Unidad VIII: Química de Aminoácidos, péptidos y proteínas. UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL “LISANDRO ALVARADO” DECANATO DE CIENCIAS DE LA SALUD PROGRAMA DE MEDICINA QUIMICA ORGANICA Unidad VIII: Química de Aminoácidos, péptidos y proteínas. Prof. Keila Torres

Objetivos de la clase Aminoácidos

PROTEÍNAS ESTRUCTURA CLASIFICACIÓN FUNCIONES Estructural Enzimática Hormonal Defensa Transporte Reserva Contráctil Aminoácidos Enlace peptídico Péptidos o proteínas Organización estructural unidos por formando tienen E. terciaria E. cuaternaria E. secundaria E. primaria Plegamiento espacial Proteínas oligoméricas Secuencia de aminoácidos  hélice Conformación  definida por es la sólo en 20 (según R) se distinguen Heteroproteínas Holoproteínas Fibrosas Globulares Colágeno Actina/Miosina Ej Nucleoproteínas Lipoproteínas Fosfoproteínas Glucoproteínas Cromoproteínas Caseína Cromatina HDL, LDL FSH, TSH... Proteoglucanos Hemoglobina Ej. Albúminas Globulinas

Generalidades de las proteínas La palabra proteína proviene del griego protos, que significa "lo primero o lo más importante". Las proteínas están formadas por: carbono, oxígeno, hidrógeno y nitrógeno fundamentalmente, aunque también podemos encontrar, en alguna de ellas, azufre, fósforo, hierro y cobre. Son esenciales para el crecimiento. Los lípidos y carbohidratos no las pueden sustituir, por no contener nitrógeno. Son considerados polímeros de aminoácidos

Funciones de las proteínas

Aminoácidos Son moléculas orgánicas con un grupo amino (-NH2) unido al carbono α y un grupo carboxilico (-COOH; ácido). Los aminoácidos más frecuentes y de mayor interés son aquellos que forman parte de las proteínas. Carbono α

Clasificación 1.- De acuerdo a la ubicación: * No encontrados en las proteínas * Encontrados en las proteínas : - Codificables - Modificados 2.- De acuerdo a las propiedades fisicoquímicas de la cadena lateral: * Cadenas No polares o hidrofóbicas * Cadenas polares o hidrofílicas : - Neutras - Acidas - Básicas 3.- De acuerdo a la naturaleza química de la cadena lateral: * Aminoácidos Alifáticos * Con cadenas laterales diferentes * Polares Neutros *Francamente Polares

Clasificación De acuerdo a su ubicación Encontrados en proteínas (aminoácidos polimerizados) No encontrados en proteínas (presentes en formas libres) Codificables Modificables

Modificables Son aminoácidos que una vez incorparados a las proteínas pueden sufrir modificaciones en su estructura debido a reacciones químicas catalizadas por enzimas Ejemplos: Lisina Hidroxilisina Prolina Hidroxiprolina

Codificables Son unidades monomericas que constituyen a las proteínas. Los AA proteicos codificables son 20 Serina (Ser) Treonina (Thr) Ácido Aspartico (Asp) Ácido Glutámico (Glu) Cisteína (Cys) Metionina (Met) Histidina (His) Lisina (Lys) Arginina (Arg) Glicina (Gly) Alanina (Ala) Valina (Val) Leucina (Leu) Isoleucina (Ile) Fenilalanina (Phe) Tirosina (Tyr) Triptófano (Trp) Prolina (Pro) Asparagina (Asn) Glutamina (Gln)

Nomenclatura de los α aminoácidos

Glicina ó Fenol Tiol

Imidazol Guanidino

Clasificación según los requerimientos nutricionales Esenciales: Son aquellos aminoácidos que NO pueden ser sintetizados por el organismo y por tanto deben ser aportados por la dieta. Entre ellos se encuentra la Fenilalanina, el Triptófano, leucina, Isoleucina, Lisina, Valina, metionina y Treonina. En niños se incluye la arginina y la histidina No Esenciales: Son sintetizados por el organismo y por tanto el organismo no depende de su aporte por la dieta.

Funciones de los aminoácidos 1. L – Alanina: Interviene en el metabolismo de la glucosa. 2. L - Arginina: Está implicada en la conservación del equilibrio de nitrógeno y de dióxido de carbono .Tiene una gran importancia en la producción de la Hormona del Crecimiento, directamente involucrada en el crecimiento de los tejidos y músculos y en el mantenimiento y reparación del sistema inmunológico. 3. L – Asparagina: Interviene específicamente en los procesos metabólicos del Sistema Nervioso Central (SNC). 4. y 5. Ácido L- Aspártico y L – Treonina: : Es muy importante para la desintoxicación del Hígado y su correcto funcionamiento, absorbe toxinas del torrente sanguíneo. 6. L - Cisteina: Junto con la L- cistina, la L- Cisteina está implicada en la desintoxicación, principalmente como antagonista de los radicales libres. También contribuye a mantener la salud de los cabellos por su elevado contenido de azufre. 7. L – Glutamina: Nutriente cerebral e interviene específicamente en la utilización de la glucosa por el cerebro.

Funciones de los aminoácidos 8. Ácido L – Glutámico: Tiene gran importancia en el funcionamiento del Sistema Nervioso Central y actúa como estimulante del sistema inmunológico. 9. L – Glicina : Es un componente de numerosos tejidos del organismo. 10. L – Histidina: En combinación con la hormona de crecimiento (HGH) y algunos aminoácidos asociados, contribuyen al crecimiento y reparación de los tejidos con un papel específicamente relacionado con el sistema cardio-vascular. 11. L – Serina: Interviene en la desintoxicación del organismo, crecimiento muscular, y metabolismo de grasas y ácidos grasos. 12. L - Tirosina: Es un neurotransmisor directo y puede ser muy eficaz en el tratamiento de la depresión, en combinación con otros aminoácidos necesarios. 13. L – Prolina: Está involucrada también en la producción de colágeno y tiene gran importancia en la reparación y mantenimiento del músculo y huesos. 14 y 15. L – Isoleucina y L-Leucina: Junto con la Hormona del Crecimiento intervienen en la formación y reparación del tejido muscular.

Funciones de los aminoácidos 16. L – Lisina: Es uno de los aminoácidos más importantes porque interviene en diversas funciones, incluyendo el crecimiento, reparación de tejidos, anticuerpos del sistema inmunológico y síntesis de hormonas. 17. L - Metionina: Colabora en la síntesis de proteínas y constituye el principal limitante en las proteínas de la dieta. El aminoácido limitante determina el porcentaje de alimento que va a utilizarse a nivel celular. 18. L – Fenilalanina: Interviene en la producción del Colágeno, fundamentalmente en la estructura de la piel y el tejido conectivo, y también en la formación de diversas neurohormonas. 19. L – Triptófano: Está implicado en el crecimiento y en la producción hormonal, especialmente en la función de las glándulas de secreción adrenal. Interviene en la síntesis de la serotonina, neurohormona involucrada en la relajación y el sueño. 20. L - Valina: Estimula el crecimiento y reparación de los tejidos, el mantenimiento de diversos sistemas y balance de nitrógeno.

Propiedades iónicas de los aminoácidos Ácido: Es una sustancia capaz de donar protones (H+) al medio donde se encuentra. Base: Sustancia capaz de aceptar protones del medio en el cual se encuentra. Las sustancias que pueden actuar como ácidos o bases se les da el nombre de anfolitos. Los aminoácidos son un ejemplo de estas sustancias

Fuerza de disociación de un ácido La fuerza de un ácido se mide por la mayor o menor eficiencia con la que un ácido cede protones al medio R COOH R COO- + H+ A mayor grado de disociación, mayor es el valor numérico de KA, mayor eficiencia de ceder electrones y en consecuencia más fuerte es el ácido

pKa La KA en muchos casos es muy pequeña, así que se convierte la KA a la forma logarítmica p KA = -log KA La relación existente entre los valores de pKA y la fuerza de los ácidos es inversa, es decir, mientras más fuerte es un ácido, menor es su valor de pKA.

Grado de acidez de una solución acuosa pH El grado de acidez de una solución acuosa de cualquier sustancia depende de la concentración de protones existentes en la solución pH = -lg [H+] El pH típicamente va de 0 a 14 en disolución acuosa, siendo ácidas las disoluciones con pH menores a 7, y alcalinas las que tienen pH mayores a 7.

Ecuación de Henderson y Hasellbach Relación entre pH y pKA Ecuación de Henderson y Hasellbach pH ˂ pKA, predomina la forma ácida, será en un 100% si existen 2 unidades de diferencia entre el pH y el PKA pH = pKA 50% forma ácida 50% forma básica pH ˃ pKA predomina la forma básica, será en un 100% si existen 2 unidades de diferencia entre el pH y el PKA

Carga eléctrica = +1 0 -1 En el interior celular los aminoácidos predominan en forma de ion dipolar o zwitterion (del alemán ion híbrido). En la forma dipolar el grupo carboxilo se encuentra disociado (-COO-) y el grupo amino protonado (-+NH3), pero la carga de la molécula es neutra. Un zwitterion puede actuar como un ácido o como una base cediendo o aceptando protones.

+1 0 -1 Forma: Ácida Anfoterica Básica Catión Zwitterion Anión +1 0 -1 Partiendo de la forma más protonada de la Glicina varía desde +1 hasta -1, pasando por todos los valores intermedios. El punto isoeléctrico es el valor de pH en el que la carga neta del aminoácido es cero. Se calcula matemáticamente como la semisuma de los pKas entre los que está comprendido el ión híbrido o zwiterión (foma del aminoácido con carga neta cero). pI = (pKa1 + pKa2) / 2 pI = (2,34 + 9,60)/2 = 5,97 Los aminoácidos presentan capacidad amortiguadora cuando el pH presenta valores iguales o similares al pKa de los grupos ionizables. Cap Buffer pH = pKa ± 1 -OH equivalentes

Comportamiento ácido-base de los grupos carboxilos y amino. R-COOH R-COO- + H+ V1 V2 Donde V1=V2 Conociendo el pKa=2,5 para el α-carboxilo. Calcular la cantidad de formas ácidas o básicas a pH=1,5 pH=2,8 pH=4,5 * Calcular la proporción de moléculas en forma ácida y básica * Decir el porcentaje de estas formas.

Comportamiento ácido-base de los grupos carboxilos y amino. pH = pKa + log [ COO- ] [ COOH ] 1,5 = 2,5 + log[ COO- ] 1,5 – 2,5 = log[ COO- ] -1 = log[ COO- ] Antilog -1 = [ COO- ] 0,1 = [ COO- ] = 0,1 * 10 = 1 [ COOH ] 10 10 11 es el total de moléculas = 100% 11 100% 10 X X= 10 x 100 = 90,9% de formas 11 ácidas 100 - 90,9 = 9,1% de formas básicas Por cada molécula de base hay 10 en forma ácida.

Comportamiento ácido-base de los grupos carboxilos y amino. R-NH3+ R-NH2 + H+ V1 V2 Donde V1=V2 Conociendo el pKa=9,6 para el α-amino. Calcular la cantidad de formas ácidas o básicas a pH=4,5 pH=9,5 pH=11,5 * Calcular la proporción de moléculas en forma ácida y básica. * Decir el porcentaje de estas formas. * Escribir la estructura iónica de la Glicina y decir que carga presenta el aminoácido a pH=4,5.

+2 +1 0 -1 Curva de titulación de la histidina +2 +1 0 -1 Curva de titulación de la histidina En el caso de la histidina, tenemos tres grupos ionizables y tres pKas distintos. Partimos de la forma más protonada y vamos titulando dicho aminoácido. La carga neta irá desde +2 hasta -1, con todos los valores intermedios. pI = (pKAR + pKA2) / 2 pI = (6,0 + 9,17)/2 = 7,6

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