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BIOQUIMICA 2014

TEMA 5. AMINOÁCIDOS Las proteínas tienen diferentes funciones gracias a su capacidad para formar ESTRUCTURAS TRIDIMENSIONALES.

AMINOÁCIDOS ESENCIALES Son los aminoácidos que no se pueden generar a partir del organismo, por lo que se han de subministrar a partir de la dieta.

ESTRUCTURA DE LOS α-AMINOÁCIDOS Los aminoácidos son la estructura básica de las proteínas. Las proteínas se construyen a partir de un repertorio de 20 aminoácidos. Los α-aminoácidos están formador por un Cα que es central, está unido a un grupo amino (H3N+), grupo carboxílico (COOH), a un átomo de hidrógeno y a un radical (R) que es lo que diferencia cada tipo de aminoácido. Los carbonos de la cadena lateral (R), se denominan Cβ,Cδ,Cµ, etc TODOS LOS AMINOÁCIDOS QUE FORMAN LAS PROTEÍNAS SON αAMINOÁCIDOS.

LA MAYORÍA DE LOS AMINOÁCIDOS EN DOS FORMAS QUE SON IMÁGENES ESPECULARES ENTRE SÍ Como tienen 4 grupos distintos grupos unidos al Cα, por lo que es un carbono quiral o asimétrico, pueden existir en cualquiera de las dos formas que son imágenes especulares entre sí y se denominan ISOMERO L o ISOMERO D, dependiendo de si el grupo H3N+ está a la izquierda o a la derecha respectivamente. TODOS LOS AMINOÁCIDOS QUE FORMAN LAS PROTEÍNAS SON L. GLICINA, es el único aminoácido que no tiene actividad óptica puesto que su Cα está unido a dos H, y no es C quiral. ISOLEUCINA y TREONINA tienen 2 carbonos asimétricos. El isómero L y D son imágenes especulares entre sí. Esta nomenclatura L o D no está relacionada con la rotación de la luz polarizada.

PROPIEDADES ACIDO-BASE DE LOS AMINOÁCIDOS A pH neutro, los aminoácidos se encuentran en forma de IONES DIPOLARES O ZWITTERIONES, donde el grupo amino está protonado H3N+ y el grupo carboxilo está desprotonado COO-, por

BIOQUIMICA 2014 lo que la carga total del aminoácido es NEUTRA, puesto que el grupo amino es carga 1 carga positiva y el carboxilo es 1 carga negativa ( +1-1=0). Son SUSTANCIAS ANFOTÉRICAS, pueden actuar como ácido o bases débiles. Un aminoácido en una disolución se puede encontrar en forma anionica, cationica o dipolar/zwitterión dependiendo del pH.

A pH ácidos, el grupo carboxilo no está desprotonado (COOH) y el amino está protonado, por lo que tienen una forma cationica con carga positiva. A medida, que vamos aumentado el pH, el grupo carboxilo actúa como un ácido y pierde un protón, y cuando nos acercamos a un pH básico el grupo amino también se desprotona y pasamos a tener una forma anionica con carga negativa. PUNTO ISOELECTRICO Y CURVAS DE TITULACIÓN PUNTO ISOELÉCTRICO, es en el punto donde el pH DEL AMINOÁCIDO TIENE CARGA NEUTRA, es decir, que tiene forma zwitterión y por lo tanto la concentración de la forma anionica y la cationica es igual y no existe un movimiento sometido por un cambio de cargas. CURVA DE TITULACIÓN, es la representación gráfica de la variación de pH de una solución por la adición de un ácido o una base. Para encontrar el punto isoeléctrico de un aminoácido hay que calcular la pKa de su forma cationica cuando estamos en pH ácido y su forma anionica cuando estamos en pH básico, a partir de la fórmula de Henderson-Hasselbach.

Para calcular el punto isoeléctrico hay que tener en cuenta si el aminoácido es ácido, básico o neutro, para coger una formula u otra.

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BIOQUIMICA 2014 LOS AMINOÁCIDOS TIENEN CAPACIDAD TAPONADORA A pH CERCANOS A LA pKa

CLASIFICACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS Los aminoácidos los clasificamos según las características químicas generales de sus grupos R:  Aminoácidos hidrofóbicos con grupos R no polares, estos se pueden clasificar en ALIFÁTICOS o AROMÁTICOS  Aminoácidos polares con grupos R neutros cuya carga no está distribuida de manera uniforme  Aminoácidos polares con grupos R cargados positivamente a pH fisiológico (pH~7)  Aminoácidos polares con grupos R cargados negativamente a pH fisiológico AMINOÁCIDOS HIDROFÓBICOS Sus cadenas laterales están formadas SÓLO por hidrógeno y carbono, y son hidrofóbicos. Tienden a agruparse en el interior de la proteína, lejos del entorno acuoso de la célula, esto se conoce como EFECTO HIDROFÓBICO. Los clasificamos en: Alifáticos La glicina, es el único que no tiene carbono asimétrico o quiral. La Alanina, su cadena lateral está fomada por un metil (CH3) La valina, leucina e isoleucina, sus cadenas laterales están ramificadas La prolina, su cadena también está ramificada pero unida al grupo amino y al Cα La metionina, tiene un sulfuro (S) en su cadena lateral situado en el medio, pero NO FORMA PUENTES DISULFURO Aromáticos La fenilalanina, tiene un anillo fenilo ocupando el lugar de uno de los átomos de hidrógeno del grupo metilo de la alanina. El triptófano, tiene un anillo indol unido a un grupo metileno (-CH2-). La tirosina, contiene un grupo –OH.

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Estos 3 aminoácidos absorben LUZ ULTRAVIOLADA a 280 nm, a partir de la LEY DE LAMBERT BEER, donde nos dice que la absorbancia de una sustancia es directamente proporcional a la concentración de dicha sustancia. Se emplea un espectrofotómetro y se calcula a partir de: Donde: A= Absorbencia ε=Coeficiente molar de extinción L o D = recorrido en cm C=Concentración molar

En orden del que más luz absorbe al que menos es: TRIPTOFANO, TIROSINA, FENILALANINA. AMINOÁCIDOS POLARES CON CARGA NEUTRA Son neutros pero polares porque su grupo R contiene un átomo electronegativo que acapara los electrones. La serina y treonina, tienen un grupo –OH. La cisteína, tiene un grupo sulfhidrilo (-SH). Una pareja de sulfhidrilos que se encuentres muy cerca pueden formar PUENTES DISULFURO (enlace covalente). Estos puentes disulfuro se rompen a partir del βMERCAPTOETANOL Y cuando dos cisteínas se unen forman una CISTINA.

La asparagina y glutamina tienen una carboxamida terminal AMINOÁCIDOS POLARES CON CARGA POSITIVA “BÁSICOS” La lisina y arginina, tienen la cadena lateral con grupos que están cargados positivamente a pH neutros, la lisina con un grupo amino y la arginina con un guanidinio. La histidina, tiene un grupo imidazol, es un anillo aromático que está cargado positivamente. Todos los aminoácidos, a pH=7, tienen sus grupos amino y carboxilo de las cadenas laterales ionizados, exceptuando la HISTIDINA, en la que su grupo imidazol se ioniza a partir de pH=6

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AMINOÁCIDOS POLARES CON CARGA NEGATIVA “ÁCIDOS” El aspartato y glutamato, tienen cadenas laterales ácidas cargadas negativamente. En algunas proteínas, estas cadenas laterales captan protones, lo que neutraliza la carga negativa.

ALGUNOS AMINOÁCIDOS SE PUEDEN MODIFICAR; como en el caso de prolina y glutamato.

AMINOÁCIDOS NO PRESENTES EN LAS PROTEÍNAS

REACCIONES QUÍMICAS DE LOS AMINOÁCIDOS NINHIDRINA Es un agente reactivo que se utiliza para visualizar las bandas de separación de aminoácidos por cromatografía o electroforesis, también se utiliza para cuantificar para determinar los aminoácidos. Tras la reacción da una coloración VIOLETA.

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REACTIVO DE SANGER Se utiliza para secuenciar los aminoácidos y son moléculas que reaccionan con el GRUPO AMINO.

SEPARACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS Para entender una proteína (su secuencia de aminoácidos, estructura tridimensional, y funcionamiento normal o patológico) hay que purificarla, es decir, que hay que aislarla del resto de proteínas que hay en la célula. CROMATOGRAFÍA Es un método de separación que se utiliza para separar los componentes diferentes de una misma mezcla, y determinar la cantidad de dichos componentes. Hay de diferentes tipos: Cromatografía en gel o de exclusión molecular Separa las proteínas en función de su TAMAÑO. Las que primero salen son las GRANDES, porque no caben dentro de estas bolas y él recorrido que hacen es más corto. Después salen las MEDIANAS y por último las moléculas más PEQUEÑAS porque están si que caben dentro de las bolas de agarosa y por lo tanto el recorrido que hacen es más largo, ya que pasan por el interior de estas bolas.

Cromatografía de intercambio iónico Separa las proteínas en función a su CARGA NETA. Tenemos unas bolas que en este caso están cargadas positivamente, por lo tanto aquellas moléculas que estén cargadas positivamente son las que saldrán primero puesto que repelen a las bolas, y las moléculas que estén cargadas negativamente son las últimas en salir porque son atraídas por las bolas. Para conseguir que estas las moléculas negativas se ha de aumentar la concentración de sal que se añade por la parte superior, los iones de sal que sean negativos competirán con las moléculas negativas para unirse a 6

BIOQUIMICA 2014 la bola positiva, y de esta manera irán saliendo las moléculas negativas. Cromatografía por afinidad Se basa en que algunas proteínas tienen una elevada afinidad hacia grupos químicos específicos o hacia determinadas moléculas. Ejemplo: Concanavalina A, se une a la glucosa. Se puede purificar haciendo pasar un extracto crudo a través de una columna llena de bolitas que contengan residuos de glucosa unidos covalentemente. La concanavalina A se une a este tipo de bolas mientras que las demás proteínas no. Posteriormente para liberar a estas concavalina A se aumenta la concentración de glucosa en la disolución y esta desplaza ala concavalina A uniéndose a ella y llevándola hacia fuera.

REACCIÓN DE EDMAN Se utiliza para determinar la ESTRUCTURA PRIMARIA de las proteínas. Esta estructura determina la ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL y esta la FUNCIÓN de la proteína. El primer paso consiste determinar la composición de aminoácidos del péptido. En la DEGRADACIÓN DE EDMAN, el residuo amino terminal se marca y se elimina sin perjudicar al resto de la cadena peptidica. Este procedimiento se puede repetir de manera cíclica para obtener la secuencia de aminoácidos del péptido.

PEPTIDOS Y PROTEÍNAS Los OLIGOPEPTIDOS, son cadenas de pocos aminoácidos. Pueden ser: dipeptidos,tripeptidos, tetrapeptidos. Los POLIPEPTIDOS Y PROTEÍNAS, están formadas por cadenas de más de 20 aminoácidos. Se llama RESIDUOS AMINOÁCIDOS a los aminoácidos que están dentro de la cadena polipeptídica.

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BIOQUIMICA 2014 METÓDOS PARA ROMPER PROTEÍNAS Las proteínas no se pueden secuenciar enteras, por eso hay que romperlas.

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