jueves, 10 de julio de 2008

Aminoacidos

Los aminoácidos son las pequeñas porciones moleculares llamados monómeros los cuales unidos por medio de un enlace principalmente covalente (enlace peptídico) se unen para formar las proteínas.

En general su estructura se basa en la presencia de un carbono alfa (Cα), unido a un grupo carboxilo (COOH), un grupo amino (NH2), un hidrogeno (H) y una cadena lateral (R) que es especifica para cada aminoácido.

Esta es la estructura que encontramos en los 20 aminoácidos que existen en las proteínas.

Existen varias clasificaciones en base a su grupo R, el más significativo esta en función de las propiedades de R. Se dividen en:

Carga neutra
· No polares (hidrofóbicos)
· Polares (hidrofílicos)
Cargados positivamente
Cargados negativamente

También se clasifican de acuerdo a su obtención en:

1. Esenciales: la carencia de estos aminoácidos en la dieta limita el desarrollo del organismo, ya que no es posible reponer las células de los tejidos que mueren o crear tejidos nuevos. En el ser humano, los aminoácidos esenciales son:
· Valina (Val)
· Leucina (Leu)
· Treonina (Thr)
· Lisina (Lys)
· Triptófano (Trp)
· Histidina (His)
· Fenilalanina (Phe)
· Isoleucina (Ile)
· Arginina (Arg)
· Metionina (Met)
No esenciales: son los que pueden ser sintetizados por el cuerpo, en estos encontramos:
· Alanina (Ala)
· Prolina (Pro)
· Glicina (Gly)
· Serina (Ser)
· Cisteina (Cys)
· Asparagina (Asn)
· Glutamina (Gln)
· Tirosina (Tyr)
· Ácido aspártico (Asp)
· Ácido glutámico (Glu)

Los aminoácidos, normalmente se nombran mediante símbolos de tres letras, aunque en la actualidad se ha adoptado usar símbolos de una sola letra para facilitar la comparación de las secuencias aminoácidas de proteínas homólogas.

Aminoácidos con grupos R no polares

Existen 8 a.a de este tipo: alanina, leucina, isoleucina, valina, prolina, fenilalanina, triptófano y metionina. Estos son menos solubles en agua que los polares.

Aminoácidos con grupos R polares

Son relativamente más solubles en agua que los no polares o neutros. La polaridad de la serina, la treonina y la tirosina se debe a sus grupos hidroxilos; la de la aspargina y la glutamina, a sus grupos amídicos y de la cistina a la presencia del grupo sulfhidrilo (-SH).

Aminoácidos con grupos R con carga (+)

Estos poseen seis átomos de carbono y mantienen su carga a pH 7. Aquí se encuentran la lisina, la arginina y la histidina. A pH 6 más del 50 % de las moléculas de la histidina, poseen un grupo R cargado positivamente, pero a pH 7 menos del 10 % de las moléculas poseen carga positiva.

Aminoácidos con grupos R con carga (-)

Los dos miembros de esta clase son los ácidos aspártico y glutámico, cada uno de los cuales posee un segundo grupo carboxilo que se halla completamente ionizado y por tanto cargado negativamente a pH 6 y 7.

CADENAS LATERALES HIDROFOBICAS

GLICINA (Gly, G)
Es uno de los aminoácidos que forman las proteínas de los seres vivos. En el código genético está codificada como GGT, GGC, GGA o GGG.
Es el aminoácido más pequeño y el único no quiral de los 20 aminoácidos presentes en la célula. Su fórmula química es NH2CH2COOH y su masa es 75,07. La glicina es un aminoácido no esencial.

TRIPTOFANO (Trp o W)
Es esencial en la nutrición humana. Codifica con el codón UGG. Ayuda a promover la liberación del neurotransmisor serotonina, involucrado en la regulación del sueño, el placer, etc. Su fórmula molecular es C11H12N2O2 y su masa molecular es 204,23.

FENILALANINA (Phe)
Existe en forma de dos enantiómeros, la forma D- y la L-, dependiendo de su organización espacial. La cadena lateral característica de este aminoácido contiene un anillo bencénico, y es por tanto uno de los aminoácidos aromáticos.

VALINA (Val)
En el ARN mensajero, está codificada por GUA, GUG, GUU o GUC. Es esencial en la nutrición de los humanos, tiene como cadena lateral una cadena ramificada de hidrocarburos con tres átomos de carbono (isopropilo).

LEUCINA (Leu o L)
Está codificada en el ARN mensajero como UUA, UUG, CUU, CUC, CUA o CUG. Su cadena lateral es no polar, un grupo isobutilo (2-metilpropilo).

ISOLEUCINA (Ile o I)
Su composición química es similar a la de la leucina, pero la colocación de sus átomos difiere un poco, lo que origina propiedades diferentes; su cadena lateral es no polar, un grupo sec-butilo. Nutricionalmente es uno de los aminoácidos esenciales.

METIONINA (Met o M)
Es un aminoácido esencial, codifica con el codón AUG. Su fórmula química es C5H11NO2S, Su masa es 149,21 u.m.a..

PROLINA (Pro)
En el ARN mensajero está codificada como CCU, CCC, CCA o CCG. La cadena lateral de la prolina está unida tanto al átomo de carbono adyacente al grupo carboxilo como al del nitrógeno.
ALANINA (Ala)
En el ARN mensajero está codificada como GCU, GCC, GCA o GCG. Contiene un grupo metilo y es uno de los aminoácidos más pequeño después de la glicina.


CADENAS LATERALES HIDROFILICAS

SERINA (Ser)
Es uno de los veinte aminoácidos naturales más comunes en la tierra altamente polar lo cual hace que la serina se encuentre como sitio activo en muchas enzimas (serinproteasas) gracias al grupo oxidrilo (OH) contenido en su cadena lineal. La serina se sintetiza a partir del 3-fosfoglicerato en varios pasos. Defectos en algunas de las enzimas de esta síntesis conducen a bajos niveles de serina en plasma y líquido cefalorraquídeo, los cuales producen trastornos como hipertonia, retardo psicomotor, microcefalia o epilepsia. La serina se fosforilisa gracias a serina-treonina quinasas, dando fosfoserina, un compuesto involucrado en la señalización intracelular. La serina forma parte de las secuencias PEST (ricas también en treonina, ácido glutámico y prolina), secuencias de reconocimiento de los sistemas enzimáticos de degradación proteíca. La serina está codificada por uno de estos seis codones: AGU, AGC, UCU, UCC, UCA, UCG.

TIROSINA (Tyr)
La tirosina también llamado por su estructura como acido 2-amino-3(4-hidroxifenil)-propanoico Es uno de los 20 aminoácidos que forman parte de las proteínas. Este aminoácido es sintetizado por la degradación de fenilalanina, aminoácido a través de la acción de la fenilalanina hidroxilasa. El catabolismo de ambos aminoácidos da como productos finales fumarato y acetoacetato. La tirosina también forma acetil-CoA sin pasar primero por piruvato sustancias producidas por el metabolismo en el ciclo de la respiración (Krebs) y la glucolisis.

ASPARAGINA (Asn)
Es uno de los 20 aminoácidos más comunes en la Tierra; es la amida del ácido aspártico. Es un aminoácido no esencial de tipo de glucogénico formador de compuestos como el oxalacetato en función de la asparaginasas que son enzimas especificas. En el ARN mensajero está codificada como AAC o AAU. También la asparagina actúa en el sistema nervioso central para procesos metabólicos.

CISTEINA (Cys)
La cisteína es uno de los pocos aminoácidos que contienen azufre. Esto le permite formar enlaces especiales y mantener la estructura de las proteínas en el organismo. La cisteína también se usa en el organismo para producir taurina, otro aminoácido. La cisteína se puede sintetizar por medio de la degradación de la metionina en el organismo por esto se dice que cisteína no es un aminoácido esencial por qué se puede obtener de la degradación de otras sustancias.

TREONINA (Thr)
Es otro de los diferentes AA. Esta codificada en el ARN mensajero como ACU, ACC, ACA o ACG. Es muy útil cuando existe una deficiencia de Glucosa en sangre ya que esta puede sintetizarse por medio de la glucogénesis a glucosa. También después de un trauma a recuperar la movilidad de los tejidos.

GLUTAMINA (Gln)
La Glutamina es uno de los 20 aminoácidos más comunes empleados en la codificación del código genético; es una cadena lateral de una amida del ácido glutámico, que sirve como fuente de energía para las células que cubren el intestino.
Tiene efectos anti-inflamatorios dado que esta básicamente en los músculos. Sin embargo en ciertas circunstancias resulta necesaria su ingestión en la dieta mediante suplementación. Está codificada en el ARN mensajero como 'CAA' o 'CAG'

CADENAS LATERALES ACIDAS

ACIDO ASPARTICO (Asp)
Lo encontramos también en su forma ionizada (aspartato) y se codifica por los codones GAU o GAC. Presenta un grupo carboxilo (-COOH) en el extremo de la cadena lateral. Su fórmula química es HO2CCH (NH2)CH2CO2H.

ACIDO GLUTAMICO (Glu o E)
Su forma ionizada es el oxalacetato, este aminoácido no es nutriente esencial porque en el hombre puede sintetizarse a partir de otros compuestos. Pertenece a este grupo debido a que presenta un segundo grupo carboxilo en su cadena secundaria.

CADENAS LATERALES BASICAS

LISINA (Lys o K)
Su fórmula química es HO2CCH (NH2) (CH2)4 NH2. Los cocones con los que codifica en el ARN son AAA y AAG.

ARGININA (Arg o R)
Sus codones son CGU, CGC, CGA, CGG, AGA, y AGG. Se encuentra involucrado en muchas de las actividades de las glándulas endocrinas. Su formula molecular C6H14N4O2.

HISTIDINA (His o H)
Es codificada por los codones CAU o CAC. Nutricionalmente es considerada un aminoácido esencial. Es un precursor de la biosíntesis de histamina.

AMINOACIDOS POCO FRECUENTES

Existen gran variedad de aminoácidos que no se encuentran con frecuencia en los organismos vivos tanto en células eucarioticas como procarioticas pero más sin embargo se han aislado a partir de hidrolisis de algunas proteínas especificas. Unos ejemplos de ellos serian la hidroxilina, que es un derivado de la lisina presente en el colágeno, la demosina que es producto de la hidrólisis de las fibras proteicas de elastina. Ahora con esto podemos suponer que si existen muchas aminoácidos poco frecuentes pero también podemos suponer que existirán mas y mas aminoácidos que cambien su estructura a lo largo del cambio del genoma humano. Estos aminoácidos tienen una característica definida no tienen tripletes codificadores y la mayoría se forman de la actividad enzimática pero estos han cambiado ya que estos son por adición de cadenas polipeptidicas. A continuación mostramos unos ejemplos de aa. Poco frecuentes

AMINOACIDOS NO PROTEICOS
Además de los aminoácidos que mencionamos con anterioridad y de otros no tan frecuentes se conocen unos aminoácidos que se encuentran en diferentes células y tejidos en forma libre o combinada, pero nunca en las proteínas. Casi todos estos se derivan de los a-aminoácidos encontrados en las proteínas.
Algunos aminoácidos no proteicos actúan como precursores importantes en el metabolismo; la b-alanina es el precursor de la vitamina acido pantoténico; homocisteína y la homoserina son intermediarios en el metabolismo de los aminoácidos; la citrulina y la ornitina son útiles en la síntesis de la arginina.


Peptidos

Los aminoácidos individualmente no participan de manera importante en papeles biológicos en nuestro cuerpo. Sin embargo cuando se unen entre si pasan a tener una gran importancia. Los aminoácidos al unirse de modo covalente por la formación de un enlace amida entre el grupo α-carboxilo de un aminoácido con el α-amino del otro dan como producto un enlace al que se le llama enlace peptídico, siempre hay un extremo amino terminal y un extremo carboxilo terminal que permanecen intactos. Los productos que se forman a partir de este se denominan péptidos. Cada aminoácido en una molécula de péptido se llama unidad o residuo y dependiendo del número de unidades de aminoácidos el péptido puede adoptar diferentes nombres. La cadena debe de tener menos de cien aminoácidos para ser considerada como tal, se clasifican como polipéptidos y los biopolímeros mas grandes se conocen como proteínas. Los péptidos tienen diferentes funciones y unas de las principales son como hormonas o como mensajeros químicos.
Los péptidos se diferencian de las proteínas ya que estos son más pequeños y las proteínas pueden estar formadas por la unión de varios polipéptidos.

Para su estudio los péptidos se dividen en:

Oligopéptidos y Polipéptidos

La reacción de unión de aminoácidos para formas cadenas mas complejas puede considerarse como un simple eliminación de una molécula de agua. Producto de la unión de un grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino de otro. En la imagen siguiente se muestra el mecanismo por el cual se une la glicina con otra molécula de glicina.



Los oligopéptidos como su nombre lo indica son pequeños péptidos, por lo tanto serán aquellas cadenas que tengan como componentes menos de diez aminoácidos. Los oligopéptidos los podemos subdividir y la forma de nombrarlos es la siguiente: dipéptidos (es el producto que se forma a partir de la unión de dos aminoácidos), tripéptidos (se debe a la unión de tres aminoácidos), tetrapéptidos (resulta por la combinación de cuatro aminoácidos), etc. La ventaja que tiene este tipo de moléculas a comparación de las proteínas es su más fácil absorción.

Se ha demostrado que los oligopéptidos mas pequeños como los son los dipéptidos y los tripéptidos pueden ser absorbidos de una forma directa sin la necesidad de hidrólisis al igual que los aminoácidos libres, por lo que mientras mas pequeño sea el péptidos mas fácil será absorberlo.

Los polipéptidos son aquellos en que la cadena de aminoácidos que los componen será mayo a diez. Las formas posibles de combinar los veinte aminoácidos comunes que existen hasta en los polipéptidos cortos estas combinaciones pueden ser muy grandes. Esto nos indica que mientras mas sea el número de residuos de aminoácido en el péptido, mayor es el número de posibilidades estructurales. Por ejemplo en un tripeptido, los tres aminoácidos que lo conforman se pueden unir de seis modos distintos. Así como un polipéptido que contiene diez aminoácidos nos puede llevar a más de cuatro mil millones de decapéptidos.


Es necesario representar los péptidos de una manera sistemática. El aminoácido con el grupo amino libre se coloca generalmente en el lado izquierdo de la estructura. Este se llana N-terminal ó amino terminal. El aminoácido con el grupo carboxilo libre se colocará en el extremo opuesto al anterior es decir en el extremo derecho de la figura y se llama C-terminal ó carboxilo terminal.
El nombre de los péptidos se construye a partir de los nombres de los aminoácidos que lo forman, en el orden en el que aparecen de izquierda a derecha, comenzando con el aminoácido N-terminal. Las excepciones son algunos oligopeptidos cíclicos pequeños en los que se han unido los N-terminales y los C-terminales.

Propiedades Químicas De Los Péptidos

Los grupos amino N-terminales de los péptidos experimentan idénticas clases de reacciones que los grupos α-amino de los aminoácidos libres, tales como la acilacion y la carbamilacion. El resto aminoácido N-terminal de los péptidos reacciona cuantitativa mente con la ninhidrina para formar derivados coloreados; esta reacción se emplea profusamente en la identificación y determinación cuantitativa de los péptidos mediante los procedimientos electroforéticos y cromatografico. De modo similar el grupo C-terminal de un péptido puede ser esterificado o reducido. A demás de diferentes grupos R de los diferentes restos aminoácidos encontrados en péptidos dan usualmente las mismas reacciones características que las de los aminoácidos libres.

Una reacción coloreada, muy empleada, que dan los péptidos y las proteínas, y que no producen los aminoácidos libres, es la reacción del Biuret. El tratamiento de una proteína con Cu+2 y álcali produce un complejo porpureo del Cu+2 péptido, que puede medirse cuantitativamente en un espectrofotómetro.

Propiedades Acido-Base De Los Péptidos

Los péptidos poseen puntos de fusión habitualmente altos, esto nos indica que pueden cristalizar fácilmente en disoluciones neutras en forma de retículo iónico como iones dipolares así como los aminoácidos. Dado que ninguno de los grupos α-amino ni los del α-carboxilo, que están constituyendo enlaces peptidicos, pueden ionizarse en el intervalo de pH comprendido entre 0 y 14, el comportamiento acido-base de los péptidos viene determinado por el grupo α-amino libre del resto terminal, por el grupo α-carboxilo libre del resto carboxi-terminal y por el grupo R de los restos situados en posiciones intermedias que pueden ionizarse. En las cadenas polipeptidicas largas, los grupos R que se ionizan sobrepasan en un gran numero a los grupos que ionizan el los restos terminales. Puesto que los grupos α-amino y α-carboxilo, se hallan mucho mas separados entre si en los péptidos que en los simples aminoácidos, las acciones electroestáticas e inductivas entre ellos decrecen; polo tanto los valores de pK’ de los grupos α-carboxilo son algo mayores, y de los grupos α-amino son algo menores, que los α-aminoácidos libres.

Identificación De Los Restos Terminales De Un Péptido

La determinación de la estructura de un péptido no es una tarea fácil. La hidrólisis en disolución acida de loa aminoácidos individuales. Estos se pueden separar e identificar por técnicas como la cromatografía y la electroforesis. El peso moléculas del péptido se puedes determinar por métodos fisicoquímicos. Con esta información se determina el número de residuos de aminoácidos, la identidad del número de residuos de aminoácido y el número de residuos de cada aminoácido en el péptido original.

Pero esta información no revela nada acerca de la secuencia, en que los aminoácidos están unidos al péptido. Se han desarrollado varias técnicas para determinar esta secuencia. La primera es el análisis de residuos terminales. Hay muchas formas para determinar los residuos del aminoácido N-terminal y C-terminal.

El residuo del aminoácido C-terminal se puede determinar enzimáticamente la carboxipeptidasa es una enzima pancreática, que cataliza específicamente la hidrólisis del aminoácido del C-terminal, pero no la de otros enlaces peptidicos.

La hidrólisis parcial de un péptido a dipeptido, tripeptido, tetrapeptidos y

Otros fragmentos es una técnica para determinar el orden de los residuos interiores. La mezcla de hidrólisis de separa y se determina el orden de los aminoácidos en cada uno de los fragmentos. Entonces, se unen las estructuras de los fragmentos como si fueran un tipo de rompecabezas, para así lograr la estructura del péptido completo.

Proteínas



Podemos comenzar diciendo que, las proteínas son las sustancias más complejas conocidas en química y se encuentran muy repartidas en la naturaleza en animales y plantas, por lo que son constituyentes esenciales de los alimentos, en conjunto con las grasas y los carbohidratos. Y siendo las proteínas las macromoléculas mas versátiles y diversas, desempeñan un papel fundamental en los seres vivos pues componen las estructuras celulares y las herramientas que hacen posible las reacciones químicas del metabolismo celular.
El nombre proteína deriva de la palabra griega proteios, que significa primario, por la gran importancia que representa en todas las formas de la materia viva. Algunos autores lo relacionan con Proteos, dios al que le atribuían la facultad de poder cambiar de forma, debido a la gran variedad con que se nos ofrecen las proteínas.
Las proteínas son biomóleculas formadas básicamente por carbono, hidrogeno, oxigeno y nitrógeno. Y la mayoría de ellas también incluye en su composición al azufre y en algunas se observa además la presencia de fosforo, hierro, entre otros elementos.
Químicamente las proteínas se consideran polímeros de aminoácidos, es decir, están constituidas por un gran número de estas pequeñas unidades estructurales simples y repetitivas (monómeros), dispuestos en una secuencia lineal, sin ramificaciones.
Para comprender mejor el concepto anterior, podemos decir que, la unión de un bajo numero de aa. da lugar a un péptido, y para denominar a estas cadenas se utilizan prefijos convencionales como:


1.- Oligopéptidos: si el No. de aa. es menor de 10. Como:

Dipéptidos: si el No. de aa. es 2.
Tripéptidos: si el No. de aa. es 3.
2.-Polipéptido: si el No. de aa. es superior a 10.

Pero para hablar de una proteína se necesita la unión de más de 100 aa.



Estructuras De Las Proteínas


La estructura de la proteína es la manera en como se organiza para adquirir cierta forma, y viene definida por cuatro niveles, donde cada una de estas estructuras informa de la disposición de la anterior en el espacio. Presentando una disposición característica en condiciones ambientales, se cambian estas condiciones como temperatura, pH, etc. pierde la conformación y su función (desnaturalización).

ESTRUCTURA PRIMARIA
Este constituido tanto por el número y la variedad de aa. que entran en su composición, es decir, nos indica que aas. componen la cadena polipeptídica y el orden o secuencia en que se encuentran a lo largo de esta, al unirse covalentemente por medio de sus grupos amino y carboxilo alfa.
En definitiva, es la estructura primaria es la que determina cual será la secundaria y por tanto la terciaria.

ESTRUCTURA SECUNDARIA
Este nivel se refiere a la relación espacial que guarda un aa con respecto al que le sigue y al que le antecede en la cadena polipeptídica, es decir, la secuencia de aa en el espacio; pues en algunos casos el polipéptido entero, o algunas zonas de este se mantienen extendida, mientras que en otros casos se enrollan en forma helicoidal como si formaran un resorte.
Las alfa-hélices aparecen en rojo.Existen dos tipos de estructura secundaria:

1.- La a (alfa)-hélice.
Esta estructura se forma al enrollarse helicoidalmente sobre si misma la estructura primaria. Se debe a la formación de enlaces de hidrogeno entre el -C=O de un aa y el -NH- del cuarto aa que le sigue. Presentan esta estructura secundaria la queratina de la seda o fibroína.


2.- La conformación beta.
En esta estructura los aa no forman una hélice sino una cadena en forma de zigzag, llamada disposición en lámina plegada.

ESTRUCTURA TERCIARIA
Este tipo de estructura informa sobre la disposición de la estructura secundaria de un polipéptido al plegarse sobre si misma originando una conformación globular, es decir, es como la relación espacial que guardan entre si las diferentes zonas o áreas de cada cadena polipeptídica que forman a una proteína. Además, este tipo de conformación facilita la solubilidad en agua y así realizar funciones de transporte, enzimáticas, hormonales, etc.
Esta conformación globular se mantiene estable gracias a la existencia de enlaces entre los radicales R de los aas.
Apareciendo varios tipos de enlaces:
1.- El puente disulfuro entre los radicales de aa que tiene azufre.
2.- Los puentes de hidrogeno.

3.- Los puentes eléctricos.
4.- Las interacciones hifrofóbas.

ESTRUCTURA CUATERNARIA
Esta estructura informa de la unión, mediante enlaces débiles (no covalentes) de varias cadenas polipeptídicas con estructura terciaria, para formar un complejo proteico. Cada una de estas cadenas polipeptídicas recibe el nombre de protómero.
El número de protómeros varía desde dos como en la hexoquinasa, cuatro como en la hemoglobina, o muchos como la cápsida del virus de la poliomielitis, que consta de 60 unidades proteicas.