TEMA 13: EL AGUA

Aminocidos, pptidos y protenas

Bioqumica

Tema 4

AMINOCIDOS, PPTIDOS Y PROTENAS

1. Estructura y clasificacin de los aminocidos.

2. Propiedades cido-base de los aminocidos y pptidos

3. El enlace peptdico

4. Pptidos: hidrlisis y secuenciacin

5. Clasificacin y funcin biolgica de las protenas

6. Niveles estructurales de las protenas

1. Estructura y clasificacin de los aminocidos.

Como su nombre indica los aminocidos son compuestos que poseen un grupo amino (-NH2) y un grupo cido (carboxlico -COOH) en su estructura. Los aminocidos son los precursores de los pptidos y las protenas, y en ellos el grupo amino y el grupo carboxilo, se encuentran unidos al mismo tomo de carbono, conocido como carbono-( ((-aminocidos). La estructura general de los (-aminocidos (a excepcin de la prolina, que es cclica) se muestra en la Figura 1.

Como se puede apreciar, el carbono-( (a excepcin de la glicina) es un carbono quiral y como tal presenta dos enantimeros (L- y D-). Los 20 (-aminocidos presentes en las protenas son de la serie L- y en su representacin de Fischer poseen el grupo amino hacia la izquierda. La diferencia entre los aminocidos viene dada por el resto -R, o cadena lateral, unida al carbono-(. Atendiendo a la naturaleza del grupo -R los aas pueden clasificarse en:

Neutros o apolares

Polares sin carga

Polares con carga negativa

Polares con carga positiva

La Figura 2 recoge las estructuras de los 20 L-(-aminocidos a pH fisiolgico.

Neutros o Apolares. Son 8 los aminocidos que se clasifican como poseedores de cadenas laterales no polares. La alanina, valina, leucina e isoleucina, poseen cadenas laterales de hidrocarburos alifticos. La metionina posee una cadena lateral de ter tilico (C-S-C). La prolina es el nico aminocido cclico, pues el grupo -R se cierra sobre el N del grupo (-amino (realmente es un amina secundaria). Por su parte, la fenilalanina y el triptfano contienen grupos aromticos.

Polares sin carga. Siete son los (-aminocidos cuyo resto -R es polar pero sin carga. La glicina posee la cadena ms simple, un tomo de hidrgeno. La serina y la treonina son portadores de un grupo hidroxilo (-OH). La asparragina y la glutamina, poseen cadenas laterales portadoras de un grupo amida, y por hidrlisis dan lugar, respectivamente, a aspartato y glutamato, dos aminocidos con carga negativa. La tirosina posee un grupo fenlico y la cistena debe su polaridad a la presencia de un grupo tilico (-SH).

Polares con carga negativa. Existen dos (-aminocidos cuyo resto polar posee carga negativa a pH fisiolgico, debida a la presencia de un grupo carboxilo (-COOH) , el cido glutmico y el cido asprtico.

Polares con carga positiva. Tres son los (-aminocidos que poseen restos -R cargados positivamente a pH fisiolgico. La lisina posee una cadena lateral de butilamonio, la arginina presenta un grupo -R de guanidina y la histidina es portadora de un grupo -R de imidazolio.

Esta clasificacin se ha realizado en base al grupo -R, pero es importante indicar que a pH fisiolgico (pH 7,3), el grupo (-amino se encuentra cargado positivamente y el grupo (-carboxilo lo est negativamente, por esta razn en la Figura 2 estos grupos aparecen siempre cargados.

Dentro del conjunto de los aminocidos naturales, existen unos que pueden ser sintetizados por las clulas humanas a partir de otras sustancias, pero tambin hay aminocidos que debemos tomarlos en la dieta, ya que nuestras clulas no pueden sintetizarlos o, cuando menos, no en cantidad suficiente para satisfacer la demanda del organismo; se conocen con el nombre de aminocidos esenciales y son valina, leucina, isoleucina, treonina, metionina, fenilalanina, triptfano y lisina.

2. Propiedades cido-base de los aminocidos y los pptidosEl pH del medio en el que se encuentre el aminocido es esencial para determinar sus propiedades cido-base, aspecto importante pues de ello dependen las propiedades qumicas y la funcionalidad biolgica de los pptidos y protenas que forman.

Las propiedades cido-base de un aminocido vienen determinadas por los grupos protonables que posea. Un aminocido puede actuar bien como cido o como base (sustancias anfteras), pudiendo tener hasta tres grupos con carcter cido-base: el (-amino, el (-carboxilo y, en algunos casos, el resto -R. Lo importante es que estos grupos poseen un carcter cido-base dbil, lo que hace que, dependiendo del pH, el correspondiente equilibrio pueda desplazarse en un sentido o en otro (hacia la forma protonada o hacia la desprotonada, Figura 3).

La expresin que regula la proporcin entre las formas protonada y desprotonada es:

Donde P es la forma protonada y DP es la forma desprotonada. Veamos como afecta el pH a la valina. La val posee slo dos grupos protonables, el (-amino y el (-carboxilo. A pH fisiolgico la valina presentara la siguiente estructura:

Tomemos los grupos por separado y veamos como les afecta el pH. El grupo -amino presentara dos formas, una protonada (P) y cargada positivamente (-NH3+), y otra desprotonada (DP) y sin carga (-NH2), segn el siguiente equilibrio:

si el pH aumenta, el equilibrio se desplaza hacia la derecha (dominando la forma con carga 0) y si disminuye lo har hacia la izquierda (dominando la forma con carga +1).

Con el grupo (-carboxilo ocurrira algo similar:

En funcin del pH, la proporcin de forma protonada (carga 0) o forma desprotonada (carga -1) variar, respetando siempre la constante de ionizacin del grupo en cuestin si la temperatura se mantiene constante.

Supongamos que estamos ahora a pH 1; en estas condiciones de elevada concentracin de protones en el medio ambos equilibrios estaran desplazados en un 100 % hacia las formas protonadas. Si aumentamos el pH los equilibrios comenzaran a desplazarse hacia la derecha hasta llegar a un pH muy bsico, momento en el que las formas dominantes (al 100 %) seran las desprotonadas.

Pero, qu ocurre a pHs intermedios?. Para ello debemos tener en cuenta la Ka para cada equilibrio, o mejor dicho su pKa (que sera el -logKa). El grupo (-amino de la valina tiene un pK de 8, y esto quiere decir que a pH 8 el 50 % de los grupos amino estarn protonados (si tenemos 100 molculas de valina, 50 tendrn el grupo amino protonado y 50 lo tendrn desprotonado, al menos tericamente, segn se desprende de la constante de ionizacin). Por su parte el grupo (-carboxilo de la valina, que tiene un pK de 2, estar protonado al 50 % cuando el pH del medio sea 2.

En general se asumen las siguientes consideraciones, para determinar el porcentaje de protonacin de un grupo ionizable en un aminocido:

Si el pH < pK-1 el grupo esta al 100 % protonado

Si el pH > pK+1 el grupo est al 100 % desprotonado

Si el pH = pK el grupo est al 50 % protonado

Tomemos ahora un aminocido con tres grupos ionizables, el cido glutmico:

que posee el grupo (-amino, el (-carboxilo y el (-carboxilo. Los tres grupos ionizables darn lugar a tres equilibrios cido-base distintos, cada uno con su correspondiente pKa (2, 4 y 8 respectivamente). Para ver como afecta el pH a la carga de cada grupo vamos a realizar la siguiente tabla, en la que ordenamos (de menor a mayor pK) los grupos protonables y sus correspondientes valores de carga en funcin del pH:

GRUPO

12345678910

(-carboxilo (pK=2)0-0,5-1-1-1-1-1-1-1-1

(-carboxilo

(pK=4)000-0,5-1-1-1-1-1-1

(-amino

(pK=8)+1+1+1+1+1+1+10,500

carga total+10,50-0,5-1-1-1-1,5-2-2

1) a pH= 1, el pH es inferior en una unidad al pK del grupo (-COOH, el cul estar protonado al 100 %, luego su carga ser 0; y lo mismo le ocurrir al grupo (-COOH, protonado al 100 % y con carga 0. Por su parte, el grupo (-amino tambin estar protonado, aunque en este caso la carga del grupo es +1.

2) a pH= 2, se produce coincidencia del pH con el pK del (-COOH, por lo que estar al 50 % protonado. Luego la carga ser -0,5 ; este pH es an dos unidades inferior al pK del grupo (-COOH, que seguir protonado (0), como tambin le ocurrira al grupo (-amino (+1). La carga total del glutmico sera 0,5.

3) a pH= 3, se ha superado en una unidad el pKa del (-COOH, luego estar desprotonado al 100 % y su carga ser -1 para valores superiores de pH. Los otros dos grupos siguen estando protonados al 100 % (0 y +1, respectivamente). Y la carga total ser cero.

4) a pH= 4, el pH coincide con el pKa del grupo (-COOH y estar protonado en un 50% (carga -0,5). El (-COOH seguir desprotonado (0) y el (-amino protonado (+1). La carga total ser ahora -0,5.

5) a pH=5 el grupo (-COOH estar al 100 % desprotonado y el resto de grupos seguir igual, hasta llegar a pH= 8, donde el (-amino estar desprotonado al 50 % (0,5) , grupo que se desprotonar al 100 % a partir de un pH= 9.

Como se puede apreciar en la tabla, la carga total del aminocido depende del pH de la disolucin en que se encuentre.

En la siguiente tabla pueden localizarse los aminocidos que, al igual que el cido glutmico, poseen grupos R protonables.

Existe un pH al cual la carga neta del aminocido es cero (si lo colocamos en un campo elctrico no se desplazar hacia ninguno de los polos). El pH al cul un aminocido posee carga neta cero recibe el nombre de punto isoelctrico (pI), que es la media aritmtica de los valores de pK1 y pK2 que delimitan la forma con carga cero.

3. El enlace peptdico

Los aminocidos se encuentran unidos en los pptidos y las protenas mediante un enlace amida (-CO-NH-):

Este enlace se forma por reaccin entre el grupo (-COOH de un aminocido y el (-amino del siguiente (con prdida de una molcula de agua) y recibe el nombre de enlace peptdico.

Entre los aos 1930-1940, Pauling y Corey, mediante el estudio de Rayos X de cristales de aminocidos, dipptidos y triptidos, dilucidaron la estructura tridimensional del enlace peptdico (Figura 4). As, descubrieron que la unin C-N del enlace peptdico era ms corta que en la mayor parte de los dems enlaces C-N y llegaron a la conclusin de que el enlace deba tener algn carcter de doble enlace, por la aparicin de dos formas resonantes:

Luego dedujeron que los 4 tomos que rodeaban al enlace peptdico C-N (O, C(, C(, H) estaban situados en el mismo plano, de tal manera que el oxgeno del grupo carbonilo y el hidrgeno del N-H estaran en posicin trans. Esta ordenacin es rgida, y es el resultado de la estabilizacin por resonancia de las formas anteriormente citadas.

Partiendo de estos dos hechos, puede describirse el armazn de una cadena polipeptdica como constituido por una serie de planos, con posibilidad de giro en los C(. De esta forma podemos escribir la estructura de un pptido como una sucesin de planos en la que los grupos -R se van alternando (Figura 5).

4. Secuenciacin de un pptido

La secuencia de un pptido tiene gran importancia porque entre otras cosas condiciona los siguientes niveles estructurales. La insulina bovina fue la primera protena que se secuenci completamente por Sanger en 1953, lo que le vali el premio Nobel. La determinacin de la secuencia de la insulina fue el resultado del trabajo de muchos cientficos durante 10 aos, desde entonces se han secuenciado miles de protenas.

La secuencia de un pptido, si conocemos el gen del que proviene, puede secuenciarse indirectamente, secuenciando dicho gen. Pero tambin puede hacerse la secuenciacin qumica directa. Los pasos a seguir son:

Determinacin de la composicin del pptido por hidrlisis total y posterior anlisis cromatgrfico.

Determinacin de los extremos C-terminal y N-terminal

Fragmentacin por hidrlisis selectiva

Secuenciacin: Degradacin de EdmanLa determinacin de la composicin del pptido se realiza por hidrlisis total presencia de HCl 6N, calentando a 100 C durante 10-24h, y en tubo al que se le ha hecho el vaco. Tras el proceso se utiliza un sistema cromatogrfico que permita separar y determinar cuntos y cules son los aminocidos que forman la cadena.

La determinacin de los extremos C-terminal y N-terminal. Hay mtodos que permiten determinar el primer aminocido (Resto N- terminal) o el ltimo (Resto C- terminal) de una cadena polipeptdica.

La determinacin del resto N-terminal, se puede realizar, entre otros mtodos, mediante la Degradacin de Edman: en este proceso el pptido reacciona con fenil isotiocianato que se une selectivamente al primer aminocido. A continuacin se escinde con HF anhidro el aminocido marcado, separndolo del resto selectivamente con un disolvente orgnico. Tras un tratamiento en medio cido el compuesto resultante se determina cromatogrficamente (Figura 6).

Por otro lado, la determinacin del resto C-terminal, se puede realizar con Hidracina: este compuesto reacciona con todos los enlaces peptdicos del pptido, provocando la hidrlisis de los mismos y dando lugar a aminoacil-hidracinas con todos los aminocidos excepto con el ltimo (C-terminal), pudiendo separarse del resto fcilmente y determinarse con posterioridad su naturaleza.

Fragmentacin por hidrlisis parcial es necesaria porque por lo general no pueden secuenciarse pptidos con mas de 20 o 30 aminocidos. Se realiza con reactivos selectivos (en la mayora de los casos proteasas) que hidrolizan determinados enlaces peptdicos.

La tripsina hidroliza por la derecha de Arg , Lys

La quimotripsina hidroliza por la derecha de Phe, Trp, Tyr

La pepsina hidroliza por la izquierda de Phe, Trp, Tyr

La termolisina hidroliza por la izquierda de Val, Leu, Ile

El bromuro de ciangeno (BrCN) hidroliza por la derecha de la Met

La secuenciacin. Entre los distintos mtodos existentes, podemos citar la degradacin de Edman, cuyo fundamento hemos visto en la determinacin del extremo N-terminal. La aplicacin continuada de varios ciclos de la degradacin de Edman me permite la secuenciacin de todo el pptido, siempre que este no tenga ms de 20 o 30 aminocidos.

No obstante los actales requerimientos de secuenciacin de gran cantidad de pptidos en poco tiempo, han dado origen al desarrollo de nuevos mtodos de secuenciacin de pptidos, desarrollados principalmente para afrontar proyectos como el del proteoma humano. Entre estos mtodos podemos citar el MALDI MS y el ESI MS, ambos basados en la espectrometra de masas.

La espectrometra de masas permite calcular la masa del compuesto analizado con gran precisin. Esta tcnica se basa en que la desviacin que sufre una partcula cargada al atravesar un campo magntico depende bsicamente de su carga y masa. Si ionizamos las molculas, la mayora con carga +1, y las sometemos a un barrido de campo magntico obtenemos un espectro de masas. Esta tcnica se utilizaba con molculas en fase gaseosa lo que impeda su aplicacin a molculas sensibles a la descomposicin por calor o por los tratamientos tradicionales utilizados para pasar la muestra a fase gaseosa. En 1988 se desarrollaron dos tcnicas que permiten evitar este problema.

La espectrometra de masas da mucha informacin sobre la masa molecular, la presencia de cofactores, etc. Y adems puede utilizarse para secuenciar pequeas cadenas de polipptidos, mediante una tcnica conocida como tanden MS, que bsicamente consiste en dos epectrometros de masas en serie. La protena bajo estudio se trata con proteasas para obtener una mezcla de pequeos pptidos. En el primer espectrmetro la mezcla de pptidos se trata de forma que solo uno de los pptidos es seleccionado para su posterior anlisis. El pptido seleccionado se fragmenta en la cmara de colisin que se encuentra entre los dos espectrmetros donde una pequea cantidad de gas noble (He o Ar) produce la fragmetacin del pptido preferentemente por los enlaces peptdicos, como la cmara est en vaco no hay agua los productos son radicales. Los fragmentos son medidos en el segundo espectrmetro. En un especto tpico los picos mayoritarios corresponden a radicales que difieren en la masa de un aminocido particular. As puede deducirse la secuencia. La nica ambigedad tiene lugar entre la leucina y la isoleucina que tienen la misma masa molecular. Este mtodo es rpido, requiere slo minsculas cantidades de muestra que pueden ser extradas de una electroforesis bidimensional. Las grandes compaas como Celera (particip en el proyecto genoma humano) disponen de sistemas automatizados en que una gran cantidad de protenas se separan por electroforesis bidimensional o HPLC, cada punto puede ser luego secuenciado por un espectrmetro en tandem. Este mtodo podra usarse tambin para la secuenciacin de DNA, pero los mtodos tradicionales son tan rpidos que no es rentable.

La figura muestra un tpico espectro realizado por espectrometra en tandem de un pequeo pptido de 10 amincidos. La secuencia deducida de este pptido fue; Phe-Pro-Gly-Gln-(Ile/Leu)-Asn-Ala-Asp-(Ile/Leu)-Arg.

5. Clasificacin y funcin biolgica de las protenasLas protenas son cadenas polipptidicas que se diferencian de los oligopptidos en el nmero de aminocidos que contienen, en su carcter funcional y sobre todo en que son el resultado del proceso de traduccin gentica. La conformacin de una protena hace referencia a la disposicin espacial de la misma, aspecto de vital importancia, pues va a estar directamente relacionado con la funcin que desempean. Segn la conformacin las protenas pueden clasificarse en fibrosas y globulares. Las fibrosas poseen las cadenas polipeptdicas ordenadas de modo paralelo a lo largo de un eje. Forman materiales fsicamente resistentes e insolubles en agua, siendo elementos bsicamente estructurales como por ejemplo la (-queratina del pelo, la fibroina de la seda o el colgeno de los tendones. Por su parte, las protenas globulares, estn constituidas por una o varias cadenas polipeptdicas plegadas de modo que puedan adoptar una conformacin esfrica o globular, desempeando diferentes funciones de tipo metablico (protenas transportadoras, enzimas, anticuerpos,...). Algunas protenas incluso pueden situarse entre estas dos conformaciones como sera el caso de la miosina de los msculos o el fibringeno de la sangre.6. Niveles estructurales de las protenas

La conformacin que presenta una protena va a depender directamente de los distintos niveles estructurales (hasta cuatro, esquema en Figura 7) que posee, niveles que a continuacin se detallan.

a) Estructura primaria: hace referencia a la posicin que ocupa cada aminocido en la cadena polipeptdica, es decir nos da idea de la secuencia de la protena. La importancia de este nivel radica en que la posicin que ocupa cada aminocido dentro de la cadena va a condicionar enormemente el resto de los niveles estructurales y en ltimo trmino la funcin que desempea la protena.

b) Estructura secundaria: hace referencia a la ordenacin regular y peridica de la cadena polipeptdica en una direccin determinada. Bsicamente, podemos encontrar dos tipos de estructura secundaria, la hlice-( y la conformacin-. En la Hlice-( (Fig.8) la cadena polipeptdica adopta una conformacin helicoidal. Las estructuras helicoidales se caracterizan por el numero de aminocidos por vuelta (n) (3,6 restos en la Hlice-) y por su paso de rosca (p), o distancia entre vueltas (5,4 ( para la Hlice-). Esta conformacin se estabiliza por puentes de hidrgeno (R-C=O H-N-R) intracatenarios (dentro de la hlice). Adems, los restos -R de los aminocidos se disponen hacia fuera de la hlice evitando las interacciones estricas (por grupos voluminosos) y estabilizando la conformacin. Por otro lado, la hlice- se distorsiona o pierde la conformacin cuando en la secuencia aparece una prolina, nico aminocido ciclado por su grupo -amino.

En la conformacin- (Fig.9) la cadena adopta una ordenacin lineal en la que los restos -R, de los aminocidos, se van alternando por encima y por debajo (zig-zag) del plano del enlace peptdico. Esta conformacin se estabiliza con puentes de hidrgeno entre varias cadenas de protenas con conformacin-. El resultado de estas interacciones es la hoja plegada , que puede presentar un plegamiento paralelo, (en el que las cadenas vecinas se desarrollan en la misma direccin), o bien un plegamiento antiparalelo con cadenas vecinas en direcciones opuestas.

Aunque las dos conformaciones (hlice- y hoja plegada- son posibles dentro de una misma protena (como veremos en la estructura terciaria), existen tambin protenas que presentan slo una de las dos.

La (-queratina es una protena que aparece en todos los vertebrados superiores y es el componente principal del pelo, la lana, las uas o los cuernos. El pelo est construido por clulas muertas, cada una de las cuales contiene macrofibrillas empaquetadas que se orientan paralelamente a la fibra del pelo. stas estn formadas por microfifrillas, que es una asociacin de protofibrillas que continen dos cadenas de hlice-que se retuercen en un arrollamiento hacia la izquierda. Las (-queratinas poseen un alto contenido de Cys (R= -CH2-SH) de tal manera que las interacciones entre las hebras se producen a travs de puentes disulfuro (-S-S-) dando una gran resistencia e insolubilidad al conjunto. Aunque la insolubilidad de las queratinas impide que la mayor parte de los animales la puedan digerir, la polilla, posee una concentracin elevada de mercaptanos, que rompen los puentes disulfuro, en su tracto digestivo, y por lo tanto pueden digerir la lana.

Por su parte, la fibrona (Fig.11) de la seda es una agrupacin de -queratinas en conformacin hoja plegada- antiparalela unidas por enlaces de hidrgeno intracatenarios. La fibroina y otras -queratinas son muy ricas en aminocidos poco voluminosos (gly y ala), lo que facilita que las hojas se apilen unas sobre otras, de tal modo que se alternan zonas de contacto entre glicinas y zonas de contacto entre alaninas, interaccionando mediante fuerzas dbiles de van der Waals. Este hecho hace posible que la seda pueda extenderse en fibras fcilmente separables (separando hojas) pero relativamente difciles de romper (implicara romper los enlaces peptdicos).

Por otro lado, existe la posibilidad de transformar la (-queratina en -queratina. As, cuando el pelo o la lana se someten a la accin del vapor (calor + humedad) pueden incluso duplicar su longitud. Lo que ocurre es que se rompen los puentes de hidrgeno de la hlice-( y las cadenas polipeptdicas adoptan una conformacin-; no obstante los grupos -R de las (-queratinas son muy voluminosos, lo que hace que la conformacin- se desestabilice y al poco tiempo adopte de nuevo la conformacin en (-hlice con lo que el pelo o la lana recuperan su longitud original.

c) Estructura terciaria : hace referencia al modo en que se curvan o pliegan en el espacio los segmentos de hlice-( y/o conformacin-, que presenta una cadena polipeptdica de los protenas globulares. La conformacin espacial de las protenas depende lgicamente de su estructura primaria, as las cadenas laterales de los aminocidos en las protenas globulares se hallan distribuidas espacialmente de acuerdo con sus polaridades, de tal forma que:

Los restos no polares aparecen, casi siempre, en el interior de la protena, para no entrar en contacto con el disolvente acuoso que la envuelve, creando un ambiente hidrofbico.

Los residuos polares con carga se hallan situados, normalmente en la zona externa, interaccionando con el medio acuoso. A veces, se requiere de estos centros en la parte interna de la protena y en estos casos tambin ocurre que estn directamente implicados en alguna funcionalidad de la protena, bien a nivel estructural o bien a nivel cataltico.

Los grupos polares sin carga, aparecen distribuidos por la totalidad de la cadena, si bien mayoritariamente, tambin aparecen en las partes externas, en contacto con la disolucin acuosa.

Como consecuencia de esta distribucin de restos, las protenas globulares son muy compactas, hay poco espacio en el interior, de modo que el agua difcilmente accede a dicho espacio.

Algunas protenas, como le ocurre a la mioglobina (Fig.12) estn constituidas solo por hlices-(. La estructura terciaria de la mioglobina, se trata de una protena globular que contiene una sola cadena polipeptdica, constituida por ocho segmentos de hlice-( . La mioglobina se halla, principalmente, en las clulas de los msculos esquelticos y es especialmente abundante en los mamferos buceadores, en los que no slo acta almacenando oxgeno, sino tambin contribuyendo al aumento de la velocidad de difusin del oxgeno. La protena, adems, contiene un componente no proteico, el grupo hemo que permite la oxigenacin y desoxigenacin de forma reversible.

Otras protenas globulares, como la concanavalina A (Fig.13a) (lectina de soja) mayoritariamente est formada por regiones extensas de hoja plegada-. Por otro lado, tambin nos podemos encontrar con protenas que poseen cantidades significativas de ambos tipos de estructura secundaria, como puede ser la anhidrasa carbnica (Fig.13 b).

d) Estructura cuaternaria: Muchas protenas globulares son oligomricas, es decir estn formadas por ms de una subunidad polipeptdica. La posicin espacial que ocupa cada una de estas subunidades respecto a las otras queda determinada por la estructura cuaternaria. La estructura cuaternaria de la hemoglobina (Hb) estara formada por cuatro subunidades (iguales dos a dos) cada una con su grupo hemo, necesario para el transporte de oxgeno.

En la figura 7 se mostraban los cuatro niveles estructurales presentes en la hemoglobina. As, se puede apreciar como la estructura primaria condiciona el resto de niveles estructurales de la Hb. De hecho, existen varias mutaciones de las molculas de Hb, en las que la secuencia de aminocidos difiere un poco de la secuencia de la Hb normal (conocida como HbA). La mayora de estas mutaciones son inofensivas, pero algunas causan graves enfermedades, como es el caso de la Hb de las clulas falciformes (HbS).La diferencia entre la HbA y la HbS (Fig.15a y 15b) radica slo en que en la secuencia una molcula de ac. glutmico (polar con carga) es sustituida por una Val (apolar). Este pequeo cambio (1 de los 146 aas de las cadenas- ) tiene un profundo efecto sobre el resto de niveles estructurales, pues la apolaridad de la Val (situada en un extremo exterior) interacciona de modo hidrofbico con partes apolares de las subunidades a de otras HbS. Esto hace que las molculas se agreguen y precipiten en las clulas. Como consecuencia, los glbulos rojos (normalmente con forma de disco) adoptan una forma de media luna, obstruyendo los capilares ms delgados, restringiendo el flujo sanguneo y provocando entre otras complicaciones dolores severos y sudoracin.

EMBED PowerPoint.Slide.8

Figura 1.

Estructura qumica de un aminocido. Estructura qumica en el plano y estructura espacial. Enantimeros del aminocido alanina.

Figura 2.

Estructura qumica de los L-aminocidos.

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Figura 3

Ionizacin de un L-aminocido.

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Figura 4.

Estructura espacial del enlace peptdico. (a) Ilustracin del carcter parcialmente doble del enlace peptdico. (b) Configuracin del plano que conforman el enlace peptdico y los carbonos extremos.

Figura 5.

Estructura espacial de un pptido. Secuencia ordenada de los planos de enlace peptdico en el espacio. Los grupos R se alternan por encima y debajo del plano general de la molcula.

Figura 6.

Determinacin de la secuencia de un pptido. Determinacin del primer aminocido utilizando 2,4-dinitrofluorobenceno (a) o fenilisotiocianato (b). Este segundo mtodo tambin se conoce como degradacin de Edman .

Figura 7.

Esquema de los cuatro niveles de estructura de las protenas.

Figura 8.

Esquema de la hlice-

Figura 9.

Esquema de la hoja plegada-En conformacin antiparalela (a) y paralela (b)

Fig.10

-queratina del pelo

Figura 11.

Hoja plegada- de la fibroina de la seda.

Fig.12.

Estructura de la Mioglobina, donde se aprecia el grupo hemo (en rojo) y los 8 segmentos en hlice-

Fig.13.

Estructura de la concanavalina A (a) y la anhidrasa carbnica (b)

a

b

Fig.14

Estructura cuaternaria de la hemoglobina

Fig.15a

Glbulos rojos con HbA

Fig.15b

Glbulos rojos con HbS

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