T4 Aminoácidos - presentación de bioquímica clases con Laura PDF

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presentación de bioquímica clases con Laura...

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Bioquímica–I Grado en Medicina Profs. Ana Martínez García Isabel Olazabal Olarreaga

AMINOÁCIDOS 1.

Aa, componentes de las proteínas

2.

Tipos de interacciones entre Aa

3.

Carácter ácido–base: Carga, poder tamponante

4.

Otras funciones: Aa «raros»

5.

El enlace peptídico. Péptidos



Los aminoácidos (Aa) son los monómeros estructurales de las proteínas.



Funciones de las proteínas:  Transporte  Estructura  Catálisis enzimática  Movimiento  Regulación y Señalización



Precursores hormonales.

Mediadores de inflamación o alergias: Histamina. 



Neurotransmisores.



Altos niveles de Aa en diferentes fluídos biológicos provocan Aminoacidopatías.



Son enfermedades congénitas graves debidas a fallos enzimáticos:  Fenilcetonuria, hiperfenilalaninemia.  Homocistinuria.  Tirosinemia…



Síntomas: retardo mental…



Se pueden prevenir.



Diagnóstico temprano: prueba del talón.



Tratamiento: dieta baja en dichos Aa.



Hay aprox. 300 Aa diferentes.



Sólo 20 Aa están en las proteínas.  Algunos de ellos aparecen modificados.



Son α-Aa: Cα central unido a 4 grupos funcionales:  Amino  Carboxilo (Ácido)  Hidrógeno  Radical diferente

para cada Aa (R).

COO– + H3N C H R



El Cα es asimétrico: hay isómeros D y L.



En las proteínas sólo existen isómeros L.  No podemos sintetizar Aa D.

COO–

COO– +

H3N

C

H

H

CH3

D-Alanina

COO–

COO– +

NH3

CH3

L-Alanina

H3N

+

C

C CH3

L-Alanina

H

H

C CH3

D-Alanina

+

NH3



A pH 7, los grupos amino y carboxilo se encuentran ionizados: es un ión dipolar (zwitterión) con carga neta nula.

COO–

COOH H 2N C H R Forma no iónica

+

H 3N

C H R

Forma

zwitteriónica



Según R:

Aa Polares



En proteínas sólo tiene importancia el R para las interacciones.

Aspartato Glutamato

R determina la función.



–R

Aa Apolares

Asp Glu

Ácido Ácido

Apolares alifáticos Glicina Gly

Arginina

Arg

Básico

Alanina

Ala

Lisina

Lys

Básico

Valina

Val

Histidina

His

Básico

Leucina

Leu

Asparragina

Asn

Neutro

Isoleucina

Ile

Glutamina

Gln

Neutro

Metionina

Met

Serina

Ser

Neutro

Prolina

Pro

Treonina

Thr

Neutro

Apolares aromáticos

Tirosina

Tyr

Neutro

Fenilalanina

Phe

Cisteína

Cys

Neutro

Triptófano

Trp

AMINOÁCIDOS 1.

Aa, componentes de las proteínas

2.

Tipos de Aa y sus interacciones: Débiles (NO covalentes) Con elementos metálicos Covalentes: diS, fosforilación, glicosilación Modificaciones químicas de aminoácidos

3.

Carácter ácido–base: Carga, poder tamponante

4.

Otras funciones: Aa «raros»

5.

El enlace peptídico. Péptidos

Puente salino

Puente de H

Fuerzas hidrofóbicas

Puentes salinos Puentes de H Fuerzas hidrofóbicas



Tienen cargas negativa o positiva:  Los grupos ácidos interaccionan con los básicos y viceversa  Mediante puentes salinos.

Con carga negativa COO–

COO–

H 3N C H

H 3N C H

+

+

CH2 CH2

CH2 COO–

COO– Aspartato

Glutamato

ÁCIDOS

Con carga positiva COO–

COO–

COO–

H 3N C H

H 3N C H

H 3N C H

+

+

CH2 CH2

CH2 CH2

CH2 CH2 + NH3

CH2

Lisina

NH + C=NH2 NH2

Arginina

BÁSICOS

+

CH2 C NH CH C N+ H H

Histidina

Tienen capacidad de interaccionar entre ellos  Mediante Puentes de H. 

Polares Neutros

COO– +

H 3N C H

COO– + H 3N C H CH2

CH2 COO–

COO– +

H 3N C H CH2OH Serina

+

H 3N C H H C OH

COO– + H 3N C H CH2

CH2

C H 2N O

C H 2N O

Asparragina

CH3

G

COO–

Treonina

+

H 3N C H OH Tirosina

CH2 SH

*

Cisteína

Poco polar  No ptes de H 



Fosforilaciones por Proteín-Kinasas.  Significado biológico: cambia la forma de la

proteína y como consecuencia la activa o desactiva.  Sucede en el interior celular en la señalización intracelular.  Enlace éster entre –OH del Aa y grupo fosfato.

 Ser, Thr, Tyr (

COO– + H 3N C H CH2

a) Unión O

Glucosilaciones por Glucosilasas.

O CH2

 Significado biológico: las proteínas que se

glucosilan en el RE quedan marcadas para salir al exterior celular como proteínas de membrana o secretadas.  Enlace glucosídico entre –OH o –NH del Aa y –OH del C anomérico del azúcar.

 Ser, Thr (O-glucosídico). NO Tyr

H

C=O –O–CH2–CH

NH

GalNAc

Ser

NH

C=O CH3

b) Unión N HOCH2

=O



C=O

NH–C–CH2–CH

 Asn (N-glucosídico). NO Gln O GlcNAc

H NH C=O CH3

NH Asn



La Cys en el exterior celular se oxida e interacciona con otra Cys formando grupos apolares:  Cistina o puente disulfuro (NO condensación).  Fuerza el plegamiento de las proteínas.

COO–

COO–

H 3N C H

H 3N C H

+

Cisteína

Polar

Cisteína

CH2 SH SH CH2 +

H–C–NH3

COO–

+

2 H+ + 2 e–

2

H++

2

e–

CH2 S Cistina

S CH2 +

H–C–NH3

COO–

Apolar

Tienen capacidad de interaccionar entre ellos.  Mediante fuerzas hidrofóbicas. 

No polares, R alifático

COO– + H 3N C H

COO– + H 3N C H

H Glicina

CH3 Alanina

COO–

COO–

H 3N C H

H 3N C H

+

CH2 CH H3C CH3 Leucina

+

CH2 CH2 S CH3 Metionina

No polares, R aromático

COO–

COO–

H 3N C H

H 3N C H

+

COO– + H 3N C H

CH2

CH H3C CH3

+

CH2 C CH NH

Valina

COO– + H 3N C H H–C–CH3 CH2 CH3 Isoleucina

Fenilanina Triptófano

COO– + C H H2N CH2 H2C CH2 Prolina

Puentes salinos

Puente de H

Fuerzas hidrofóbicas

Puentes salinos Puentes H Fuerzas hidrofóbicas



(1)

Grupos polares: neutros o con carga:  Hacia el medio acuoso (1), bien en el

exterior celular (2) o en el citoplasma (3). 

(4)

Grupos apolares: Amino terminal

 Hacia el interior proteico en contacto con

otros Aa apolares (4).

(2)

 Entre membranas en contacto con

S

Cys

S Cys Cys S S Cys

(5)

regiones apolares de los lípidos de membrana (5).

Dominio Extracelular

(3) Carboxilo terminal

Dominio Transmembrana Dominio Intracelular



Enlaces de coordinación:

Grupo hemo con Fe2+

 Las

proteínas tras su síntesis sufren modificaciones:

 Además de fosforilaciones, glucosilaciones, oxidaciones…  Hidroxilaciones, metilaciones, carboxilaciones, lipidaciones… COO– + C H H2N CH2 H2C CH–OH

–

COO– –OOC–CH–CH –CH–COO– 2 + γ-Carboxiglutamato NH3 –

4-Hidroxiprolina

+

H3N

+

–

–

H3N–CH2–CH–CH2–CH2–CH–COO– + OH NH3 5-Hidroxilisina

–

CH3–HN–CH2–CH2–CH2–CH2–CH–COO– + NH3 6-N-Metil-lisina

(CH2)3

+

H3N

–OOC

COO– CH

CH–(CH2)2–

+

NH3 –(CH2)2–CH COO–

N (CH2)4 Desmosina CH – (4 Lys diferentes) COO H3N +

AMINOÁCIDOS 1.

Aa, componentes de las proteínas.

2.

Tipos de Aa y sus interacciones.

3.

Carácter ácido–base: Carga, poder tamponante

4.

Otras funciones: Aa «raros»

5.

El enlace peptídico. Péptidos



La carga de las proteínas depende de la carga de los grupos R de los Aa que las componen.



Los Aa pueden cambiar su carga según el pH al que se encuentren:  Las proteínas en el estómago a pH bajo tienen una carga

diferente a la que tendrían en la sangre.  Al cambiar las cargas, cambia la forma de plegarse, cambia la

función.

Los Aa son iones híbridos anfóteros o zwitteriones.  Aa son ácidos y bases: ceden y captan H+. 

 La capacidad de ceder o captar H+ permite regular el pH de la

sangre!!  Proteínas sanguíneas regulan el pH sanguíneo.

COOH H 2N C H R

Forma no iónica

COO– +

H 3N

C H R

Forma

zwitteriónica

+

pK2

NH2 CH2 COO–

– –

NH3 CH2 COO–

– –

Para conocer la carga de una proteína según el pH se realiza la «Curva de titulación»:

pK1

– –



+

NH3 CH2 COOH 13 Glicina

pK2 = 9.60

 Se parte de un pH muy bajo y se

aumenta añadiendo iones –OH–.  La carga depende de las formas

pH 7 pI = 5.97

iónicas de los Aa, que varían según el pH.

pK1 = 2.34

 El pH alrededor del cual el Aa

cambia su forma iónica es el pKa.

0 0

0.5

1

1.5

OH– (equivalentes)

2



pK a: el pH alrededor del cual un grupo funcional (–NH3+ o –COOH) cede/capta protones.



Ka: Es la constante de equilibrio entre dos formas iónicas.



Pueden existir varios pK a:  

Cada Aa tiene mínimo 2 (pK1 y pK2). O 3 si en el grupo R hay otro grupo funcional ionizable (pKR).

R

No polares, R alifático

R aromático

Polar sin carga

Con carga + Con carga –

Aa Glicina Alanina Valina Leucina Isoleucina Metionina Fenilalanina Tirosina Triptófano Serina Prolina Treonina Cisteína Asparragina Glutamina Lisina Histidina Arginina Aspartato Glutamato

pK1 (–COOH)

pK2 (–NH3+)

pKR

pI

2.34 2.34 2.32 2.36 2.36 2.28 1.83 2.20 2.38 2.21 1.99 2.11 1.96 2.02 2.17 2.18 1.82 2.17 1.88 2.19

9.60 9.69 9.62 9.60 9.68 9.21 9.13 9.11 9.39 9.15 10.96 9.62 10.28 8.80 9.13 8.95 9.17 9.04 9.60 9.67

10.07 8.18 10.53 6.00 12.48 3.68 4.25

5.97 6.01 5.97 5.98 6.02 5.74 5.48 5.66 5.89 5.68 6.48 5.87 5.07 5.41 5.65 9.74 7.59 10.76 2.77 3.22

R Con carga + Con carga –

Aa Lisina Histidina Arginina Aspartato Glutamato

pK1 (–COOH) 2.18 1.82 2.17 1.88 2.19

pK2 (–NH3+) 8.95 9.17 9.04 9.60 9.67

pKR

pI

10.53 6.00 12.48 3.68 4.25

9.74 7.59 10.76 2.77 3.22

¿Por qué el pKa de los –COOH es diferente?



Los pKa del Asp y Glu son diferentes.



La cercanía de otros grupos funcionales afecta al pK de grupos ionizables. Con carga negativa COO–

COO–

H 3N C H

H 3N C H

+

CH2 COO–

+

CH2 CH2 COO–

Aspartato

pKa = 1,88

Glutamato

pKa = 2,19



La cercanía de grupos funcionales afecta al pK de grupos ionizables.

Grupos carboxilo y amino sustituidos con metilo

Grupos carboxilo y amino en glicina

+

+

pK2

NH2 CH2 COO–

– –

NH3 CH2 COO–

– –

Poder tamponante: capacidad de amortiguar los cambios de pH en el medio (o en la sangre)

pK1

– –



NH3 CH2 COOH 13 Glicina

pK2 = 9.60

 Zona plana titulación.  La presencia de un Aa en la

sangre implica que a cierto pH tiene poder tamponante.  En proteínas el poder tamponante lo aporta la His.

pH 7 pI = 5.97 pK1 = 2.34

0 0

0.5

1

1.5

OH– (equivalentes)

2



Poder tamponante tiene implicaciones fisiológicas en la His  Presente en proteínas

como la mio- o hemoglobina.  La His tiene pKR=6  Su poder tamponante ocurre a un pH alrededor de 6 (pH fisólógico).  Regula los cambios de pH en la sangre.

+

Glicina



Aa con 3 curvas: pI es la media de los pKa que rodean a la fórmula molecular neutra. pH

pK2

NH2 CH2 COO–

– –

pI: es el pH en el que la carga del Aa es igual a 0. 13

+

NH3 CH2 COO–

– –

pK1

– –



NH3 CH2 COOH

pK2 = 9.60

7 pI = 5.97



pI= (pK1 + pK2)/2

pK1 = 2.34

pH < pI: Carga + pH > pI: Carga – 0 0

0.5

1

1.5

OH– (equivalentes)

2

R

No polares, R alifático

R aromático

Polar sin carga

Con carga + Con carga –

Aa Glicina Alanina Valina Leucina Isoleucina Metionina Fenilalanina Tirosina Triptófano Serina Prolina Treonina Cisteína Asparragina Glutamina Lisina Histidina Arginina Aspartato Glutamato

pK1 (–COOH)

pK2 (–NH3+)

pKR

pI

2.34 2.34 2.32 2.36 2.36 2.28 1.83 2.20 2.38 2.21 1.99 2.11 1.96 2.02 2.17 2.18 1.82 2.17 1.88 2.19

9.60 9.69 9.62 9.60 9.68 9.21 9.13 9.11 9.39 9.15 10.96 9.62 10.28 8.80 9.13 8.95 9.17 9.04 9.60 9.67

10.07 8.18 10.53 6.00 12.48 3.68 4.25

5.97 6.01 5.97 5.98 6.02 5.74 5.48 5.66 5.89 5.68 6.48 5.87 5.07 5.41 5.65 9.74 7.59 10.76 2.77 3.22



¿Qué formas iónicas hay según el pH?



Conocer el pKa aprox. de Aa ácidos, básicos y de la His.



¿A qué pH tienen los Aa poder tamponante (conociendo los pK a)?.



¿Qué cargas poseen los Aa a diferentes pH? ¿Cuál es su pI?

AMINOÁCIDOS 1.

Aa, componentes de las proteínas

2.

Tipos de Aa y sus interacciones

3.

Carácter ácido–base: Carga, poder tamponante

4.

Otras funciones: Aa «raros»

5.

El enlace peptídico. Péptidos



Ciclo de la Urea: derivados del Glu  Ornitina y Citrulina.  Formación de urea a partir de proteínas u otros componentes

nitrogenados.  La urea se reutiliza para la síntesis de novo de Aa o se elimina

en la orina. +

H2N–C–N–CH2–CH2–CH2–CH–COO– + NH3 OH –

– –

–

H3N–CH2–CH2–CH2–CH–COO– + NH3 Ornitina

Citrulina



Precursores hormonales: derivados de la Tyr.  Hormonas tiroideas: regulan el

metabolismo.



Mediadores de inflamación o alergias: derivados de la His.  Histamina.

Aminas primarias o secundarias que se forman a partir de aa mediante rutas sencillas (conlleva descarboxilación de alguno).  GABA (Ác.-γ-aminobutírico): Descarboxilación Glu. 

 Neurotransmisor Inhibidor> Relacionado con ataques epilépticos.



Catecolaminas: Adición –OH + descarboxilación de Tyr.  Dopamina  Norepinefrina  Epinefrina



Entre otros aspectos, controlan cambios en la presión sanguínea

Serotonina: aadición –OH + descarboxilación Trp.  Actúa como neurotransmisor. Inhibidores de su recaptación como

antidepresivos.

Aminoácidos no presentes en proteínas: aminas biógenas Figura 26.7. Bioquímica médica (Baynes). Ed. Elsevier

 Tyr es precursor de dopamina, noradrenalina y adrenalina  Trp es precursor de serotonina (5–hidroxitripamina)  His es precursor de la histamina.  La colina, un aminoalcohol, es precursora de acetilcolina.  Glu es precurso de GABA. → La DOPA descarboxilasa se conoce también como descarboxilasa de L-aa aromáticos (AADC)



Neurotransmisores: derivados de Asp, Gly, Glu  GABA: Ác-γ-aminobutírico (descarboxilación Glu). –

HOOC–CH2–CH2–CH–COOH NH2 Glutamato

 Serotonina: derivado de Tyr  Dopamina: adición –OH y descarboxilación de Tyr. –

OH

–

HO–

+

NH3 –CH2 – CH2 Dopamina

HOOC–CH2–CH2–CH2–NH2 CO2

GABA



Dopamina. Neurotransmisor intermediario en la síntesis de noradrenalina y adrenalina.  En la enfermedad de Parkinson degenera una

zona del cerebro y se reduce la producción de dopamina: ▪ Aparición de temblores, rigidez muscular, pérdida de reflejos, bradicinesia (movimientos lentos), …

AMINOÁCIDOS 1.

Los 20 Aa: Definición, carga, clasificación

2.

Tipos de Aaa y sus interacciones

3.

Carácter ácido–base: Carga, poder tamponante

4.

Otras funciones: Aa «raros»

5.

El enlace peptídico. Péptidos



Reacción de condensación para formar proteínas: – –

–

R H R’ H3N–CH–C–OH + H–...