T3 Aminoácidos y Proteínas transcripción teórico PDF

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Transcricpión de teórico (subido en los videos de youtube al canal dem) de biologia celular y tisular. Imágenes que se utilizan en las diapositivas subidas por profesores....

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T3: Aminoácidos y Proteínas (Biomoléculas, monómeros y polímeros) Concepto de Biomoléculas: moléculas que forman todo lo que conocemos, desde una bacteria hasta el ser humano. - Las moléculas de los sistemas biológicos están compuestas principalmente por carbono hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre y fósforo. - El elemento principal es el carbono. - La estructura de la molécula está dada por el esqueleto carbonado y por los grupos funcionales que presente (los cuales se deben a su función o su estructura) Compuestos alifáticos: Cadena lineal, recta o ramificada (carbonos pueden ser:))

Compuestos aromáticos: Contienen estructuras cíclicas derivadas del anillo benceno.

Grupos funcionales en Biomoléculas Además de las moléculas de carbono, cada biomolécula va a tener un grupo funcional que le otorgará una identidad y funciones.

Organización de las Biomoléculas

Cada biomolécula con sus diferentes identidades y estructurales cumplen diferentes funciones dentro de la célula. Dentro del punto de vista estructural; formando el citoesqueleto, membranas biológicas, matriz extracelular. También van a tener funciones metabólicas formando biomoleculas que van a aportar energía a la célula. También pueden formar vías de señalización, entre otras funciones. Aminoácidos; unidades básicas que conforman las proteínas. >Las proteínas son polímeros de aminoácidos, en los que cada residuo aminoácido está unido al siguiente a través de un tipo específico de enlace covalente. (El término “residuo” refleja la pérdida de los elementos del agua cuando un aminoácido se une a otro) >Las proteínas se pueden degradar (hidrolizar) hasta sus aminoácidos constituyentes mediante diversos métodos. >El primer aminoácido descubierto fue la aspargina en 1806 y el último de los 20 que se encontró fue la treonina en 1938. >Sus nombres normalmente provienen de la fuente de la cual se aislaron inicialmente. La asparagina se encontró por primera vez en el espárrago y el glutamato se encontró en el gluten de trigo. >Tienen todos un grupo carboxilo y un grupo amino unidos al mismo átomo de carbono (el carbono α). Difieren entre ellos por sus cadenas laterales o grupos R, los cuales varían su estructura, tamaño, carga eléctrica e influyen en su solubilidad en agua.

Lista de Aminoácidos naturales que encontramos en la naturaleza y estos 20 aminoacidos forman las proteínas de todos los organismos que conocemos. Desde una bacteria a animales superiores

Aminoácidos Esenciales >Son aquellos que el organismo no puede sintetizar y por lo tanto lo deben adquirir de la dieta. Ejemplo: Síntesis de Tirosina a partir de Fenilalanina >Tirosina no es un aminoácido esencial porque contamos con la maquinaria (enzima) para sintetizarlo dentro de la célula. Sin embargo el mismo deriva de otro que sí es esencial y debemos adquirirlo a través de la dieta;

Aminoácidos esenciales para el ser humano:

Aminoácidos no- comunes/canonicos  Generados por modificaciones de los residuos estándar ya incorporados a un polipéptido. - 4-hidroxiprolina, derivado de la prolina - 5-hidroxilisina, derivada de la lisina. - 6-N-metil-lisina, constituyente de la miosina, una proteína contráctil del múculo. -Gama-carboxiglutamato, se encuentra en la proteína que interviene en la coagulación de la sangre, así como en ciertas proteínas que unen Ca2+ como parte de su función biológica. -Fosforilación de residuos (fosfo-serina)  Selenocisteína; es un caso especial. Este poco frecuente residuo es introducido durante la síntesis de proteínas en lugar de ser creado a través de una modificación postsintética. - Átomo de selenio en lugar del azufre de la cisteína. Se encuentra solo en unas pocas proteínas conocidas.

Estructura de los aminoácidos

Las proteínas tienen L-aminoácidos - El carbono α de los aminoácidos es un carbono quiral por lo que presenta Isomería óptica (enanitiómeros)

Imágenes especulares del mismo aminoácido, enantiomeros. Las dos versiones se llaman Isomeros. >La gran mayoría de los aminoácidos presentes en las proteínas son de la serie L >Los L-aminoácidos son los que tienen el grupo α-amino a la izquierda y los D-aminoácidos los que tienen el grupo α-amino a la derecha. >Pocos aa de la serie D se han encontrado en péptidos de paredes bacterianas y algunos antibióticos Propiedades ácido-base >Los aminoácidos son anfóteros: presentan al menos un grupo ácido (carboxilo α) y un grupo básico (ámino α ).

>Los grupos amino y carboxilos, junto con los grupos R ionizables de algunos aminoácidos, actúan como ácidos y bases débiles. Cuando un aminoácido sin grupo R ionizable se disuelve en agua a pH neutro, se encuentra en solución en forma de ión dipolar (zwitterion)

Propiedades ácido-base de los aminoácidos

>Dependiendo del pH se puede encontrar de la forma protonada o desprotonada, es decir cediendo su hidrogenión. El equilibrio que describe la proporción de estas dos especies tiene una constante de acides, y por lo tango, un pKa. Ese pKa es el pH al que encontramos la mitad de la forma protonada y la mitad de la forma desprotonada. Cuanto mas acido es el grupo, menor es el valor del pKa. >En el caso del grupo amino, puede ceder su hidrogenión quedando en la forma desprotonada. Ese equilibrio también tiene su pKa, el cual es alto porque es un grupo básico. Si nos fijamos a un pH fisiológico, el grupo carboxilo se encuentra desprotonado, en cambio el grupo amino se va a encontrar mayormente protonado. Propiedades ácidos-base

>Primero se desprotona el grupo carboxilo a medida que sube el pH, y luego el grupo amino. >La carga neta global del zwitterión es 0 porque tiene un +1 y un -1

Cálculo del punto isoeléctrico para un aminoácido con grupo R NO ionizable

Clasificación de los AA >Los aminoácidos se clasifican según la estructura y propiedades químicas de su grupo R Clasificación según la polaridad del grupo R de cada aa (tendencia de interaccionar con el H20 a pH biológico (cerca del pH 7,0) Tener en cuenta que los 20 aminoácidos son solubles en H20 1- Alifáticos, no polares -Hidrofóbicos

2- Polares (interaccionan con el agua) sin carga

-Los aminoácidos polares interaccionan con otros aminoácidos por medio de enlaces de hidrógeno. - La polaridad de la serina y treonina proviene de sus grupos hidroxilos, en el caso de la cisteína de su grupo sulfhidrilo, que es un ácido débil y puede establecer enlaces de hidrógeno débiles con el O y el N; y en el de la asparagina y de la glutamina de sus grupos amido. -La asparagina y la glutamina son las amidas del aspartato y el glutamano, a los cuales se hidroliza fácilmente.

Ejemplo de un aminoácido particular; Cisteína Además de formar enlaces de hidrógeno con el H2O es capaz de formar puentes di-sulfuro (enlace covalente) con otra cisteína

Grupo lateral

Puente disulfuro Grupo sulfridilo

>A la unión de dos cisteínas se le llama cistina. Este puente disulfuro es muy importante en la estabilidad de las proteínas.

3- Aminoácidos aromáticos (tienen un anillo en su estructura) >Presentan grupos R aromáticos. Son básicamente no polares (hidrofóbicos) aunque el grupo hidroxilo de la tirosina y constituye un grupo funcional importante en algunas enzimas. El nitrógeno del anillo indólico del triptofáno hace que sea más polar que la fenilamina, puede formar enlaces de hidrógeno.

>Triptófano, Tirosina y en menor grado Fenilanina, absorben luz en la región ultravioleta del espectro (280nm) propiedad utilizada en bioquímica para el estudio de proteínas porque puede ser cuantificada la cantidad de proteínas en base a cuanta luz absorben. >Presentan interacciones hidrofobicas (por apilamiento) los anillos se disponen unos sobre otros.

4- ácidos (cargados negativamente) >Presentan grupos R ácidos que se ionizan a pH ácidos (pKa bajos), los encontramos mayormente en su forma desprotonada a pH fisiológico (7)

5- Básicos >Presentan grupos R básicos que se ionizan a pH básicos (pKa alto)

Aminoácidos Ácidos y Básicos

>Son hidrofilicos >Establecen enlaces electrostáticas (iónicas)

de

hidrógeno

e

interacciones

>Establecen interacciones ión-dipolo con el agua y con otros aminoácidos.

Propiedades ácido-base de los aminoácidos >Ejemplo de un aminoácido que tiene un grupo ionizable en la cadena lateral.

IONIZACIÓN; dependiendo del pH, como lo encontramos:

Carboxilo alfa porque está unido al c central. Glutamato

Cálculo del PI cuando tenemos más de dos pKa

Primero hay que identificar el Zwitterion

Curva de titulación

Carga neta del aminoácido >El pH de la solución determina la carga NETA del aminoácido pH =pl el aminoácido tiene carga neta 0 pH > pl carga neta negativa pH < pl carga neta positiva

Enlace peptídico Los aminoácidos, para formar proteínas, pueden unirse covalentemente mediante un enlace amida llamado: enlace peptídico.

Propiedades del enlace peptídico >Carácter parcial doble enlace, rígido >Planar >Configuración CIS/TRANS >Puede existir en dos formas de resonancia Hay rotación menos en los enlaces peptídicos

Péptidos >Los péptidos son cadenas de aminoácidos unidos por enlace peptídico (enlace amida sustituido) >Los péptidos que se encuentran en la naturaleza varían en tamaño desde pequeñas moléculas que contienen dos o tres aminoácidos a moléculas muy grandes que contienen miles de ellos. 2 aminoácidos  dipéptido 3 aminoácidos  tripéptido 4 aminoácidos  tetrapéptido >Cuando unos pocos aminoácidos forman el péptido se denomina: Oligopéptido >Cuando son varios se denomina: Polipéptido >Las proteínas pueden tener cientos de aminoácidos, el término polipéptido/proteína se utiliza de forma similar Ejemplo de pentápeptido En amarillo los enlaces peptídicos, en rojo todas las cadenas laterales de los 5 aminoacidos.

Las cadeas polipeptídicas individuales en una proteína con diversas subunidades pueden ser idénticas o diferentes. Si como mpinimo dos son idénticas, la proteína se denomina oligomérica, y las subunidades idénticas (constituidas por una o más cadenas polipeptídicas) se denominan protómeros.

Proteínas >Las macromoléculas biológicas más abundantes y se hallan en todas las células y en todas las partes de la célula. >Presentan una gran variedad, en una sola célula pueden haber miles de proteínas diferentes. >Intervienenen prácticamente todos los procesos que tienen lugar en la célula y ejercen una diversidad casi inagotable de funciones. >Un bioquímico siempre deberá estudiar una o más proteínas en lo que respecta a la exploración de mecanismos moleculares de un proceso biológico. >Están compuestas a partir del mismo conjunto obicuo de 20 aminoácidos, unidos de forma covalente en secuencias lineales características. >Las proteínas se presentan en gran variedad de tamaños, desde péptidos relativamente pequeños compuestos por unos pocos residuos aminoácidos a polímeros enormes de masas moleculares del orden de millones. >A partir de estos bloques estructurales, los diferentes organismos pueden fabricar productos tan diversos como enzimas, hormonas, anticuerpos, transportadores, fibras musculares, la proteína cristalina del ojo, plumas, telarañas, antibióticos, etc. >Muchas proteínas, por ejemplo los enzimas ribonucleasa A y quimotripsina, contienen sólo aminoácidos y ningún otro grupo químico adicional; a este tipo de proteínas se las considera proteínas simples. Sin embargo, algunas proteínas contienen componentes químicos diferentes a los aminoácidos asociados permanentemente; estas proteínas se denominan proteínas conjugadas.

>Además de los aminoácidos, las proteínas pueden tener lípidos, grupos que tengan metales, o metales simplemente (zinc).

Niveles estructurales de las proteínas ¿Cómo se disponen en el espacio?

>Secuencia lineal de aminoácidos de una proteína codificada a nivel genético. >Contiene la información para el correcto plegado de la proteína en su conformación nativa

Estructura dimensional ¿De qué depende? >La conformación de una proteína está dada por la posición particular que adoptan los átomos en el espacio tridimensional. >Incluye la estructura secundaria, terciaria y cuaternaria. >En condiciones biológicas existen una o unas pocas conformaciones, las más estables termodinámicamente. >Las conformaciones funcionales de una proteína se denominan conformaciones nativas.

Estructura secundaria >Representa la conformación local de segmentos de la cadena polipeptídica de acuerdo a su composición aminoacídica. >Está estabilizada por la formación de puentes de hidrógeno entre enlaces peptídicos y minimización de repulsión estérica. Ejemplos: Helice alfa, Hoja plegada beta, Giro beta (estructuras secundarias regulares que encontramos normalmente, existen otras que no son regulares y que por lo tanto, no tienne un nombre. Hélice alfa > La estructura más simple que puede adoptar una cadena polipeptídica tomando en cuenta la rigidez del enlace peptídico, es la estructura en alfa-hélice descripta por Pauling Corey ¿Cómo se estabiliza? >Casi ¼ de los residuos de aminoácidos en las proteínas se disponen en hélice-alfa >La estructura se estabiliza mediante la formación de enlaces de hidrógeno mediante el H unido al átomo de N del enlace peptídico y el oxígeno carbonilico de un cuarto aa >Cada vuelta de hélice (360°) incluye 3,6 aminoácidos

Hoja plegada beta >La cadena polipeptídica se extiende de forma de zig-zag >Los enlaces de hidrogeno se dan entre aa enfrentados de cada cadena polipeptídica que conforma la hoja plegada beta

Giro Beta >La estructura involucra un giro de 180° con cuatro aa >Los giros Beta permiten conectar alfa hélices y hojas plegadas Beta >Son fundamentales en proteínas globulares en donde las cadenas polipeptídicas deben cambiar de dirección.

Estrucutra terciaria >Es el patrón de plegamiento que adoptan las estructuras secundarias en el espacio >Importante: responsable de las propiedades biológicas de la proteína. >Estabilizada por interacciones débiles; enlaces de hidrogeno, interacciones ionicas y dipolo-dipolo e interacciones hidrofobicas entre las cadenas.

Estructura cuaternaria

La estructura terciaria determina si una proteína es globular o fibrosa Globular >Presentan funciones enzimáticas, regulatorias. Fibrosa

>Función de sostén, función estructural y presentar resistencia mecánica.

Plegamiento de las proteínas depende de la estructura primaria

>Puede requerir proteínas accesorias que proporcionen el entorno adecuado para el plegamiento correcto denominadas: chaperonas y chaperoninas >Muchas veces proporcionan una cavidad en donde la proteína puede plegarse. >A veces utilizan la energía de hidrolisis del ATP para catalizar el plegamiento de la proteína....