Bioquímica: Estructura de las proteínas, CEU Universidad Cardenal Herrera

Esquema del tema

• Aminoácidos
  • Aminoácidos estándar
  • Aminoácidos no estándar
  • Aminoácidos proteicos modificados
• Propiedades ácido-base de los aminoácidos
  • pKa de aminoácidos
  • Punto isoeléctrico
• Polimerización de aminoácidos: El enlace peptídico
  • Propiedades del enlace peptídico
  • Péptidos
  • Proteínas
• Estructura de proteínas
  • Estructura primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria
  • Proteínas fibrosas y proteínas globulares

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Aminoácidos alfa

· Un a-aminoácido es una molécula que contiene un ácido carboxílico, un grupo amino y un grupo R unidos al carbono a (Ca) carbono - alfa · R - cadena lateral · Dos estereoisómeros posibles

Grupo amino cadena lateral H H H + + N N H PH H C H H Hidrogenc Ca H H Dunidos C C Grupo acid o! - (a) L-Alanine D-Alanine - Enantiómeros L y D todos los aminoacidos + - Sólo la forma L se encuentra del cuerpo en proteínas E 8 Y Q 6 5 4 3 2 CH CH2 - CH2 - CH2 - CH 1 COO (b) L-Alanine NH3 +NH3 Lysine alfa-aminoacido + NH2 son del grupo L +dos NH2 I H2C-Ca-H I H-Ca a CH3 COO℮ D-Alanine CEU Universidad Cardenal Herrera joão forma proteina H a H quirales B COO℮ H C 3

Aminoácidos estándar que forman proteínas

· Se representa normalmente el estado de protonación a pH 7.0 · Los aminoácidos se clasifican según las propiedades de sus cadenas laterales (a pH 7.0) - Atención a los casos de His, Tyr y Cys

Nonpolar, aliphatic R groups 000- 000- coo- coo- 1 H HẠN C-H CH2 H ĊH, HỌC-CH2 CH, CH, Glycine Alanine Proline Valine 000- 000- coo- HẠN-C-H HẠN-C-H HẠN C-H - ČH2 H C-CH, CH, CH CH2 CH2 CH, CH3 CH, CH, Leucine Isoleucine Methionine

Polar, uncharged R groups coo- 1 000- coo- HẠN C-H HẠN-C-H HẠN ¢ H ĆH,OH H- C-OH CH, 1 ŚH CH, Serine Threonine Cysteine Coo- 000- H,N-C-H HẠN-C-H CH, CH2 CH. HẠN HN Asparagine Ghitamine

Aromatic R groups COO- Coo- coo- -C H,Ň Č H H,N C-H CH CH3 C=CH NH ỞH Phenylalanine Tyrosine Tryptophan

Positively charged R groups Coo- Coo- Coo- H,Ñ ¢-H HẸN-C-H HẸN-C-H CH2 CH2 1 CH2 1 CH -NH - CH CH, CH, - C-N H CH2 NH - C-ŃH2 NH2 Lysine Arginine Histidine

Negatively charged R groups Coo- coo- HẠN-C-H H,Ń CH CH2 CH2 Coo- CH Coo- Aspartate Ghitamate CEU Universidad Cardenal Herrera 4 HẠN-C-H 2- HẠN-C-H - CH 1 8 +NH, 1 HẸN C-H

Aminoácidos alifáticos apolares

muy flexible COO- I COO - + H3 N -- C-H 8 I CH 3 Cadena lateral ciclada. Restricciones conformacionales (a-iminoácido) aminoacido ciclico COO- com/propiedad COO- rigida H + C + HON CH2 HỌC - - CH 2 Proline COO- + H3N-C-H H-C-CH3 CH2 CH 3 COO - + H3N-C-H CH 2 - CH 2 S - CH 3 Leucine Isoleucine Methionine I H3N-C-H CH CH 3 CH3 Valine carbono no asimetrico Glycine No es quira Alanine COO- I + H3N-C-H Quira= 4 sustitugentes diferentes CH2 I CH CH 3 CH3 CEU Universidad Cardenal Herrera 5 + H3N-C-H 8 1º H

Aminoácidos aromáticos

No polar (Hidrofóbico) Ano agua Polar No polar (Hidrofóbico) COO- COO- COO- + I + H3N-C-H H3N-C-H + H3N-C-H CH2 2 CH2 CH2 C=CH I 0 OH posibilida depueder formar puentes de hidrogeno Phenylalanine Tyrosine Tryptophan det puente hidrogeno- o-H ... . NH CEU Universidad Cardenal Herrera 6

Aminoácidos polares neutros

COO- I + H3N-C-H CH2OH H-C-OH I CH3 Serine Threonine Cysteine + + H3N -CH I CH2 2H+ + 2e- COO- SH S Cystine SH S 2H+ + 2e- CH2 I + CH -NH3 I coo- COO- CH 2 C H2N Asparagine Glutamine Apermanente de pelo, Grupo -SH muy reactivo. Dos moléculas de Cys se oxidan formando cistina mediante un puente disulfuro (- S-S-) COO- COO- COO- I + H3N-C-H I CH 2 CH 2 C H2N O cadroxilo COO- H3N-C-H + aminoacido COO- + H3N-C-H CH2 I SH proteina del pelo H3N -CH CH2 + H3N-C-H CH2 + CH -NH3 CEU Universidad Cardenal Herrera 7

Aminoácidos básicos con carga positiva

COO- COO- I + H3N -- C-H CH2 CH 2 I CH2 I CH2 CH 2 NH I + C=NH 2 NH2 Arginine COO- + H3N-C-H I CH2 C-NH Cargado a pH<7 CH - C-N Histidine Lysine + H3N-C-H CH 2 I CH2 + NH 3 CEU Universidad Cardenal Herrera 8

Aminoácidos ácidos con carga negativa

COO- COO- + + H3N C-H I H3N-C-H I CH 2 I CH 2 COO- - Aspartate Glutamate CH 2 COO - CEU Universidad Cardenal Herrera 9

Aminoácidos no estándar

· Aminoácidos distintos de los 21 estándar y derivados de éstos realizan funciones biológicas importantes como mensajeros o precursores

H2N OH ácido y-aminobutírico (GABA) glutamine NH2 HO ZI OH serotonina NH2 · ácido indol acético, derivado del Trp-A Marcador tumoral - Precursores e intermediarios metabólicos · citrulina · ornitina g.amino ZI O ácido indol acético H2N ZI OH H2N OH H NH2 gracido NH2 citrulina alfa-aminoacido ornitina alfa-aminoacido CEU Universidad Cardenal Herrera 10 - Neurotransmisores · ácido y-aminobutírico (GABA), derivado de la Gin · serotonina, derivado del Trptriptofano - Hormonas · tiroxina, derivado de la tirosina HO O OH tiroxina Son quirales O H

Aminoácidos proteícos modificados

· Cadenas laterales de aminoácidos se modifican después de la síntesis proteica · Proporcionan propiedades funcionales específicas

H -C - CH 2 H2C CH-COO- N H H 4-Hydroxyproline Colágeno H3N-CH2-CH-CH2-CH2-CH-COO" - OH + NH 3 5-Hydroxylysine Miosina CH3-NH-CH2-CH2-CH2-CH2-CH-COO- I +NH 3 6-N-Methyllysine Trombina COO- "OOC-CH-CH2-CH-COO- I +NH 3 y-Carboxyglutamate + H3N COO- CH - (CH2)3 + NH 3 H3Ň CH-(CH2) 2 (CH2)2-CH Elastina -OOc COO- (CH2)4 I CH H3N COO- Desmosine HSe -CH2-CH-COO- - +NH 3 Selenocysteine CEU Universidad Cardenal Herrera 11 F. hidrogeno HO

Aminoácidos proteícos modificados

0 I -0 "0-P-O-CH2-CH-COO- +NH 3 Phosphoserine C CH3 "0-P-O-CH-CH-COO- 0 I -O - +NH 3 Phosphothreonine 8 "0-P-O I CH2-CH-COO- I +NH 3 Phosphotyrosine H2N 1+ HN C-NH -CH2-CH2-CH2-CH-COO" +NH3 I CH 3 o-N-Methylarginine HN -CH2-CH2-CH2-CH2-CH-COO- - +NH 3 c=0 - CH3 6-N-Acetyllysine 0 H3C -O-C-CH 2-CH 2-CH-COO- I +NH3 Glutamate methyl ester NH2 -N C N I CH 0 HC C- 2 N HC -0-P-O- CH 3-CH-COO- H H - +NH 3 H H OH OH Adenylyltyrosine Modificaciones £ reversibles de aminoácidos implicadas en la regulación de la actividad de proteínas. La fosforilación es la modificación covalente reguladora más frecuente. CEU Universidad Cardenal Herrera 12 H

Propiedades ácido-base de los aminoácidos

base acido · Los aminoácidos son anfóteros - se comportan a la vez como ácidos y como bases · A pH 7 los aminoácidos sin cadena lateral cargada son zwitteriones - presentan simultáneamente una carga positiva y una negativa

pKa de aminoácidos

2 4 6 8 10 12 Grupos carboxilo y amino en la glicina + NH3 H+ H+ NH2 H-C-COO- 1 H H+ H H+ H a-Aminoácido (glicina) pK1 = 2.34 a-Aminoácido (glicina) pK2 = 9.60 forma protonada forma desprotonada Forma catiónica Forma zwitteriónica (neutra) Forma aniónica CEU Universidad Cardenal Herrera 13 carga neta o H-C-COOH + NH3 H-C-COO- -

Propiedades ácido-base de los aminoácidos

R H+ H C +H3N COOH +H2N COO- H2N COO- 7.4 K Zwitterionic form Both groups deprotonated Concentration Both groups protonated 0 2 4 6 8 10 12 14 pH CEU Universidad Cardenal Herrera R H+ H C C H+ H+ R H 14

Valores de pKa de aminoácidos

protonado desprotonado

Aminoácido	pK1	pK2	pKR
Glicina	2.34	9.60
Alanina	2.34	9.69
Valina	2.32	9.62
Leucina	a-carbonilo pK1=1.8 - 2.4	2.36	a-amino pK2=8.0 - 11.0 9.60
Isoleucina	2.36	9.68
Prolina	1.99	10.60
Metionina	2.28	9.21
Fenilalanina	1.83	9.13
Triptófano	2.38	9.39
Asparagina	2.02	8.80
Glutamina	2.17	9.13
Treonina	2.63	10.43
Serina	2.21	9.15
Ácido aspártico	2.09	9.82	3.86
Ácido glutámico	2.19	9.67	4.25
Cisteína	1.17	10.78	8.33
Tirosina	2.20	9.11	10.07
Lisina	2.18	8.95	10.79
Arginina	2.17	9.04	12.48
Histidina	1.82	9.17	6.00
Selenocisteína	2.16	9.40	5.20

CEU Universidad Cardenal Herrera 15

Punto isoeléctrico (pI)

· pI es el valor de pH para el cual la carga neta del aminoácido es 0 - Valor medio de los pKa que flanquean la estructura isoeléctrica · Para aminoácidos neutros es el valor medio de los pk1 y pK2 2 Para aminoácidos ácidos o básicos depende de cada caso + NH 3 pK1 CH 2 - COOH + NH 3 I CH 2 I COO- pK 2 NH 2 CH 2 COO- 13 Glycine pK2 =9.60 T 7 pH pl = 5.97 pK 1 = 2.34 T 0 0.5 1 1.5 2 OH- (equivalents) CEU Universidad Cardenal Herrera 16

Polimerización de aminoácidos: el enlace peptídico

· Los aminoácidos polimerizan formando polipéptidos mediante enlaces peptídicos - El enlace peptídico es un enlace amida formado por unión del grupo a-carboxilo y el grupo a- amino de dos aminoácidos - Los aminoácidos unidos se llaman residuos de aminoácido - Los residuos se nombran con la terminación "il" comenzando por el extremo N-terminal Ca + N - + C C N Ca O + Glycine Alanine C Ca C - C-terminus N-terminus C N Peptide bond Plane of amide group N Ca + + Water Glycylalanine CEU Universidad Cardenal Herrera 17

Propiedades del enlace peptídico

· El enlace peptídico es rígido y plano - Tiene carácter parcial de doble enlace (~40%) · Equilibrio de estructuras resonantes · No tiene libertad de giro - Es más corto que otros enlace C-N - Se representa normalmente en proporción significativa (10%) conformación trans R H · Los grupos C=O y N-H peptídicos son polares - Participan en la formación de enlaces de hidrógeno Estructuras de resonancia del enlace peptídico Cilin Can+1 Can+1 Can Can DZ-I H Equilibrio cis-trans. Solo en los enlaces X-Pro aparece la conformación cis en una :0: bond rotation :0: Can+ 1 H Cơn N Cơn I -I H R RI .Can+1 H R H trans cis CEU Universidad Cardenal Herrera 18 N N I H

Péptidos

· Son polímeros de unos pocos aminoácidos · Ejemplos de algunos péptidos importantes - GSH (y-glutamil-cisteinil-glicina) - Insulina (2 cadenas de 31-21 Aa) - Glucagón (29 Aa) - Corticotropina (39 Aa) hormona de la hipófisis anterior. Estimula la corteza adrenal - Oxitocina (9 Aa) secretada por la hipófisis anterior. Estimula las contracciones uterinas - Bradiquinina (9 Aa) potente vasodilatador. Estimula las terminaciones nerviosas del dolor - Encefalinas (5 Aa) generadas en el SNC al unirse a sus receptores actúan como analgésicos. Forman parte de la familia de los opiáceos. El efecto de la morfina se debe a su capacidad de mimetizar estos péptidos endógenos CEU Universidad Cardenal Herrera 19