Fundamentos de bioquimica

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TEMA 3

FUNDAMENTOS DE BIOQUMICA

AMINOACIDOS Y PROTEINAS

LUZ-FACING-EIQ -DIB. Dra. Cateryna Aiello Mazzarri ,2012

CONSTITUYENTES DE LA CLULA

compuestos polimricos de alto peso molecular: protenas, cidos nuclecos,

polisacridos, lpidos

otros materiales de almacenamiento: grasas, polihidroxubutirato y glicgeno

clula

Pared celular Polisacridos, protenas y lpidos

Citoplasma Protenas en forma de enzimas

Ncleo cidos nuclecos en forma de ADN

Otros metabolitos sales inorgnicas: NH4+, PO4

3-, K+, Ca2+, Na+, SO42-

Intermedios: piruvato, acetato

vitaminas

50% carbohidratos,

20% oxgeno,

4% nitrgeno,

8% hidrgeno,

3% fsforo,

1% azufre

Trazas de K+, Na+,Ca2+,Mg2+,Cl- y vitaminas

BACTERIA


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NIVELES DE ESTUDIO

Y COMPRENSIN

MOLECULAR: Biologa molecular, Bioqumica

CELULAR: Biologa celular, Microbiologa

POBLACION: Microbiologa, Ecologa

PRODUCCION: Ingeniera de Bioprocesos


AMINOCIDOS Y PROTENAS

Molculas orgnicas ms abundantes en los organismos

vivos: 40-70% de su peso seco

Protenas: polmero orgnico

Monmero: -aminocidos, con un grupo carbonilo y un grupo -amino, difieren en la estructura del grupo R.

Uniones: enlaces peptdicos.


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AMINOCIDOS

Todas las protenas estn

compuestas de

aminocidos

20 aminocidos comunes

Todos son -aminocidos excepto prolina

Un grupo amino primario

esta unido al carbono (el C justo al lado del

grupo carbonilo)

R COO-

H

NH3+

C

carbono


AMINOCIDOS EN LOS SISTEMAS BIOLGICOS


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AMINOCIDOS

Con excepcin de la glicina, el carbono esta unido a cuatro grupos diferentes: CENTRO QUIRAL

2 ismeros pticos : D y L

El grupo amino es el mismo en todos

los aminocidos

Slo L-aminocidos en las protenas. Raro encontrar en la naturaleza

D-aminocidos, en algunas paredes celulares de microorganismos y en

algunos antibiticos. LUZ-FACING-EIQ -DIB. Dra. Cateryna Aiello Mazzarri ,2012

CLASIFICACIN DE LOS AMINOCIDOS

Se clasifican en funcin del tipo

de cadena (R) que se une al

carbono . R COO-

H

NH3+

C

a. Con cadena polar cargada

b. Con cadena polar sin carga

c. Con cadena no polar


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AMINOCIDOS

Hidrofbicos: aas con cadenas alifticas.

Hidroflicos: aas con cidos, carbonilo u otros

grupos hidroflicos.


AMINOCIDOS ESENCIALES

No son sintetizados en el organismo y requieren

ser incorporados en la dieta diaria.

Son OCHO aminocidos indispensables:

Lisina

Leucina

Isoleucina

Fenilalanina

Metionina

Valina

Treonina

Triptofano


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PROPIEDADES ACIDO-BASE

Naturaleza inica anfotrica cido-base Grupo cido: -COOH

Grupo bsico: -NH2

Carga + de acuerdo al pH

Donar o aceptar electrones

Un nuevo estado qumico Punto Isoelctrico

Cargas + = Cargas


PROPIEDADES CIDO-BASE

pH < PI forma catinica

pH = PI carga cero

pH > PI forma aninica

Forma catinica

protonada

Forma aninica

no protonada

Punto Isoelctrico, PI

doble ion

NH 3

+ C COOH

H

R

NH 3

+ C COO

-

H

R

NH 2

C COO -

H

R

H +

OH -


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IONIZACIN DE LOS AMINOCIDOS

KpK log

Ecuacin de

Henderson

Hasselbalch (cido)protonadaforma

(base)protonadanoformalog pKpH

[HA]

][Alog

-

pKpH [HA]

][Aloglog

-

KpH

HbaseAminocido

o][aminocid

]][H[base K


CURVAS DE TITULACIN

R-COOH -->R-COO- + H+

Punto de inflexin = pH donde pK = -log K

Titulacin de la glicina

Primer grupo en titularse:

pKA = 2.34

Segundo grupo en titularse:

R-NH3+ --> R-NH2 + H

+

pKB = 9.69


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PUNTO ISOELCTRICO (PI)

PI = pH al cual la carga neta es igual a cero

)(2

1ji pKpKpI

Ki y Kj = constantes de ionizacin de cada una de las especies neutras

Glicina Ki y Kj = K1 y K2

cido asprtico y glutmico Ki y Kj = K1 y KR

Arginina, histidina y lisina Ki y Kj = KR y K2


ENLACE PEPTDICO

Los aa polimerizan formando cadenas

Un pptido es una cadena de aa

Unin cabeza-cola

H

H3N+ C C

R1

O

O-

cabeza

cola

direccin


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REACTIVIDAD QUMICA

La facilidad de los aminocidos para reaccionar se

debe bsicamente a la naturaleza qumica de su

radical

Alanina, valina, leucina e isoleucina, prcticamente

inertes

Arginina y lisina tienen grupos aminos libres y

forman enlaces cruzados


REACTIVIDAD QUMICA

cidos asprtico y glutmico tienen un segundo grupo carboxlico

Otros tienen grupos laterales reactivos:

Cisteina : -SH

Arginina: guanidio

Histidina: imidazol

Serina, treonina y tirosina: alcohol

Asparragina y glutamina: amidas

Metionina: tio-ter

Triptofano: indol


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ENLACE PEPTDICO

Reaccin de condensacin con eliminacin de una

molcula de agua

Reaccin de un cido carboxlico y una amina

Formacin de un enlace CO-NH, un enlace amdico

Estable y no se hidroliza con facilidad

Drsticas condiciones: Medio cido (HCl 6N), alta temperatura

(90 C) y largos tiempos de exposicin (24-72 H)

La hidrlisis se usa para determinar la composicin de

aminocidos de un pptido


ENLACE PEPTDICO


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Unidades individuales de aa que se

incorporan dentro de una cadena o pptido

Conjunto formado por un nitrgeno imidico,

C, un grupo carboxilo y un grupo R

RESIDUO DE AMINOACIDO


POLIPPTIDOS

Cadena de varios aminocidos: dipptidos,

tripptidos, oligopptidos o polipptidos

Polmeros lineales

Cada residuo participa en dos enlaces peptdicos,

unin cabeza-cola

Al formarse se pierde un grupo amino y un carboxilo

por cada enlace

Primer amino = Amino terminal o N-terminal (Izquierda)

Ultimo carboxilo =Carbono terminal o C terminal (derecha)


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POLIPPTIDOS

Formacin del Enlace


POLIPPTIDOS

Formacin de enlaces o puentes de hidrogeno con el

oxigeno del carbonilo del enlace

Restricciones geomtricas dependiendo de la cadena

lateral R

Polaridad reducida = solubilidad marginal en agua

En solucin pueden presentar carcter polar o no

polar, dependiendo de la cadena lateral R

leu-val = insoluble en agua

glu-lys = bastante soluble en agua

gly-gly = solubilidad limitada en agua


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PROTENAS

Qumicamente, son compuestos complejos formados por la unin de molculas sencillas y no hidrolizables llamadas Aminocidos

Contienen una o mas cadenas de Polipptidos

Sus propiedades dependen del tipo, concentracin y secuencia de unin de los aminocidos

Las variaciones en la longitud y secuencia de los aminocidos contribuyen a la diversidad de formas y funciones biolgicas.


PROTENAS

Compuestos qumicos complejos que se encuentran en todas la clulas vivas: en la sangre, en los huevos y en toda clase de semillas y plenes.

Son el centro de accin de los procesos biolgicos

Son molculas especificas, los cual determina la identidad biolgica de los organismos: Cada ser vivo es como es por las protenas que tiene

Conocer estas molculas permite descifrar algunos enigmas del fenmeno VIDA


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TIPOS DE PROTENAS

Globulares: La estructura terciaria de la protena induce su esfericidad. Mas solubles Ej. Hemoglobina, Inmunoglobulinas

Fibrosas: alargadas, desempean un papel estructural, en funciones de conexin, de proteccin o de soporte Ej. Queratina, Colgeno, Fibrona de seda,


TIPO GLOBULAR

Mioglobina de esperma de ballena.

RCSB Protein Data Bank http://www.rcsb.org/pdb/index.html LUZ-FACING-EIQ -DIB. Dra. Cateryna Aiello Mazzarri ,2012

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TIPO FIBROSO

Colgeno: una de las

protenas mas largas (3000

) y estrechas (15 )

Otras: fibroina de la seda,

queratina del cabello

Colgeno (1A3I)

RCSB Protein Data Bank

http://www.rcsb.org/pdb/index.html LUZ-FACING-EIQ -DIB. Dra. Cateryna Aiello Mazzarri ,2012

CLASIFICACIN DE LAS PROTENAS

Protenas estructurales: glicoprotenas, colgeno,

queratina

Protenas catalticas: enzimas (+ 2000 conocidas),

altamente especficas en su funcin, gran poder

cataltico. La mayora son globulares

Protenas de transporte: hemoglobina, suero de

albumina

Protenas regulatorias: hormonas(insulina,

hormona del crecimiento)

Protenas protectoras: anticuerpos, trombina


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NIVELES ESTRUCTURALES

La actividad biolgica depende de la disposicin espacial de la cadena polipeptdica

La forma es consecuencia de su organizacin tridimensional

Cuatro niveles Primaria

Secundaria

Terciaria

Cuaternaria


ESTRUCTURA DE LAS PROTENAS


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ESTRUCTURA PRIMARIA

Constituye una cadena de planos peptdicos articulados

con distintos ngulos y de los C salen las cadenas laterales R


TAMAO DE LAS PROTEINAS

20 aa 20n secuencias posibles

100 residuos 20100 = 1.27 x 10130

Solo se producen una pequea fraccin de

las posibilidades tericas

40 residuos = protena

Mayora = 100 1000 residuos

titin = 26.926 residuos (2990 kD) LUZ-FACING-EIQ -DIB. Dra. Cateryna Aiello Mazzarri ,2012

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INSULINA BOVINA

Gly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Ala-Ser-Val-Cys-Ser-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-Asn

5 10 15 21

s sCadena A

Cadena B

Phe-Val-Asn-Gln-His-Leu-Cys-Gly-Ser-His-Leu-Val-Glu-Ala-Leu-Tyr-Leu-Val-Cys-Gly-Glu-Arg-Gly-Phe-Phe-Tyr-Thr-Pro-Ala

5 10 15 20 25 30

s

s

s

s


LA ESTRUCTURA PRIMARIA DE LAS PROTENAS

DETERMINA SU ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL


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ESTRUCTURA SECUNDARIA

Es la disposicin espacial de las cadenas de polipptidos

Es el resultado de enlaces de hidrogeno entre residuos cercanos

Varios tipos Hlice Alfa

Hlice del colgeno

Hoja plegada o beta

Giro Beta


HLICE ALFA

La estructura primaria se enrolla sobre si misma

Hlice dextrgira

3.6 aa por vuelta

Cada vuelta 5.4

Cadenas laterales R se proyectan hacia afuera de la hlice

C=O y N-H hacia arriba y hacia abajo paralelos a la hlice

aa no compatibles:

Aspartico

Treonina e isoleucina

prolina


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Puentes de hidrogeno intracatenarios

Cadenas laterales por fuera de la hlice

Enlaces de hidrogeno paralelos a la hlice, entre el C=O de un aa, con el NH- del cuarto aa que le sigue


LA UNIDAD ESTRUCTURAL DE LA PROTENA COLGENO

ES UNA TRIPLE HLICE DEXTRGIRA LLAMADA

TROPOCOLGENO


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HOJA PLEGADA O CONFORMACIN BETA


GIRO BETA

Alfa Hlice (verde) y Hoja Plegada Beta (roja)

unidas por un Giro Beta (blanco)


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ESTRUCTURA TERCIARIA


TIPO FIBROSO

Colgeno: una de las

protenas mas largas

(3000 ) y estrechas

(15 )

Otras: fibroina de la

seda, queratina del

cabello

Colgeno (1A3I)

RCSB Protein Data Bank

http://www.rcsb.org/pdb/index.html LUZ-FACING-EIQ -DIB. Dra. Cateryna Aiello Mazzarri ,2012

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TIPO GLOBULAR

Mioglobina de esperma de ballena.

RCSB Protein Data Bank http://www.rcsb.org/pdb/index.html LUZ-FACING-EIQ -DIB. Dra. Cateryna Aiello Mazzarri ,2012

FUERZAS QUE ESTABILIZAN LA

ESTRUCTURA TERCIARIA

Enlaces covalentes

Puentes disulfuro S-S- entre dos cisteinas

Enlace amida -CO-NH- entre cadenas

laterales lys asp lys glu

Fuerzas electrostticas

Puentes de hidrogeno

Interacciones hidrofbicas

Fuerzas dipolo-dipolo


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DOMINIOS

Regiones

diferenciadas dentro

de la estructura

terciaria que actuan

como unidades

autonomas

Cadenas con mas de

200 aminocidos

tienen dos o mas

dominios Protena piruvato quinasa

4 dominios


ESTRUCTURA CUATERNARIA

Protenas oligomricas con mas de una cadena polipeptdica

dos o mas monmeros o protmeros

Dos: hexoquinasa

Cuatro: hemoglobina


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HEMOGLOBINA


ASPARTATO TRANSCARBAMINASA


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HEXOQUINASA


ANTICUERPOS E INMUNOGLOBULINAS

Son protenas que se unen a molculas

particulares o porciones de molculas con un alto

grado de especificidad.

La combinacin de un anticuerpo especfico con el

antgeno = formacin de complejos Ab-Ag. La

formacin de este complejo Ab-Ag = respuesta

inmunolgica.


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ANTICUERPOS E INMUNOGLOBULINAS

Importancia clnica e industrial: kits de diagnostico,

esquemas de separacin de protenas, vas de

transporte biolgico de medicamentos para el

cncer. Los anticuerpos son uno de los ms

importantes productos de la Biotecnologa

Cinco principales clases de inmnuoglobulinas en

plasma sanguneo humano: IgG, IgA, IgD, IgM e

IgE. IgG la mas abundante y estudiada. Peso

molecular 150 kilodaltons, excepto IgM que tiene 900Kd. (Un Dalton es la unidad de masa

equivalente a un tomo de hidrgeno.



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DESNATURALIZACIN

Prdida total o parcial de los niveles de

estructuracin superior al primario.

Puede ser reversible o irreversible


ASOCIACIONES SUPRAMOLECULARES

Agrupaciones entre protenas o con otras Biomoleculas

Entre protenas

Entre protenas y otras biomolculas

Protenas y azucares

Protenas y lpidos

Protenas y cidos nuclecos

Estructuras de orden superior y de carcter permanente


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ASOCIACIN DE LA FIBRINA PARA

FORMAR UN COAGULO SANGUNEO


TUBULINA

Protenas -tublina (azul) y -tubulina (verde) se asocian formando microtubulos, que forman parte

del citoesqueleto de las celulas, cilios y flagelos.


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PROTENAS Y AZUCARES

PROTEOGLICANO

PEPTIDOGLICANO


PROTENAS Y LPIDOS

a)

LIPOPROTEINA DEL

PLASMA SANGUINEO

LIPOPROTEINAS

MEMBRANA BIOLOGICA


31

PROTENAS Y CIDOS NUCLEICOS

RIBOSOMA NUCLEOSOMA

VIRUS HIV


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