BIOQUÍMICA APLICADA

INTRODUCCIÓN A LA BIOQUÍMICA

DEFINICION DE BIOQUIMICA

• Es la ciencia que estudia los cambios químicos en los seres vivos.• Estudio de las reacciones químicas y las moléculas que forman parte de la vida.• Busca explicar la vida a nivel molecular•

¿Por Qué? ¡¡ BIOQUIMICA INDUSTRIAL !!

• Campo de la Ing. Química.• Nueva área de procesos, ¡ los bioprocesos !:

- industria farmacéutica. - industria alimentaria (lácteos, fermentados). - industria metalúrgica - industria química.

Producción de antibióticos

Industria láctea• Producción de yogurt.

– Bacterias lácteas• Producción de quesos.

– Cuajo.– microorganismos

Queso camembert. Francés, untuoso (Penicillium camemberti)

Queso roquefort:Es un queso francés de leche de oveja.

(Penicillium roqueforti)

Producción de cerveza

PRINCIPALES PRODUCTOS MICROBIANOS

300,00030,00020001000

Corynebacterium glutamicumBrevibacterium flavumCorynebacterium glutamicumBrevibacterium flavor

AminoacidosAcido glutamicoLisinaFenilalaninaarginina

250,00050,00050,000

Aspergillus nigerAspergillus nigerLactobacillus delbrueckii

Acidos organicosAcido citricoAcido gluconicoAcido lactico

500,00050,000

Levaduras y bacterias lacticasCandida utilis

BiomasaStarters para alimentosProteina unicelular

20 millones2000

Saccharomyces cerevisiaeClostridium acetobutylicum

SolventesEtanolAcetona/butanol

PRODUCCION(Ton/año)

ORGANISMOPRODUCTO

< 0.1Corynebacterium diphteriaeClostridium tetaniBordetella pertussisVirus atenuado crecido en riñon de mono o células diploides humanasIdem anteriorAntigenos de superficie expresados en levadura

VacunasDifteriaTetanosPertussisPolio RubéolaHepatitis B 

5Claviceps paspaliAlcaloides del ergot

10Propionibacterium shermaniiEremothecium ashbyii

VitaminasB12Riboflavina

6005005005001005050

Bacillus sppBacillus amyloliquefasciensAspergillus nigerBacillus coagulansAspergillus nigerMucor o levaduras recombinantes

EnzimasProteasasAlfa-AmilasasGlucosa-amilasaGlucosa isomerasaPectinasaReninaotras

PRODUCCION(Ton/año)

ORGANISMOPRODUCTO

< 0.1Bacillus thuringiensisInsecticidasEsporas bacterianas

80,00015,00015,00010,0002,0001,000

Penicillum chrysogenumCephalosporium acremoniumStreptomyces aureofaciensStreptomyces erythreusBacillus brevisStreptomyces griseusPenicillum griseofulvum

AntibioticosPenicilinasCefalosporinasTetraciclinasMacrolidos (eritromicina)Polipeptidicos (gramicidina)Aminoglicosidos (estreptomicina)Aromáticos (griseofulvina)

< 0..01 Celulas de hibridomaAnticuerpos monoclonales

< 0.1E. coli recombinanteE. coli recombinante o celulas de mamífero recombinantecelulas de mamífero recombinantecelulas de mamífero recombinanteE. coli recombinante

Proteinas de uso terapéuticoInsulinaHormona de crecimientoEritropoyetinaFactorVIII-CActivador del plasminogenoInterferon alfa2

< 0.1Lithospermum (plantas)Levaduras

PigmentosShikoninasBeta-carotenos

PRODUCCION(Ton/año)

ORGANISMOPRODUCTO

Las células

• Unidad estructural y funcional de todo organismo vivo.• Todas las células poseen:

– núcleo o nucleoide (contiene material genético)– membrana plasmática (separa contenido de los alrededores)– citoplasma (citosol, porción acuosa y partículas suspendidas y

organelos).• Tipos de células: procariota, eucariota

CELULA PROCARIOTICA• Generalmente pequeña (1-10 µm)• No tiene organelos.

CELULA EUCARIOTICA

• Generalmente grande (5-100 µm)• Posee organelos.

Células eucariotas

Organelos célula eucariótica

• Membrana plasmática contiene receptores y transportadores.

• Retículo endoplásmico organiza síntesis de proteínas y lípidos.

• Aparato de Golgi sortea y procesa proteínas.• Lisosomas puntos de reacciones de degradación.• Núcleo contiene genoma.• Mitocondria, ocurre producción de energía

Macromoléculas• Todos los organismos vivos tienen las mismas subunidades monoméricas.• La estructura de las macromoléculas determina la función biológica.• Cada género y especie es determinada por un conjunto específico de

macromoléculas.

Tipos de biomoléculas

CAPITULO 2 AMINOÁCIDOS

Aminoácido

• Los aminoácidos son los monómeros de las proteínas.• Los aminoácidos están formados por:

– Un carbono unido a un grupo carboxilo.– Un grupo amino– Un hidrógeno y – Una cadena R de composición variable, que

determina las propiedades de los diferentes aminoácidos

• En los aminoácidos naturales, el grupo amino y el grupo carboxilo se unen al mismo carbono que recibe el nombre de alfa asimétrico.

• Existen unos 20 aminoácidos distintos componiendo las proteínas.

• donde "R" representa la cadena lateral, específica para cada aminoácido. Técnicamente hablando, se les denomina alfa-aminoácidos, debido a que el grupo amino (–NH2) se encuentra a un átomo de distancia del grupo carboxilo (–COOH). Como dichos grupos funcionales poseen H en sus estructuras químicas, son grupos susceptibles a los cambios de pH, por eso, en el pH de la célula, prácticamente ningún aminoácido se encuentra de esa forma, sino que se encuentra ionizado.

TIPOS DE PROTEINAS

• Proteínas simples. solo están compuestas de aminoácidos• Composición: C= 50%, O=23%, N=16%, H=7%, S=3%.• Análisis de Kjeldhal. P = Np(100/16)• Proteínas conjugadas.

Clasificación de AAs• Existen muchas formas de clasificar los aminoácidos.

– Según las propiedades de su cadena. (características químicas)– Según su obtención.–

SEGÚN LA CADENA• Neutros polares, polares o hidrófilos : Serina (Ser,S), Treonina (Thr,T), Cisteína

(Cys,C), Asparagina (Asn,N), Glutamina (Gln,Q) y Tirosina (Tyr,Y). • Neutros no polares, apolares o hidrófobos: Glicina (Gly,G), Alanina (Ala,A),

Valina (Val,V), Leucina (Leu,L), Isoleucina (Ile,I), Metionina (Met,M), Prolina (Pro,P), Fenilalanina (Phe,F) y Triptófano (Trp,W).

• Con carga negativa, o ácidos: Ácido aspártico (Asp,D) y Ácido glutámico (Glu,E).

• Con carga positiva, o básicos: Lisina (Lys,K), Arginina (Arg,R) e Histidina (His,H).

• Aromáticos: Fenilalanina (Phe,F), Tirosina (Tyr,Y) y Triptofano (Trp,W) (ya incluidos en los grupos neutros polares y neutros no polares).

El agua tiene la estructura de un dipolo eléctrico gracias a la alta electronegatividaddel oxígeno en relación al hidrógeno, de modo que los electrones de enlace tiendena acercarse hacia el oxígeno. Este dipolo no posee cargas formales sino que se gene-ra por una distribución asimétrica de los electrones de enlace. Permite la formación de puentes de Hidrógeno.

Ejemplos de polaridad. Una molécula lineal será apolar cuando los vectores que forman el dipolo se anulan

Por la carga

• Apolares.• Polares• Básicos• Ácidos.

Según su obtención• A los aminoácidos que necesitan ser ingeridos por el cuerpo para obtenerlos se

les llama esenciales.• Para el ser humano, los aminoácidos esenciales son:• Valina (Val) • Leucina (Leu) • Treonina (Thr) • Lisina (Lys) • Triptófano (Trp) • Histidina (His) • Fenilalanina (Phe) • Isoleucina (Ile) • Arginina (Arg) (Requerida en niños y tal vez ancianos) • Metionina (Met)

Proteínas =combinaciones• Potencialmente, con 20 aminoácidos• Se podrían formar:

• 202=400 dipéptidos diferentes• 203=8000 tripéptidos diferentes• 20100=1.27x10130 Proteínas diferentes conteniendo 100 residuos de

aminoácidos.

Aminoácidos no proteicos• Hay aminoácidos que no se consideran proteicos y aparecen en algunas

proteínas. Son derivados de otros aminoácidos, es decir, se incorporan a la proteína como uno de los aminoácidos proteicos y, después de haber sido formada la proteína, se modifican químicamente; por ejemplo, la hidroxiprolina.

• Algunos aminoácidos no proteicos se utilizan como neurotransmisores, vitaminas, etc. Por ejemplo, la beta-alanina o la biotina.

Propiedades aminoácidos

• Ácido-básicas. – Comportamiento de cualquier aminoácido cuando se ioniza. Cualquier

aminoácido puede comportarse como ácido y como base, se denominan sustancias anfóteras.

– Cuando una molécula presenta carga neta cero está en su punto isoeléctrico. Si un aminoácido tiene un punto isoeléctrico de 6,1 a este valor de pH su carga neta será cero

– Los aminoácidos y las proteínas se comportan como sustancias tampón. • Ópticas.

– Todos los aminoácidos excepto la glicina, tienen el carbono alfa asimétrico lo que les confiere actividad óptica; esto es, que desvían el plano de polarización cuando un rayo de luz polarizada se refracta en la molécula.

– Si el plano es a la derecha, se denominarán dextrógiras y las que lo desvían a la izquierda se denominan levógiras. Además, cada aminoácido puede presentar configuración D o L dependiendo de la posición del grupo amino en el plano. Esta última configuración D o L es independiente de las formas dextrógira o levógira.

Ópticas. – Según el isómero, desviará el rayo de luz polarizada hacia la izquierda

(levógiro) o hacia la derecha (dextrógiro) el mismo número de grados que su esteroisómero. El hecho de que sea dextrógiro no quiere decir que tenga configuración D. La configuración D o L depende de la posición del grupo amino (L si está a la izquierda según la representación de Fisher)

• Químicas. – Las que afectan al grupo carboxilo (descarboxilación). – Las que afectan al grupo amino (desaminación). – Las que afectan al grupo R.

ESTEREOISMERISMO DE AMINOACIDOS• Isómeros: dos o mas compuestos que tienen el mismo numero, clase de átomos

y PM.• Isomería estructural.

• Estereoisometría.– Isómeros geométricos. Cis- trans.– Isómeros ópticos. L. D

ENANTIOMEROS• La estructura tetraédrica regular del átomo de carbono permite

enlazar un máximo de 4 sustituyentes distintos. Dos isómeros son posibles. Uno, y su imagen en el espejo (enantiómeros). La relación de enantiomería es llamada quiralidad

L-aminoácido denota quiralidad, la capacidad de desviar el plano de la luz polarizada hacia la izquierda (levo-rotación).

PROPIEDADES IONICAS

• Los AA tienen altos puntos de fusión ( ± 200 ºC), y alto valor del momento dipolar.

• Debe tratarse de estructuras dipolares.• Pero no todos lo AA tienen cadena polar (R ). El carácter solo puede deberse a

los grupos NH2 y COOH.• En solución se disocian a switeriones

La forma de zwitterion predomina a pH fisiológico

• Los aminoácidos a pH bajo (ácido) se encuentran mayoritariamente en su forma catiónica (con carga positiva), y a pH alto (básico) se encuentran en su forma aniónica (con carga negativa).

• Sin embargo, existe un pH especifico para cada aminoácido, donde la carga positiva y la carga negativa se encuentran en equilibrio, y el conjunto de la molécula es eléctricamente neutro. En éste estado se dice que el aminoácido se encuentra en su forma de zwitterion

• En una solución ácida fuerte, una con un bajo pH, los aminoácidos están totalmente protonados y tienen una carga positiva (la forma catiónica).

• Si la solución es casi neutra, los aminoácidos existen como iones dipolares, o sea iones con carga positiva y una carga negativa. Los iones dipolares también se conocen como zwitteriones; ambos términos se utilizan comúnmente. Un aminoácido que existe como un ion dipolar es neutro por las cargas positiva y negativa se cancelan.

• Para valores de pH altos, los aminoácidos se cargan negativamente (la forma aniónica) porque los iones hidróxido sacan los H+ de las moléculas y en solución se establece un equilibrio entre las tres formas.

• Ejemplo, la valina: • a pH 1, todos los grupos aparecen protonados: carboxilo como -COOH y amino

como -NH3+. El aminoácido tiene una carga positiva neta. • A pH 7, el carboxilo se disocia (-COO-) y el amino sigue protonado (-NH3+); el

aminoácido tendrá simultáneamente carga positiva y negativa (zwitterion). • A pH 13, el carboxilo sigue disociado (-COO-) y el amino pierde el protón ( -

NH2); el aminoácido queda con una carga negativa.El pH en el cual un aminoácido tiende a adoptar una forma dipolar neutra (igual número de cargas positivas que negativas) se denomina Punto Isoeléctrico. La solubilidad en agua de un aminoácido es mínima en su punto isoeléctrico.

• Veamos a continuación las formas iónicas de un aminoácido dicarboxílico (ácido aspártico) en función del pH.

• A pH 1, todos los grupos aparecen protonados: los dos carboxilos como -COOH y amino como -NH3+. El aminoácido tiene una carga positiva neta.

• A pH 3, el carboxilo de la cadena lateral y el grupo amino, aparecen protonados ( -COOH y -NH3+ ) y el a-carboxilo disociado (-COO-). El aminoácido está en torno a su punto isoeléctrico. A pH 7, los dos carboxilos están disociados (-COO-) y el amino sigue protonado (-NH3+); el aminoácido tendrá simultáneamente dos cargas negativas y una positiva (una negativa neta).

• A pH 13, los dos carboxilos siguen disociados (-COO-) y el amino pierde el protón (-NH2); el aminoácido queda con dos cargas negativas netas.

• Para concluir este análisis, consideremos las formas iónicas de la lisina que es un aminoácido dibásico.

• A pH 1, todos los grupos aparecen protonados: el carboxilo como -COOH y los dos aminos como -NH3+. El aminoácido tiene dos cargas positivas netas.

• A pH 7, el alfa-carboxilo disociado (-COO-) y los dos aminos protonados (-NH3+ ). El aminoácido tiene una carga positiva neta.

• A pH 9.5, el carboxilo sigue disociado (-COO-) y el amino de la cadena lateral sigue protonado (-NH3+); el alfa-amino aparece como (-NH2). El aminoácido estará próximo a su punto isoeléctrico.

• A pH 13, el carboxilo sigue disociado (-COO-) y los dos aminos han perdido el protón (-NH2); el aminoácido queda con una carga negativa neta.

• La mayoría de las células tiene valores de pH aproximadamente neutros; por lo tanto, la forma predominante de los aminoácidos en las células es el ion dipolar. Puesto que el anión carboxilato -COO-, esta cargado negativamente, y el grupo amino protonado -NH3+, está cargado positivamente, el ion dipolar es una especie química neutra. Si la forma iónica dipolar de un aminoácido se coloca entre dos electrodos cargados opuestamente (electrólisis), los iones dipolares neutros no son afectados. Las formas aniónica y catiónica de los aminoácidos migran hacia los electrodos

pKa• Es una forma simplificada de observar la constante de equilibrio K

La oxidación de 2 cisteínas vecinas permite formar puentes disúlfuro. Estos enlaces pueden unir covalentemente cadenas polipeptídicas diferentes o también imponerle restricciones espaciales a una misma cadena polipeptídica.

La ecuación de Henderson-Hasselbach rige la disociación de cualquier ácido o base débil a un pH determinado. Sin embargo, no predice el comportamiento de un poliácido, tal como una proteína.

Cadenas laterales ácidas, pueden formar interacciones iónicas, dependientes del pH

Cálculo del Punto isoeléctrico (pI) de un aminoácido.

El punto isoeléctrico (pI) corresponde al valor de pH al cuál una molécula tiene carga neta (z) igual a cero.En un zwitterion simple, pI = (pK1 + pK2)/2 (a); Para un aminoácido de cadena lateral ácido-base, pI es el promedioDe los pK entre la especie con carga +1 y -1 (b).

PROPIEDADES OPTICAS DE AMINOACIDOSUn cromóforo es una molécula capaz de absorber luz en un cierto rango de longitudes de onda característico, en el espectro UV-VIS. La absorbancia de un compuesto en solución es medida en un espectrofotómetro.

PROPIEDADES QUIMICAS DE AA• Reacciones del grupo amino.• Reacciones del grupo carboxilo.• Reacciones del grupo R

Reacción de la Ninhidrina. "La reacción de la ninhidrina cuantifica la reacción de los aminoácidos del grupo alfa amino. La ninhidrina reacciona rápidamente con el grupo amino, lo oxida y libera amonio el cual se condensa con la ninhidrina reducida, y con otra molécula de ninhidrina libre, para producir un aducto púrpura."

reacción de la ninhidrina• Es una de la reacciones más importantes, la cual se ha utilizado durante muchos

años para detectar y cuantificar a.a. en cantidades del orden del microgramo.• La ninhidrina descarboxila por oxidación los a -a.a. a CO2 y un aldehído,

formándose un complejo de color azul-púrpura (l : 570 nm). • Los a.a. Como la , prolina e hidroxiprolina, producen un color amarillo con

ninhidrina.

REACCION CON DINITROFLUOROBENCENO.

• Es una reacción que se usa para la medición y detección cuantitativa de los aminoácidos, la principal aplicación sé encuentra en la determinación del residuo N-terminal de cadenas peptidicas.

• El complejo formado es el dinitrofenil derivado (DNP) de color amarillo; cromatografía en papel o en capa fina de un DNP- aminoácido desconocido contra estándares conocidos de DNP aminoácidos proporciona la base para identificar al conocido.

REACCION CON FENILISOTIOCIANATO.• Se le conoce también como reacción de Edman; se utiliza para la identificación

de aminoácidos con la aplicación principal de determinar la secuencia de cadenas peptídicas desde el extremo N-terminal.

• El cloruro de dansilo también reacciona con los a.a., dando origen a derivados estables en condiciones drásticas, como las utilizadas en la hidrólisis de proteínas.

SEPARACION DE AMINOACIDOS

• Alos a.a. son liberados de las proteínas mediante una hidrólisis. Un hidrolizado proteico, obtenido por cocción con HCl 6N, presenta una mezcla de a.a. Cromatografía:

• En todas las separaciones cromatográficas, las moléculas son separadas dentro de una fase estacionaria y una móvil. Dependiéndo del tipo de fase estacionaria podemos distinguir: cromatografía en papel, cromatografía en capa fina, o cromatografía en columna. La separación depende de la tendencia relativa de las moléculas en la mezcla de asociarse con más fuerza a una o a otra fase.

Cromatografía en papel• Aunque es sustituída en gran parte por técnicas más sofisticadas, esta técnica

todavía encuentra aplicación en la separación de a.a. Las muestras se aplican en un punto marcado aprox. A 5 cm del extremo de una tira de papel filtro, y ésta se suspende en un recipiente sellado que contiene el solvente cromatográfico (para a.a. son mezclas de agua, alcoholes y ácidos o bases, constituyendo la fase móvil). La fase movil asciende por capilaridad. Cuando ha avanzado hasta el otro extremo, la tira se seca y se trata para permitir la visualización de las moléculas de interés (ej.: para a.a. se trata con ninhidrina al 0.5% en acetona, seguida de calentamiento de 90-100° C durante unos minutos). Los a.a. con grandes cadenas laterales no polares (Leu, Ileu, Fen, Trip, Val, Met, Tir) migran más que que aquellos con cadenas laterales mas cortas no polares (Pro, Ala, Gli) o con cadenas laterales polares (Thr, Glu, Ser, Arg, Asp, His, Lis, Cis). Esto refleja la mayor solubilidad relativa de las moléculas polares en la fase estacionaria hidrofílica, y de las moléculas no polares en solventes orgánicos. La relación entre la distancia recorrida por un a.a. con la distancia que viaja el solvente, medidas ambas desde el sitio marcado para la aplicación de la mezcla

de a.a., se asigna como valor Rf (movilidad relativa con el sustrato) de ese a.a. La movilidad puede expresarse en relación a la de un estandar

Cromatografía en capa fina

. Es muy similar a la cromatografía en papel, pero se utiliza como fase estacionaria unos soportes adsorbentes como celulosa pulverizada o gel de sílica, incorporados en capa fina sobre una placa de vidrio. La cromatografía en capa fina de adsorción se aplica a sustancias apolares, como lípidos, no así a a.a. ni la mayoría de los péptidos

Cromatografía de intercambio iónico• En el análisis de los residuos de a.a. después de la hidrólisis de un polipéptido,

se utiliza generalmente la cromatografía de intercambio iónico.• Esta técnica explota principalmente las diferencias en el signo y en las

magnitudes de las cargas eléctricas netas de los a.a. a un determinado valor de pH, las cuales son predecibles a partir de los valores de pK a o de sus curvas de titulación.

• La columna cromatográfica consiste en un tubo largo relleno de partículas de una resina sintética, que contiene grupos cargados fijos; las que contienen grupos aniónicos se denominan resinas de intercambio catiónico (ej.: resina con grupos –SO3-) y las que contienen grupos catiónicos, resinas de intercambio aniónico.

• La afinidad de cada a.a. por la resina está afectada por el pH (que determinará el estado de ionización de la molécula) y la concentración de iones salinos, que pueda competir con la resina por asociación con el a.a.

Cromatografía de intercambio iónico

Se puede, por lo tanto, conseguir la separación óptima de los a.a. mediante un cambio gradual del pH o de la concentración salina de la solución que se pase a través de la columna, de manera que se cree un gradiente de pH o de sal.

Una mejora moderna de ésta y otras técnicas cromatográficas se denomina cromatografía líquida de alta resolución (HPLC).

Esta técnica aprovecha una resina mas fuerte y un aparato mejorado diseñado de forma tal, que permite la cromatografía a alta presión, lo que conduce a mejores separaciones en un tiempo mucho más corto.

En el caso de los a.a. todo el procedimiento está automatizado, de modo que la elución, colección de fracciones, análisis de cada fracción y registro de los datos se lleva a cabo de manera automática en un analizador de a.a.

CAPITULO 3 PROTEÍNAS

Funciones de las proteínas

Catalíticas;(enzimas ) aceleran 1 reacción química Transporte; llevan y traen moléculas como la hemoglobinaEstructurales; proteínas a nivel de membrana celular (transporte activo)Protección; sistema inmunológico como la inmunoglobulina precursor de las plaquetasReguladoras; se fijan en la parte externa de la molécula como sitio de reconocimiento

Ejemplos

PROTEINAS DE ESTRUCTURA• COLAGENO (HUESO Y PIEL)• KERATINA (PELO Y UNAS)• FIBRINA (AYUDA A LA COAGULACION)• ELASTINA (LIGAMENTOS)

PROTEINAS DE FUNCION• HORMONAS (CONTROLAN FUNCIONES DEL ORGANISMO)

• ANTICUERPOS (LUCHAN INFECCIONES)• ENZIMAS (ACELERAN REACCIONES EN EL ORGANISMO)• HEMOGLOBINA (LLEVAN OXIGENO)

Polipéptidos

• Péptidos. Menos de 50 AA• Ej. Glutatión. Es un tripéptido constituido por tres aminoácidos: glicina, cisteína

y ácido glutámico. • Es un antioxidante intracelular para lo cual usa el grupo tiol de la cisteína como

agente reductor. Actúa reduciendo especies reactivas del oxígeno como peróxido de hidrógeno gracias a la enzima glutatión peroxidasa la cual cataliza la siguiente reacción:

• H2O2 + 2GSH------- GSSG + 2 H2O.

• Ej. Aspartame. Es un edulcorante no calórico descubierto en 1965 y comercializado en los ochenta. Numerosas organizaciones nacionales e internacionales han evaluado la inocuidad del aspartamo y un comité internacional de expertos ha establecido un nivel de Ingesta Diaria Admisible

(IDA). Sin embargo, ciertas voces han reabierto el debate sobre los riesgos que el aspartamo pudiera representar para la salud.

• El aspartamo es un polvo blanco e inodoro, unas 200 veces más dulce que el azúcar, que se emplea en numerosos alimentos en todo el mundo. Se comercializa bajo varias marcas, como Natreen, Canderel o Nutrasweet, y corresponde al código E951 en Europa. El aspartamo es estable cuando se encuentra seco o congelado, pero se descompone y pierde su poder edulcorante, con el transcurso del tiempo, cuando se conserva en líquidos a temperaturas superiores a 30°C.

ESTUDIO DE LA ESTRUCTURA DE LAS PROTEINAS• Estructura primaria. Secuencia de aminoácidos en la cadena.• Estructura secundaria• Estructura terciaria• Estructura cuaternaria

ESTRUCTURA PRIMARIA• Un péptido se define por la formación de al menos

un enlace peptídico.• El enlace peptídico se forma entre un grupo amino

y carboxilo • provenientes de dos aminoacidos

El enlace peptídico define a un péptido, y tiene carácter parcial de doble enlace. Por ello, el enlace peptídico es plano y no permite la libre rotación de sus sustituyentes

Los ángulos de torsión en torno al Carbono alfa permiten flexibilidad conformacional a la cadena principal (cadena polipeptídica, sin considerar los grupos de cadena lateral, carácterísticos de cada aminoácido.

Ej. Estructura PrimariaHemoglobina

La estructura primaria de una proteína, es su secuencia de aminoácidos, es carácterística de cada proteína y puede ser determinada mediante métodos químicos o físicos

ESTRUCTURA SECUNDARIA• α-Hélice.

Hoja antiparalela (los puentes de H corren perpendiculares a la cadena principal).Una hoja es el arreglo de varias hebras .

Hoja paralela. Los puentes de H corren oblicuos a la cadena principal

Estructuras secundarias

Estructura terciaria

Fuerzas que conforman a las proteínas

Fuerzas que conforman a las proteínasEnlace peptídico:La unión de los péptidos se producen por condensación entre dos aminoácidos. Esta es una unión covalente fuerte, resistentes al calor, a los extremos de pH y a los detergentes, con una energía de enlace de 380KJ/mol y una longitud de 0.15nm. Al tener un doble enlace parcial el grupo peptídico es aplanado.Consecuencias del enlace peptídico:

• - la cadena de polipéptido posee una flexibilidad restringida en los enlaces peptídicos que van seguidos por uniones flexibles.

• - la carga parcial presente en el oxígeno y en el nitrógeno del enlace permite la atraccion entre dos uniones peptídicas, formando un enlace hidrógeno débil con una energia de enlace de 5KJ/mol

• - con frecuencia, los aa. de un polipéptido se denominan “residuos”Enlaces de hidrógeno:

• Se producen entre átomos del enlace péptidico y grupos polares colaterales, donde un átomo de hidrógeno es compartido por dos átomos electronegativos, y son importantes para la formación de los bucles en las estructuras secundarias y para el plegamiento de las estructuras terciarias.

• Tienen una energía de enlace de 20KJ/mol y una longitud de 0,3nm.Interacciones hidrófobas: Los residuos hidrófobos producen interacciones, más que verdaderos enlaces, allí donde forman agrupamientos muy compactos. La energía del enlace viene del desplazamiento del aguaInteracciones iónicas:

Son el resultado de las fuertes atracciones entre átomos positivos y negativos. Estas uniones se observan en las estructuras terciarias y tienen una energía de enlace de 335KJ/mol y una longitud de 0,25nmFuerzas de Van der Waals: (dipolos inducidos por dipolos) son fuerzas de atracción débiles entre dos átomos cuando los orbitales de sus electrones se acercan uno al otro. La energía de enlace es muy débil, de 0,8 KJ/mol y la longitud de 0,35nm. Colectivamente, estos enlaces se añaden a la importante energía contenida en la estructura terciaria de los grandes polipéptidosInteracciones de las cadenas laterales: Forman enlaces, siendo los más importantes los producidos entre los grupos tiol de los residuos de cisteína, que forman una unión covalente de 210 KJ/mol llamada puente disulfuro. Los puentes disulfuro son importantes en las estructuras terciarias y en la estructuctura secundaria de la elastina, y se encuentran habitualmente en proteínas diseñadas para la exportación, por ejm:

- La enzima digestiva ribonucleasa tiene cuatro puentes disulfuro.

- La proteína plasmática insulina tiene tres puentes disulfuro

Agentes desnaturalizantes• La desnaturalización de una proteina se refiere a la ruptura de los enlaces que

mantenian sus estructuras cuaternaria, terciaria y secundaria, conservandose solamente la primaria.

• En estos casos las proteinas se transforman en filamentos lineales y delgados que se entrelazan hasta formar compuestos fibrosos e insolubles en agua.

• Los agentes que pueden desnaturalizar a una proteina pueden ser: calor excesivo; sustancias que modifican el pH; alteraciones en la concentración; alta salinidad; agitación molecular; etc... El efecto más visible de éste fenómeno es que las proteinas se hacen menos solubles o insolubles y que pierden su actividad biológica.

• pH. Provoca ruptura de puente-H• Soluciones concentradas. Las sales ionizadas compiten con los puentes-H• Detergentes. Unen los grupos hidrofobos con el solvente.• Calor. Exista la estructura

SOLUBILIDAD Las proteínas son solubles en agua cuando adoptan una conformación globular. La solubilidad es debida a los radicales (-R) libres de los aminoácidos que, al ionizarse,

establecen enlaces débiles (puentes de hidrógeno) con las moléculas de agua. Así, cuando una proteína se solubiliza queda recubierta de una capa de moléculas de agua (capa de solvatación) que impide que se pueda unir a otras proteínas lo cual provocaría su precipitación (insolubilización). Esta propiedad es la que hace posible la hidratación de los tejidos de los seres vivos.

CAPACIDAD AMORTIGUADORALas proteínas tienen un comportamiento anfótero y esto las hace capaces de neutralizar las variaciones de pH del medio, ya que pueden comportarse como un ácido o una base y por tanto liberar o retirar protones (H+) del medio donde se encuentran

Métodos de separación de proteínas• Electroforesis.• Cromatografícos.• Técnicas de afinidad.

Cromatografía de intercambio catiónico.

La matriz sólida (fase estacionaria) está cargada negativamenteDe modo que interactúa con cationes (cationes son retardados en la columna,Mientras que los aniones son repelidos y eluyen inmediatamente.

Los cationes pueden ser eluidos después de adicionar cationesQue interactúen con la matriz, permitiendo la elución de proteínas básicas,Esto es, cargadas positivamente. El mismo principio es usado paraRealizar cromatografías de intercambio aniónico, sólo que en este caso,La matriz está cargada positivamente y permite el intercambio de aniones(proteínas cargadas negativamente, proteínas ácidas).

Separación por diferencia de peso.• Diálisis. Es el proceso de separar las moléculas en

una solución por la diferencia en sus índices de difusión a través de una membrana semipermeable.

• Típicamente una solución de varios tipos de moléculas es puesta en un bolso semipermeable de diálisis, como por ejemplo, en una membrana de la celulosa con poros, y el bolso es sellado.

• El bolso de diálisis sellado se coloca en un envase con una solución diferente, o agua pura. Las moléculas lo suficientemente pequeñas como para pasar a través de los poros (a menudo agua, sales y otras moléculas pequeñas) tienden a moverse hacia adentro o hacia afuera del bolso de diálisis en la dirección de la concentración más baja. Moléculas más grandes (a menudo proteínas, ADN, o polisacáridos) que tiene dimensiones significativamente mayores que el diámetro del poro son retenidas dentro del bolso de diálisis.

• Una razón común de usar esta técnica puede ser para quitar la sal de una solución de la proteína. La técnica no distinguirá efectivamente entre proteínas

Cromatografía de Filtración en Gel (o de exclusión molecular)

Una matriz sólida porosa permite incluir en ella proteínasde bajo peso molecular (eluyen tardiamente de la columnaporque recoren un camino más largo), y excluir proteínas deMayor peso molecular (que no caben en los poros de laFase sólida. La separación ocurre en solución.

• Centrifugación.

PROCESOS CON PROTEINASCurtiembre.

• El curtido es el proceso químico mediante el cual se convierten los pellejos de animales en cuero.

• El proceso de curtido consiste en reforzar la estructura proteica del cuero creando un enlace entre las cadenas de pépticos.

• El cuero consta de tres capas: epidermis, dermis y capa subcutánea. La dermis comprende aproximadamente un 30 a un 35 % proteína, que en su mayor parte es colágeno, siendo el resto agua y grasa.

• La dermis se utiliza para fabricar después de eliminar las demás capas con medios químicos y mecánicos.

• En el proceso de curtido se emplean ácidos, álcalis, sales, enzimas y agentes curtientes para disolver las grasas y las proteínas no fibrosas y para enlazar químicamente las fibras de colágeno entre sí.

Etapas del curtido • A.- Preparación. (procesos de rivera)

Primero se seleccionan los cueros, se recortan y seguidamente se lavan en tinas o tambores, se depilan.

• B.- Curtido.- El curtido comprende los siguientes pasos: desencalado, purga, piquelado y curtido.

• El desencalado es la preparación de las pieles para la curtición, mediante lavados con agua limpia, tratando de reducir la alcalinidad y removiendo los residuos de cal y sulfuro de sodio. Se utilizan aguas que contienen sulfato de amonio y ácidos.

• La operación de piquelado se realiza como preparación para el curtido, consiste en la acidulación de las pieles, con el objetivo de evitar el hinchamiento y para fijar las sales de cromo entre las células.

• En el piquelado los cueros se ponen en un entorno acido formado por cloruro sódico y acido sulfúrico. El acido es necesario por que los agentes curtientes de cromo no son solubles en condiciones alcalinas, al contrario, en soluciones alcalinas las sales de cromo reaccionan rápidamente con las fibras del colágeno, por lo que podría producirse una sobrecurtición en las etapas externas dificultando la difusión a las capaz internas.(Germillac, 2004).

• La velocidad de difusión de los componentes del piquelado puede aumentarse incrementado la temperatura del sistema, pero hay riesgo de provocar la hidrólisis acida de la proteína (a 36ºC). Estas operaciones no se aplican en el curtido vegetal (con tanino).

• El curtido tiene el objetivo de convertir las pieles en materiales fuertes y resistentes a la putrefacción.

• Existen tres tipos de procesos de curtido, según el curtiente empleado, a saber: curtido vegetal, curtido mineral, curtido sintético: El curtido mineral es el mas usado y típicamente se usa sales de cromo trivalente (por ejemplo: sulfato de cromo y/o óxido crómico, Cr2O3) con una concentración que varía de 1,5 a 8 por ciento de Cr2O3. El insumo se agrega en forma de sulfato de cromo en solución coloidal hasta que se completa el curtido, en el que se provoca la reacción entre los grupos carboxilo (-COOH) del colágeno con el cromo

Acabado.• Post-curtido. Estos procesos que

incluyen las operaciones en húmedo a partir del estado de wet-blue, vale decir lavado, neutralizado, recurtido, teñido y engrase

• El proceso de acabado del cuero al cromo incluye una serie de operaciones mecánicas y normalmente la aplicación de una capa de cubrición a la superficie del cuero. El ablandado es una operación mecánica de batido que se utiliza para hacer el cuero más suave. Para mejorar el aspecto final, el lado de flor del cuero se esmerila utilizando un cilindro de esmerilado