caso de la F, fenol en el caso de la Y e indol en el caso del W. Estos AA, además de formar parte de las proteínas son precursores de otras biomoléculas de interés: hormonas tiroideas, pigmentos o neurotransmisores …

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CLASIFICACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS. HIDROXIAMINOÁCIDOS.

Poseen un grupo alcohólico en su cadena lateral. Son la T y S.

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CLASIFICACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS. TIOAMINOÁCIDOS.

Contienen azufre. Son C y M. La cisteína (C) tiene gran importancia estructural en las proteínas porque puede reaccionar con el grupo SH de otra C para formar un puente disulfuro (-S-S-), permitiendo el plegamiento de la proteína. Por este motivo, en algunos hidrolizados proteicos se obtiene el AA cistina, que está formado por dos cisteínas unidas por un puente disulfuro.

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CLASIFICACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS. IMINOÁCIDOS .

Tienen el grupo a-amino sustituído por la propia cadena lateral, formando un anillo pirrolidínico. Es el caso de la P.

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CLASIFICACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS. AMINOÁCIDOS DIBÁSICOS.

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CLASIFICACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS. AMINOÁCIDOS DICARBOXÍLICOS Y SUS AMIDAS.

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CLASIFICACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS EN FUNCIÓN DE LA POLARIDAD DE SU CADENA LATERAL.

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AMINOÁCIDOS PROTEICOS MODIFICADOS.

Una vez que los AA codificables han sido incorporados a las proteínas, pueden sufrir ciertas transformaciones que dan lugar a los AA modificados o particulares. Entre las modificaciones más frecuentes destacan:

HIDROXILACIÓN: Ejemplos típicos son la 4-hidroxiprolina o la 5-hidroxilisina, que se encuentran en proporción importante en el colágeno. Estos AA se incorporan a la proteína como P o como K, y son posteriormente hidroxilados.

CARBOXILACIÓN: El E, por carboxilación post-sintética se convierte en ácido g-carboxiglutámico.

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AMINOÁCIDOS PROTEICOS MODIFICADOS .

ADICIÓN DE IODO: En la tiroglobulina (una proteína del tiroides), la Y sufre diversas reacciones de iodación y condensación que originan AA como la monoiodotirosina, diiodotirosina, la triiodotirosina o la liotirosina.

FOSFORILACIÓN: La actividad de muchas proteínas se puede modificar mediante reacciones de fosforilación (catalizadas por las enzimas quinasas) o desfosforilación (catalizadas por las enzimas fosfatasas). Los residuos que se suelen fosforilar son la serina y la tirosina.

GLICOSILACIÓN: Las glicoproteínas son proteínas unidas a cadenas de oligosacárido. Éstas se unen mediante un enlace O-glicosídico a un residuo de serina o treonina o mediante un enlace N-glicosídico a un residuo de asparagina.

CONDENSACIÓN: La cistina es el resultado de la unión de dos C por medio de un puente disulfuro (-S-S-).

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AMINOÁCIDOS NO PROTEICOS.

Se conocen más de un centenar, sobre todo en plantas superiores, aunque su función no siempre es conocida. Se pueden dividir en tres grupos:

1.- D-AMINOÁCIDOS: La D-Ala y el D-Glu forman parte del peptidoglicano de la pared celular de las bacterias. La gramicidina S es un péptido con acción antibiótica que contiene D-Phe. En ciertos péptidos opioides de anfibios y reptiles también aparecen D-aminoácidos.

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2.- a-AMINOÁCIDOS NO PROTEICOS: La L-ornitina y la L-citrulina son importantes intermediarios en el metabolismo de la eliminación del nitrógeno y la creatina (un derivado de la G) juega un papel importante como reserva de energía metabólica. También pertenecen a este grupo la homoserina y la homocisteína.

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3.- w-AMINOÁCIDOS: En estos AA, el grupo amino sustituye al último carbono (carbono w), no al carbono a. La b-Alanina forma parte de algunos coenzimas, y el ácido g-aminobutírico es un importante neurotransmisor.

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Análisis de aminoácidos.

Electroforesis en papel: desplazamiento de AA cargados en presencia de un campo eléctrico.

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Cromatografía en capa fina.

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Cromatografía de intercambio iónico.


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Ley de Beer-Lambert: proporcionalidad entre la absorbancia de luz y la concentración de la sustancia que absorbe.


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Cromatografía de intercambio iónico: sistema de elución.


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Comparación de los espectros de absorción de la luz de los aminoácidos aromáticos a pH 6, todos ellos a concentración 10-3 M.La absorción de la luz por el Trp es 4 veces mayor que la de la Tyr.El máximo para ambos está cercano a la longitud de onda de 280 nm.


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Reacción con la ninhidrina.

Reacciones químicas de los AA.

Utilidad: determinación de la concentración de proteínas por análisis de aminoácidos.

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Reacción con el cloruro de dansilo. Utilidad: determinación del extremo N-terminal de una proteína.


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Reacción con FDNB y fluorescamina.


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Reacción con 0-ftalaldehido.


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Reacción de EDMAN.


1. esquema general. 2 aspectos generales de los aminoÁcidos. desde el punto de vista químico, los...

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