AMINOÁCIDOS Constituyen el alfabeto de expresión de la información codificada en el genoma de un sistema biológico. Determinan propiedades fisicoquímicas y funcionales de importancia en las proteínas. Existen más de 150 aminoácidos entre los cuales 20 son los más frecuentes en los péptidos biológicos.

Características. Se pueden considerar como una amina carbóxilada. Formados por un grupo COOH libre y un grupo amino libre e insustituible en el átomo de carbono alfa. Difieren entre sí en la estructura de sus cadenas laterales (R).

Clasificación. Su clasificación depende de la naturaleza de sus cadenas laterales (R). 1:- Grupos R no polares o hidrofóbicos. 2:- Grupos R polares sin carga. 3:- Grupos R con carga positiva. 4:- Grupos R con carga negativa.

Aminoácidos con R apolares. Esta familia contiene 5 aminoácidos con grupos R, que son hidrocarburos alifáticos (alanina, leucina, isoleucina, valina y prolina) y dos con anillos aromáticos (fenilalanina y triptófano) y uno que contiene azufre (metionina). Son poco solubles en agua. El más apolar es la alanina.

Aminoácidos con R polares sin carga. Son más soluble en agua. Sus grupos R contienen grupos funcionales polares neutros que pueden establecer enlaces de H con el agua. La polaridad de la serina, treonina y tirosina, se deben a sus grupos OH. La polaridad de la asparagina y glutamina a sus grupos amídicos y de la cisteina al grupo tiol ( -SH).

Aminoácidos con R con carga positiva. Llamados aminoácidos básicos. Sus grupos R presentan carga + a pH 7,0. Todos contienen 6 átomos de carbono. Forman parte la lisina, arginina y la histidina. Aminoácidos con R con carga negativa. Los miembros de este grupo son el ácido aspártico y glutámico. Cada uno presenta un segundo grupo COOH ionizado negativamente a pH 7,0.

Aminoácidos poco frecuentes. Todos son derivados de los aminoácidos corrientes. Encontramos a la 4-hidroxiprólina e hidroxilisina presentes en el colágeno. La desmosina e isodesmosina presentes en la proteína fibrosa elastina.

Aminoácidos no proteicos. Grupo formado por 150 aminoácidos. Se presentan en diferentes células y tejidos en forma libre o combinada, pero nunca en las proteínas. Actúan como precursores en el metabolismo. Ej: ß-alanina, precursor de la vitamina ácido pantoténico, la homocisteina y homoserina, intermediarios en el metabolismo de los aminoácidos. La citrulina, ornitina, ácido - gama -aminobutírico, D-alanina, D-serina. En hongos y plantas superiores abundan la canavanina, ácido dyencólico y la ß-cianolanina.

Propiedades ácido-base de los aminoácidos. Es utilizada para la comprensión y el análisis de las propiedades de las proteínas en las técnicas de separación, identificación y valoración cuantitativa de los diferentes aminoácidos.

Generalidades. 1:- El grupo alfa COOH de los ácidos monoamino -monocarboxílicos es un ácido más fuerte que el grupo COOH de los ácidos alifáticos comparables. Ej: ácido acético. 2:- El grupo alfa amino de los ácidos monoamino - monocarboxílicos es un ácido más fuerte (base débil), que el grupo amino de las aminas alifáticas comparables. 3:- Todos los aminoácidos con grupo R sin carga presentan semejantes valores de pK´1 y pK´2. 4:- Ninguno de los aminoácidos monoamino - monocarboxílicos presentan tamponamiento en la zona de pH fisiológico (pH 6,0 - 8,0).

Estereoquímica de los aminoácidos. Todos los aminoácidos excepto la glicina, presentan actividad óptica, que varia con e l pH. La rotación de un aminoácido monoamino - monocarboxílico alcanza su máximo poder levorrotatorio, cuando se halla en su forma isoleléctrica. La rotación específica de un aminoácido dependerá de la naturaleza de su grupo R.

Características. 1:- El grupo amino del átomo de carbono asimétrico de un aminoácido es comparable al grupo OH del gliceraldehido. 2:- El grupo COOH del aminoácido puede compararse con el grupo CHO del gliceraldehido. 3:- El grupo R del aminoácido puede compararse con el CH2OH del gliceraldehido.

Características. 4:- Los estereoisómeros de todos los aminoácidos se relacionan estereoquímicamente con el L-gliceraldehido. Se designan como L - aminoácidos, independiente de la dirección de la luz polarizada que muestran los isómeros. 5:- La mayor parte de los aminoácidos encontrados en la naturaleza pertenecen a la serie estereoquímica L. 6:- Los aminoácidos que presentan 2 átomos de carbono asimétricos (treonina, isoleucina) muestran cuatro estereoisómeros, dos de los cuales se asignan como diasteroisómeros o formas alo.

Espectros de absorción. Ninguno de los 20 aminoácidos presentes en las proteínas absorbe luz en el espectro visible, sin embargo la treonina, triptofano y fenilalanina absorben en el espectro de luz ultravioleta.

Estructura de los péptidos. Están formados por dos o más restos de aminoácidos y se asignan como dipéptido, tripéptido, etc. Considerados como productos de la hidrólisis parcial de cadenas polipeptídicas de proteínas.

Enlace peptídico. Enlace covalente que estabiliza las estructuras de las proteínas. El enlace C - N del enlace peptídico posee un 40%de carácter de enlace doble y enlace C=O, presenta un 40% de carácter simple. Este enlace muestra un elevado grado de estabilización por resonancia. El grupo imido (-NH-) del enlace peptídico no se ioniza en el intervalo de pH entre 0 a 14. El enlace C-N del enlace peptídico es relativamente rígido y no puede girar libremente.

Péptidos de origen no proteíco. Estos péptidos difieren en estructura de los derivados de las proteínas. Entre éstos se encuentra el glutatión, donde enlace peptídico se produce con el grupo gama COOH del ácido glutámico. La carnosina, dipéptido muscular que contiene ß - aminoácidos. El antibiótico tirocidina, que contiene D- aminoácidos. Otros péptidos no proteícos lo constituyen algunos con función hormonal.Ej: la oxitocina, vasopresina, bradiquinina, gramicidina y valinomicina.

Propiedades Ac.-bases de los péptidos. Presentan puntos de fusión elevados, al igual que los aminoácidos y cristalizan como iones bipolares. Su comportamiento ácido - base está determinado por el alfa amino libre del resto N-terminal, por el grupo alfa COOH del resto C-terminal y por los grupos R.

Propiedades ópticas de los péptidos. En los péptidos cortos, la actividad óptica total observada es unas función aditiva aproximada de las actividades ópticas de los restos de aminoácidos componentes.

Configuración y conformación de las proteínas Entiendase por configuración a la ordenación en el espacio de los grupos sustituyentes en los estereoísomeros con ruptura de uno o más enlaces covalentes. El termino conformación se refiere a la ordenación espacial de los grupos sustituyentes libres, de adoptar diferentes posiciones sin producir ruptura de los enlaces covalentes. Las proteínas se pueden clasificar en fibrilares y en globulares.

Proteínas fibrilares. Son abundantes en la naturaleza, son más simples que las proteínas globulares. Sus cadenas polipeptídicas se ordenan a lo largo en una sola dimensión. Ej: queratinas y el colágeno.

Queratinas. Proteínas insolubles en agua. Se encuentran en la piel, el pelo, la lana, las escamas, las plumas, etc. Existen dos clases de queratinas: las alfa y beta queratinas. Las alfa queratinas son ricas en restos de cistina (22%), son muy resistentes, Ej: las que se encuentran en los cuernos y uñas. Las beta queratinas, no contienen cistina, pero abunda la glicina, alanina y serina. Se encuentran en las fibras hiladas por las arañas y los gusanos de seda

Hélice alfa. Representa la estructura secundaria de las alfa queratinas. Formada por 3.6 restos de aminoácidos por vuelta. Los grupos R con carga de los aminoácidos se proyectan hacia el exterior de la hélice. Este tipo de hélice permite la formación de enlaces de hidrógenos intracatenarios entre vueltas consecutivas. Estas estructuras pueden formarse con L y D aminoácidos, pero nunca con una mezcla de ambos. Sin embargo, las formas L son las más estables y dextrorrotatorias. Se caracterizan por ser ricas en cistina, por lo que establecen enlaces transversales y estabilizan la estructura. Existen aminoácidos que fortalecen su formación, otros que la desestabilizan y la rompen.

Beta queratinas. Las cadenas polipeptídicas se disponen en haces paralelos dispuestas en lámina plegada, que se unen transversalmente por enlaces de H intracatenarios. Los grupos R se hallan por encima o por debajo de los planos zig - zag de la lámina plegada. Sus aminoácidos están constituidos por R pequeños (glicina, alanina). Las cadenas polipeptídicas adyacentes son antiparalelas y no presentan enlaces S-S transversales.

Colágeno. Proteína fibrosa de los animales, presentes en el tejido conectivo. Contiene alrededor de un 25% de glicina, 11% de alanina, 12% de prolina y 9% de hidroxiprolina. La estructura secundaria es de una triple hélice de cadenas polipeptídicas, cada una de las cuales es una hélice de tres restos arrollada hacia la izquierda, las que se unen por enlaces de H. El colágeno se constituye por subunidades llamadas tropocolageno, de triple hebra, que se unen transversalmente por restos de deshidrolisin -nonorleucina. Estas subunidades se disponen cabeza con cola en haces paralelos.

Otras proteínas ß-queratinas. 1:- Elastina. Proteína del tejido conjuntivo elástico de los ligamentos. Sus cadenas polipeptídicas se hallan unidas covalentemente, a través de restos de desmosina y de isodesmosina. 2:- La esclerotina. Proteína estructural del exoesqueleto de los insectos. 3:- Resilina. Proteína que se encuentra en las articulaciones de alas de algunos insectos. Son muy elásticas.

Proteínas globulares. Estructura terciaria. Proteínas complejas, donde las cadenas polipeptídicas se pliegan en estructuras tridimensionales compactas. Ej: mioglobina, hemoglobina, lisozima, ribonucleasa, quimotripsina, carboxipéptidasa A, citocromo C, lactodeshidrógenasa y la subtilisina.

Características estructurales. 1:- Presentan un plegamiento compacto, con con poco espacio para algunas moléculas de agua. 2:- Los grupos R polares se ubican en la superficie externa. 3:-Los grupos R hidrofóbicos se ubican en el interior de la molécula. 4:- La mayor parte de las proteínas globulares presentan estructuras de hélice alfa, conformación beta.

Mioglobina. Proteína globular formada por 153 restos de aminoácidos. Contiene un grupo hemo ferroporfirínico idéntico al de la hemoglobina, capaz de experimentar oxigenación y desoxigenación reversible, además de aumentar la velocidad de difusión del oxígeno a través de las células. Se presenta en el músculo esquelético y en mamíferos buceadores: ballena, foca, morsa.

Lisozima. Proteína de clara de huevo. Hidróliza enlaces glucosídicos de polisacáridos complejos presentes en las paredes bacterianas. Constituida por 120 restos de aminoácidos en una sola cadena polipeptídica estabilizada con cuatro enlaces cruzados intracadena de cistina. Esta proteína se constituye sólo por un 25% de aminoácidos que favorecen la estructura de hélice alfa.

Citocromo c. Ribonucleasa. Es una hemoproteína con 4 segmentos en hélice alfa y estructuras de cadena extendida, que forman una hendidura central. Ribonucleasa. Se caracteriza por presentar una hendidura superficial, que representa el centro activo de la enzima. Constituida por pocas formas de hélice alfa y con gran cantidad de estructuras beta.

Estabilización de las estructuras terciarias. 1:- Los enlaces de H entre grupos peptídicos, como sucede en la hélice alfa o en el plegamiento ß. 2:- Los puentes de hidrógeno entre grupos R. 3:- Las interacciones hidrofóbicas entre grupos no polares. 4:- Los enlaces iónicos entre grupos cargados positivamente y negativamente.

Desnaturalización de las proteínas globulares. Las proteínas globulares nativas experimentan desnaturalización frente a la acción de elevadas temperaturas, tratamiento con ácidos o bases, elevadas concentraciones de urea o cloruro de guanidinio. Generando conformaciones desplegadas y al azar de sus cadenas polipeptídicas. Este cambio produce perdida de su actividad biológica. Sin embargo, pueden recuperar su actividad biológica.

Estructura cuaternaria. Estructura predominante de las proteínas oligoméricas, es decir, las que están constituidas por dos o más cadenas polipeptídicas separadas (subunidades) Ej: La hemoglobina.

Hemoglobina. Proteína oligomérica constituida por 4 cadenas polipeptídicas. Dos cadenas alfa (141 restos) y dos cadenas beta (146 aminoácidos). A cada cadena se une un resto hemo por enlace no covalente.

Características. 1:- Las cadenas alfa y beta son muy semejantes y presentan un 70% de carácter helicoidal. 2:- Su función es unir el oxígeno molecular de modo reversible en los glóbulos rojos, almacenarlo y transportarlos a los tejidos. 3:- Presenta una cavidad central formada por grupos R polares. 4:- En la mayor parte de las hemoglobinas existe una histidina cuyo grupo R se coordina con el átomo de hierro del grupo hemo.