los aminoácidos y la estructura primaria de las proteínas

8/18/2019 Los Aminoácidos y La Estructura Primaria de Las Proteínas

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Los aminoácidos y la estructuraprimaria de las proteínas

1 Estructurageneral de

aminoácidos

Los aminoácidos se llaman así porque son derivados aminados de ácidos

carboxílicos. En los 20 aminoácidos comunes, los grupos amino y carboxilo están

unidos al mismo átomo de carbono: el átomo de carbono a. Así, todos los

aminoácidos estándar que contienen las proteínas son a-aminoácidos. Al carbono

a se unen otros dos sustituyentes: un átomo de hidrógeno y una cadena lateral

(R) que es única para cada aminoácido.

El nombre químico correcto, o nombre sistemático, se apega a reglas establecidas

por laUnión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC, de International

Union of Pure and Applied Chemistry) y la Unión Internacional de Bioquímica y

Biología Molecular (IUBMB, de International Union of Biochemistry and

Molecular Biology))].Si el grupo R es —CH3, elnombre sistemático de ese

aminoácido sería ácido 2-aminopropanoico. (El ácido propanoico es CH3—

CH2—COOH ). El nombre trivial de CH3—CH(NH2)—COOH es alanina.

1a muestra la estructura general de un aminoácido en perspectiva.

Los átomos de carbono de una cadena lateral se identifican en sucesión como b, g,

d y e, que indican los carbonos 3, 4, 5 y 6, respectivamente. El nombre

sistemático de la serina es ácido 2-amino-3-hidroxipropanoico. En 19 de

los 20 aminoácidos que se usan en la biosíntesis de proteínas, el átomo de

carbono a es quiral, o asimétrico, porque tiene cuatro grupos diferentes unidos a

él.

La excepción es la glicina, cuyo grupo R sólo es un átomo de hidrógeno

(la molécula no es quiral, porque el átomo de carbono a está unida a dos átomos

idénticos de hidrógeno).

Los 19 aminoácidos quirales pueden, en consecuencia, existir como

estereoisómeros. Los estereoisómeros soncompuestos que tienen la misma

fórmula molecular pero difieren en el orden o configuración de sus átomos en el

espacio. Los dos estereoisómeros son moléculas distintas que no se pueden

interconvertir con facilidad entre sí ya que un cambio de configuración requiere


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romper uno o más enlaces. Los estereoisómeros de aminoácidos no son imágenes

especulares (es decir, imágenes en espejo) superponibles; a dichos

estereoisómeros se les llama enantiómeros.

Dos de los 19 aminoácidos quirales, la isoleucina y la treonina, presentan dos

átomos quirales de carbono cada uno. La isoleucina y la treonina pueden formar,

cada una, cuatro estereoisómeros diferentes.

La configuración del aminoácido de la figura 3.1a es L; la de su imagen especular

es D. Para asignar la identificación estereoquímica se traza la fórmula del

aminoácido en dirección vertical, con su grupo a-carboxilato en la parte superior

y su cadena lateral en la parte inferior, ambas alejándose del espectador. En esta

orientación, el grupo a-amino del isómero L está a la izquierda del carbono a y el

del isómero D está a la derecha.


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Estructura de los 20 aminoácidos Algunas cadenas laterales son no polares, y en consecuencia

hidrofóbicas, mientras que otras son polares o ionizadas a pH

neutro y en consecuencia son hidrofílicas. Las propiedades de las

cadenas laterales tienen gran influencia sobre l


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2 Ionización de los aminoácidos3

4 Las propiedades físicas de los aminoácidos reciben influencias de los

estados iónicos de los grupos a-carboxilo y a-amino y de todos los grupos

ionizables que haya en las cadenas laterales. Cada grupo ionizable guarda

relación con un valor específico de pKa, que corresponde al pH al que son

iguales las concentraciones de las formas protonada y no protonada.

5 Cuando el pH de la solución es menor que el pKa, predomina la forma

protonada y el aminoácido es entonces un ácido real, capaz de donar un

protón. Cuando el pH de la solución es mayor que el pKa del grupo ionizable,

la forma no protonada de ese grupo predomina, y el aminoácido existe en

forma de base conjugada, que es aceptora de protones. Cada aminoácido

tiene al menos dos valores de pKa que corresponden a la ionización de los

grupos a-carboxilo y a-amino. Además, siete de los aminoácidos comunes

tienen cadenas laterales ionizables con valores adicionales y medibles de

pKa. Esos valores difieren entre los aminoácidos. Así, a determinado pH, con

frecuencia los aminoácidos tienen cargas netas diferentes. Los estados

iónicos de las cadenas laterales de los aminoácidos influyen sobre las

estructuras tridimensionales de las proteínas. Además, ya que varios

residuos ionizables de aminoácido intervienen en catálisis por enzimas, lacomprensión de las propiedades iónicas de los aminoácidos ayuda a

comprender los mecanismos enzimáticos.

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7 Unión de aminoácidos por enlacespeptídicos en las proteínas

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9 La secuencia lineal de aminoácidos en una cadena polipeptídica se llama

estructura primaria de una proteína. A los niveles más altos de estructura se

les llaman estructura secundaria, terciaria y cuaternaria. La estructura de

las proteínas se describirá con más detalle en el siguiente capítulo, pero es

importante comprender los enlaces peptídicos y la estructura primaria antes

de describir algunos de los temas restantes en este capítulo. El enlace que se

forma entre los aminoácidos es un enlace de amida y se llama enlace

peptídico, o enlace de péptido

10 Esta unión se puede concebir como el resultado de una condensación

simple del grupo carboxilo a de un aminoácido con el grupo amino a del otro.

11 Las mitades de aminoácido unidas en una cadena polipeptídica se

llaman residuos de aminoácido. Los nombres de los residuos se forman

sustituyendo la terminación -ina o -ato por -ilo (o -il, en nombres

compuestos).

12 El grupo amino libre y el grupo carboxilo libre en los extremos opuestosde una cadena de péptido se llaman N-terminal (o terminal N, terminal

amino) y C-terminal (o terminal C, terminal carboxilo), respectivamente. Por

convención, los residuos de aminoácido en una cadena peptídica se numeran

desde el N-terminal hasta el C-terminal y se suelen escribir de izquierda a

derecha. Esta convención corresponde a la dirección de la síntesis de la

proteína para describir la secuencia de residuos de aminoácidos en péptidos

y polipéptidos se usan tanto las abreviaturas normales de tres letras de los

aminoácidos (por ejemplo GlyArg-Phe-Ala-Lys) como las abreviaturas de una

letra (como GRFAK). Los términos dipéptido, tripéptido, oligopéptido y

polipéptido indican cadenas de dos, tres, varios (hasta unos 20) y muchos a

mayor parte de las cargas iónicas asociadas a una molécula de proteína se

deben a las cadenas laterales de los aminoácidos componentes. Ello significa

que la solubilidad y las propiedades iónicas de una proteína están

determinadas en gran parte por su composición de aminoácidos. Además, las

cadenas laterales de los residuos interaccionan y esas interacciones

contribuyen a determinar la forma tridimensional y la estabilidad de una

molécula de proteína.

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1 !"cnicas de puri#cación de lasproteínas$

1%

16 El primer paso en la purificación de una proteína es preparar una

solución de proteínas.


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17 La fuente de una proteína suele ser células enteras donde la

proteína deseada constituye menos del 0.1% del peso total

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19 El aislamiento de una proteína intracelular requiere suspender las

células en una solución amortiguadora y homogeneizarlas o romperlas en

fragmentos de célula. Bajo estas condiciones se disuelve la mayor parte de

las proteínas. (Entre las excepciones principales están las proteínas de

membrana, que requieren procedimientos especiales de purificación).

Supóngase que la proteína que se pretende purificar es una entre varias que

hay en la solución amortiguadora en estudio.

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1 Fraccionamiento: procedimiento que aprovecha las distintas solubilidades de las

proteínas en soluciones salinas. Con frecuencia se usa sulfato de amonio en esos

fraccionamientos. Se mezcla suficiente sulfato de amonio con la solución de proteínas para

precipitar a las impurezas menos solubles, que se eliminan por centrifugación. La proteína

objetivo, y otras más, con mayor solubilidad, permanecen en el líquido que se llama fracción

sobrenadante. A continuación se añade más sulfato de amonio a la fracción sobrenadante y

se precipita la proteína que se desea. La mezcla se centrifuga, se separa el líquido y el

precipitado se disuelve en un volumen mínimo de solución amortiguadora.

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2 Cromatografía en columna para fraccionar la mezcla de proteínas que resta

después de la precipitación con sulfato de amonio y la diálisis. Una columna cilíndrica se

llena con un material insoluble, como fibras de celulosa sustituida o esferillas de material

sintético. La mezcla de proteínas se agrega a la columna y se lava haciendo pasar por la

matriz de material insoluble un solvente. A medida que el solvente fluye por la columna, el

eluido (que es el líquido que sale por el fondo de la columna) se recolecta en muchas

fracciones

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33 Las técnicas cromatografías se clasifican de acuerdo con el

tipo de matriz.

1 2 .1. Cromatografía de intercambio iónico

34 La matriz tiene cargas positivas (resinas de intercambio de aniones)

o cargas negativas (resinas de intercambio de cationes) matrices de

intercambio aniónico se unen con proteínas con carga negativa y las retienen

para su posterior elución. Por el contrario, los materiales de intercambio

catiónico se enlazan con proteínas con carga positiva. Las proteínas

enlazadas se pueden eluir en serie si se aumenta la concentración salina del

solvente en forma gradual. A medida que aumenta la concentración de la sal,

llega a una concentración en la que sus iones superan a las proteínas en la

unión a la matriz. A esa concentración la proteína se libera y es recolectada

en el eluido. Las proteínas unidas individualmente se eluyen a distintas

concentraciones de sal, y este fraccionamiento determina que la

cromatografía de intercambio iónico constituya un método poderoso para

purificar proteínas.

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2 La Cromatografía por filtración

36 En gel separa a las proteínas con base en su tamaño molecular. El

gel es una matriz de esferillas porosas. Las proteínas que son menores que el

tamaño promedio del poro penetran en gran parte del volumen interno de

las perlas, y de ese modo se retardan por la matriz cuando la solución

amortiguadora fluye por la columna. Mientras menor sea la proteína, se

eluye con más retraso de la columna. Hay menos poros accesibles a las

moléculas mayores de proteína. En consecuencia, las proteínas más grandes

rodean a las perlas y se eluyen primero.

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3 La cromatografía de afinidad es el tipo de cromatografía en columna más

selectivo. Se basa en interacciones específicas de unión entre la proteína

deseada y alguna otra molécula enlazada en forma covalente a la matriz de la

columna. La molécula unida a la matriz puede ser una sustancia o ligando que


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se une a una proteína in vivo; un anticuerpo que reconozca a la proteína

deseada u otra proteína de la cual se conozca el modo de interacción con la

proteína deseada dentro de la célula. A medida que la mezcla de proteínas pasa

por la columna, sólo la proteína deseada se une en forma específica a la matriz.

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39 Aminoácidos

40 Se puede determinar la composición de aminoácidos de una proteína en forma cuantitativa hidrolizando los enlaces peptídicos y analizando el hidrolizado mediante cromatografía. a secuencia deuna cadena polipeptídica se determina con el procedimiento dedegradación de !dman" en el #ue se separan e identi$cansucesivamente los residuos %&terminales. as secuencias de

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despu's la degradación de !dman de los fragmentos #ue resulten.(na comparación de secuencias procedentes de distintas especiesrevela relaciones evolutivas.

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