BIO 6. proteinas y aminoacidos parte 2 PDF

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Bioquímica. Tema 2. (Parte II) Proteínas y aminoácidos. (Miércoles 16/01/2008) Recordar: *Propiedad de los alfa aminoácidos de actividad óptica y esteroisomeria. (Rodolfo, Pedro y yo hablamos pero no entendí nada) Los aminoácidos que componen las proteínas son de tipo Alfa-L aminoácidos, Alfa porque grupo carboxilo y amino primario están unidos al mismo carbono y se comienzan a contar dos carbonos desde el carbono carboxílico, entonces el carbono alfa es el segundo carbono a partir del carbono carboxílico. Pregunta: Si el grupo amino esta a la izquierda en la conformación absoluta en los alfa L aminoácidos ¿quiere decir que esos aminoácidos son levógiros? No. El hecho que tengan el grupo amino hacia la izquierda no significa que desvíen la luz polarizada hacia la izquierda, significa que en su estructura espacial el grupo amino esta desorientado a la izquierda, interrelaciona al enantiomero el D aminoácido respectivo. No todos los alfa aminoácidos tiene isomería D y L, es decir no todos los alfa aminoácidos pueden tener isómeros que tengan el grupo amino hacia la derecha o hacia la izquierda, todos excepto la glicina que no tiene un grupo R muy grande sino su grupo R es un H + y si se tiene un H + como grupo R entonces quedan dos grupos iguales unidos al mismo carbono y así no puede ser un carbono asimétrico. PROPIEDADES ACIDO-BASE Los aminoácidos tienen esta representación general (Figura 1), su grupo carboxilo y su grupo amino, sin embargo esta representación general no es la correcta en ningún tipo de solución, ni en pH altos ni en pH bajos. Se observa que se tienen dos grupos ácidos, uno correspondiente al grupo carboxilo y el otro correspondiente al grupo amino, estos dos grupos pueden ganar o perder protones (recuerden que ya se definió conceptualmente que siempre nos vamos a referir a los protones no a los electrones), de tal manera si nosotros tenemos que este aminoácido en esta representación básica, general, esa representación no existe en la realidad, porque estos grupos ácidos tienen equilibrio de disociaciones específicos para cada grupo, que estaría influenciado por la estructura molecular de ese aminoácido y que este equilibrio de disociación van a originar un Pk (Constante acida, equivale al pH en el cual la concentración de la forma iónica y de la forma acida es igual al de la forma básica), de tal manera que si el grupo carboxilo y el grupo amino tienen un Pk en particular, esta representación como tal puede o no existir, (pero desde un principio nos dice q no existe) y no existe porque este grupo carboxilo es un grupo bastante acido y el grupo amino es un acido débil, los dos son ácidos débiles pero el grupo amino es mas débil que el grupo COOH, esto es importante para demostrar que los aminoácidos también pueden funcionar como sustancias amortiguadoras y que dentro de las proteínas las cargas que pueden producirse por liberación de estos protones pueden cumplir una función determinada. H H2N

C R

COOH

Figura 1.

Estos aminoácidos a pH muy bajo, por la alta concentración de H + el grupo carboxilo y el grupo amino van a permanecer protonados, a altas concentraciones de H+ la reacción va a desplazarse hacia la formación de la forma protonada de esos ácidos.

Como dato: los grupos carboxilos unidos al carbono alfa son ácidos débiles (los grupos aminos también), pero el COOH es un acido mas fuerte que el grupo H2N. Cuando hablamos de fortaleza o debilidad de ácidos orgánicos nos referimos a que son más fáciles de disociar. A la medida que se aumenta el pH a una solución que contenga un aminoácido determinado, lo primero que ocurre es que el acido mas fuerte (COOH) va a disociarse mas fácilmente en esa solución y posterior a su disociación si se sigue aumentando el pH, se va a disociar el acido mas débil que constituye estos aminoácidos (H2N). Por definición el grupo COOH alfa tiene un pk de alrededor de 2.2-2.4 y el grupo amino tiene un pk de alrededor de 9.4. Si se sigue titulando la solución (aumentando el pH) del aminoácido, lo primero que se disocia es el COOH en su ion carboxilato (COO-) y va a ganar una carga negativa (-), el grupo amino protonado tiene una carga positiva (+), si seguimos aumentando el pH se comienza a disociar el H 2N para que pierda su protón (+), y queda una estructura en la cual se presenta una carga negativa, por lo tanto la estructura será de estructura de carga eléctrica negativa. Bien sea carga eléctrica positiva o negativa ambas siguen siendo polares. Si ese aminoácido tiene una carga positiva aportada por H 2N y una carga negativa aportada por el COOH, será neutro. Este aminoácido a un pH en el cual las cargas positivas y negativas tanto del amino como del COOH se igualan tiene carga neutra, pero esto no significa que no tenga carga positiva o negativa, sino que la suma de ellas da 0. Este tipo de ion que tiene igual número de cargas positivas y negativas, se conoce como ZWITTERION o ion dipolar. Este zwitterion o ion dipolar, son muy importantes porque es la manera en la que los aminoácidos se encuentran a pH fisiológicos, porque el pk del COOH es cerca de 2.2 y el del H 2N esta cerca de 9.4 por lo tanto pH cercanos a la neutralidad lo que van a predominar son la formas zwitterionicas. Entonces la estructura no ionizada no existe, porque a pH altos estará con cargas negativas, con pH bajos estar con cargas positivas, con pH neutros estará predominantemente en forma de zwitterion. (Diapositiva 32)

El pk de un derivado acetilado como el acido acético, que tiene un COOH como un aminoácido, los pk de este tipo de ácidos orgánicos, que son ácidos débiles que tienen naturaleza de amortiguadores también, tienen un pk aproximado de 4.8, el COOH como tal unido a un metilo (CH3) tiene un pk mucho mas alto que el que tiene el COOH en el carbono alfa. Entonces el Pk de un COOH alfa es de 2.2, si analizamos el pk de otro COOH que no pertenece a un aminoácido esta cerca de 4.8. Esto nos dice que un COOH en un aminoácido tiene una naturaleza de acido mas fuerte que un COOH que esta unido a otro compuesto orgánico distinto como en el caso del acido acético.

El grupo amino a pH bajos esta protonado y que el COOH tiene un O2 bastante electronegativo, esto quiere decir que existe una repulsión entre la cargas positivas del H2N presentes en esta estructura a este determinado pH y las cargas positivas generadas por la electronegatividad del O2 que se encuentra unido al H+ del COOH; es como el agua, recordar que en el agua el O2 le robaba los electrones al H+ y quedaba una carga parcialmente positiva, no era que estaba disociado, era que estaba parcialmente positivo el H+ porque los electrones se encontraban menos tiempo en su proximidad que en la proximidad del O2. De tal manera que se origina una carga positiva y ocurre una repulsión de cargas por la proximidad entre ambos grupos y eso hace que se facilite mas rápidamente la liberación de ese H+ a pH bajos, es mas fácil liberar el H+ en presencia de un grupo que le este ejerciendo una repulsión de grupos por similaridad de cargas, en esta molecula no existe otro grupo asociado que este generando una carga positiva que le este generando una repulsión de cargas. Entonces el COOH tiene un valor de pk generalmente mas alto que lo que lo tienen los COOH que se encuentren en los aminoácidos, entonces el COOH de un aminoácido tiene más facilidad de dar sus protones porque existe una repulsión de cargas, entre las cargas positivas del grupo amino presente allí y las cargas positivas que se generan en el protón de ese COOH que esta parcialmente cargado positivamente. De la misma manera el H2N tiene un valor de pk mas alto que el que debiera tener en solución porque la presencia de la carga negativa en el aminoácido una vez que se disocie el protón del COOH va a hacer que sea mas difícil disociar el protón de esa amina, lo que aumenta el pH en el cual ese protón se pueda disociar. En conclusión (Gracias a Dios): Los aminoácidos tienen dos grupos ácidos el COOH y el H 2N, ambos son ácidos débiles pero en el aminoácido el COOH se comporta como un acido mas fuerte que en una molécula distinta a un aminoácido, porque ocurre repulsión de cargas positivas entre el H 2N y el COOH cuando esta protonado y por el contrario el H2N tiene un pk mas alto que lo que debiera tener en otro tipo de compuestos orgánicos porque existe una atracción electrostática entre un carboxilato (COO -) y el grupo amino cargado positivamente (NH3+), evita que este protón se disocie fácilmente del H 2N en solución lo que hace que aumente el pH en el cual la formas iónicas positivas y no cargadas de esa amina y del aminoácido se encuentren igualadas. Tan sencillo como eso. En la diapositiva 33, no le hagan caso a lo de la parte derecha porque sino contradeciría todo lo que ha explicado el prof… todo lo anterior es solo referente a lo de la parte derecha que prácticamente esta como subrayado en rosado. El ejemplo que esta con azul es para explicar otro tipo de amina así que no lo tomen en cuenta solo el que les anexo aquí abajo.

Diapositiva 34: Curva de titulación de un acido débil, que este caso es un acido débil poliprotico, porque si el aminoácido tiene dos grupos disociables o dos protones que se disocian que es el COOH y el H2N al menos 2 protones se van a disociar en una curva de titulación. Si se disocian dos protones, entonces se observa que al aumentar la concentración de base titulante nos encontramos con un punto en el que la concentración de la forma protonada y el ion carboxilato (del grupo carboxílico alfa) van a ser iguales y a este pH se dan entonces las mayores posibilidades de que ambas formas se encuentren igualadas y ese valor correspondería al Pk1 del COOH alfa que es aproximadamente 2.2 -2.4, en este caso 2.34. Si continuamos la titulación aparecerá otra meseta en la que se va a encontrar que existe la misma cantidad de la forma protonada (NH3+) y de la forma no protonada del grupo amino. Este pH que es cercano a 9.4 -9.5, en este caso 9.6, será el pk del grupo amino que en este caso corresponde al Pk2, es decir, en un procesos de titulación se va a encontrar primero el pk del COOH que se conoce como pk1 a nivel estándar y posteriormente se va a encontrar el pk del grupo amino que de manera estándar seria el pk2. En el punto de medio de esta titulación, se encuentra el ion dipolar o zwitterion que va a tener una cargar neutra, entonces ese punto de pH en el cual cada aminoácido encuentra de manera predominante el ion dipolar o zwitteriano se le conoce como punto isoeléctrico. Punto isoeléctrico: El pH en el cual el aminoácido tiene una carga neutra y se encuentra en la forma de ion dipolar o zwitterion. (Ma. Isabel dice que el confundió el pk del COOH alfa mas arriba, pero el aclara que el valor del pk de COOH es 2.34 que disculpen si dijo otra cosa). Diapositiva 35: ejemplo con glutamato, es mucho mas complejo, el glutamato a parte del COOH alfa y el amino alfa tiene __________(supongo que una cadena carbonada con otro COOH como R), por lo tanto es triprotico, esto quiere decir que va a disociar 3 protones, entonces en vez de tener un pk1 y un pk2, va a tener un pk1, pk2 y pk3 y ese pk3 es el que esta relacionado con el pk del grupo acido que tenga en su grupo R y dependiendo de si este grupo es acido y de su capacidad de disociación este tendrá un pk y se le denomina pkr, para orientar que es el correspondiente al grupo R de un aminoácido que es capaz de disociar parte de su estructura. ¿Cuáles aminoácidos se tienen con esas características? Glutamato, acido aspartico, glicina, histidina, etc. En el caso del glutamato, el grupo COOH por estar mas próximo al grupo amino seguirá manteniéndose como el acido mas fuerte por lo tanto se va a disociar mas rápidamente , el COOH del grupo R del glutamato al estar mas alejado del grupo amino tendrá valores de pk mas próximos a los que conocemos de un COOH estándar, que es aproximadamente 4.25 y finalmente el grupo amino mantendrá o aumentara un poco mas su pk porque ahora en vez de tener una sola carga negativa influyendo en su estructura va a tener dos cargas negativas.

De todo esto lo que principalmente se debe entender es que un aminoácido que tiene un grupo R ionizable en vez de tener 2 pk tiene 3 pk y que el pk del grupo R se denomina pkr y que dependiendo de que sea un grupo amino o un COOH tendrá un determinado valor. 1era Tarea: *¿Como calcular donde se ubica el switterion? ¿Como se ubicaría y como se calcula el punto isoeléctrico? El punto isoeléctrico es muy sencillo, se calcula utilizando dos pk, si se suma el pk1 con el pk2 y se divide entre 2, se obtiene el punto isoeléctrico (esto es con el 1er ejemplo, la grafica mas sencilla). *¿Cómo se calcula el punto isoeléctrico del glutamato y de otros aminoácidos iguales? *¿Cómo se calcula el punto isoeléctrico de un aminoácido acido y de un aminoácido básico? Hay que escoger 2 de 3. (no entendí si se refería a tomar 2 de 3 preguntas, o si es que se toman 2pk de los 3pk que hay… Jaja) Histidina: Tiene también un H+ ionizable en su grupo R pero esto no se va a estudiar porque es mas complejo. Solo quiere que veamos que también es un acido triprotico. 2da Tarea: Revisar como es la nomenclatura de los aminoácidos, se conocen los nombres de los aminoácidos, sin embargo cuando se estudia una proteína, estas tienen muchos aminoácidos y no se puede colocar el nombre completo del aminoácido, generalmente se usa una nomenclatura que usa un determinado numero de letras o una sola letra, en el caso de los aminoácidos hay dos alternativas, la primera escribir solo 3 letras, las letras iniciales del nombre del aminoácido y la segunda es escribir una sola letra en mayúscula que es la correspondiente a la letra inicial de este aminoácido. Entonces ¿Por qué se originan esas dos nomenclaturas, la de 3 letras y cuales son las reglas para utilizar esas 3 letras? ¿Por qué se puede utilizar una sola letra que es la inicial de cada aminoácido y cuales son las normas para escribir esa nomenclatura? ENLACES PEPTIDICOS: Las proteínas están constituidas por aminoácidos, los polipeptidos están constituidos por aminoácidos, pero los aminoácidos están unidos a través de enlaces peptidicos. Enlaces peptidicos: es la unión covalente (muy fuerte) con pérdida incluida de agua del grupo carboxilo de un aminoácido, pero no cualquier COOH sino el COOH alfa de un aminoácido con el grupo amino alfa de otro aminoácido, es el que mantiene unido a los aminoácidos dentro de la proteína. Características principales de este enlace: 

Enlace covalente



Se produce con perdida de agua



Esta formado por un COOH alfa de un aminoácido y el H2N alfa de otro aminoácido.



Es una reacción química que requiere energía, aproximadamente 25 Kcal por mol; esto quiere decir que tiene un ΔG positivo.

Conocer las características de esos enlaces peptidicos nos ayudan a comprender como están orientadas las proteínas en el espacio, ya han sido explicadas dos herramientas que ayudaran a saber como puede ser la conformación de una proteína en el espacio. 1. Los grupos R de los aminoácidos hacen que ellos se orienten hacia afuera de la superficie de una proteína o hacia la parte interna. 2. Las características de los enlaces peptidicos, estos le dan la forma a la proteína. ΔG: 

Su reacción requiere energía



Enlace tipo amida



Polar



Se estabiliza por resonancia



Bajo la forma de doble enlace es trans.



Plano

Todas estas características enseñan como todos los diferentes aminoácidos van tomando orientaciones distintas en el espacio y en las proteínas, como es la curvatura de ese tipo de enlaces....