Tutorial de aminoácidos y proteínas - agus luci

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Aminoácidos y Proteínas
Dr. Mario E. Morosano
Profesor Asociado 
Cátedra de Química Biológica
Facultad de Ciencias Médicas
UNR
Aminoácidos y Proteínas
Contenidos
 Proteínas: Definición
 Aminoácidos: Estructura General-Grupos funcionales en el 
Carbono α (Alfa)
 Concepto de Isomería Óptica-Formas L y D- Aplicación a los 
aminoácidos
 Características de la cadena lateral-Reconocimiento y 
clasificación de los aminoácidos por su cadena lateral
 Propiedades ácido-básicas de aminoácidos, péptidos y 
proteínas. Influencia del pH sobre las cargas
Aminoácidos y Proteínas
Contenidos (continuación)
 Concepto de punto isoeléctrico
 Unión Peptídica-Concepto de Hidrólisis
 Niveles de organización estrucutral de las Proteínas: 
Estructuras Primaria, Secundaria, Terciaria y Cuaternaria
 Funciones Biológicas de las Proteínas 
Relación Estructura Función
 Concepto de Desnaturalización - Agentes que la producen
Cómo usar este Tutorial
 Si Ud. desea recorrer los conocimientos fundamentales del tema 
se aconseja que preste atención a las pantallas con fondo azul.
No se detenga en aquéllas que tienen fondo celeste.
 Si además desea transitar por contenidos complementarios,
adicionales o de menor importancia considere también las 
pantallas con fondo celeste. 
 Es aconsejable hacer primero un recorrido corto por el núcleo 
fundamental de contenidos (Pantallas de fondo azul) y luego 
una segunda mirada que incluya los contenidos 
complementarios (Pantallas de fondo celeste).
Proteínas - Definición
 Las Proteínas son Bio-polímeros constituidos 
por unidades monoméricas básicas 
denominadas Aminoácidos.
 Son macromoléculas, compuestos de elevado 
peso molecular.
 Son polímeros de 20 aminoácidos que se 
encuentran en el organismo.
Proteínas y Péptidos: Funciones
Catálisis Enzimática
Transporte y 
Almacenamiento
Soporte Mecánico-
Funciones Estructurales
Protección Inmunitaria
Coagulación
Control de Crecimiento y 
Diferenciación
Funciones Hormonales 
(proteínas reguladoras)
Receptores y Canales de 
Membrana
Contractilidad y Motilidad
Aminoácidos - Estructura General 
 Los Aminoácidos tienen una 
estructura general común.
 Consiste en un átomo de 
Carbono α (Alfa) al que están 
unidos:
 Un ácido carboxílico.
 Un grupo amino
 Un átomo de hidrógeno 
 Una cadena lateral R
C
Acido 
Carboxílico
Átomo de 
Hidrógeno
Grupo 
Amino
Carbono α
(Alfa)
Cadena Lateral
R COOH
H
NH2
Aminoácidos - Estructura General
 La cadena lateral R es 
diferente para cada uno 
de los 20 aminoácidos.
 El átomo de Carbono se 
encuentra en el centro 
de un tetrahedro con los 
cuatro sustituyentes en 
los cuatro vértices.
C α
NH3
COOH
H
R
El Carbono α es Asimétrico
C α
NH3
COOH
H
R
 Está unido por cada una de 
sus cuatro valencias a átomos 
o grupos de átomos diferentes
 Se cumple para todos los 
aminoácidos excepto para la 
glicina cuya cadena lateral es 
sólo un átomo de Hidrógeno
 Le confiere a la molécula 
actividad óptica (capacidad 
para girar el plano de la luz 
polarizada)
L y D Aminoácidos
C
C O
H
HO H
C
H
H OH
C
C O
H
OHH
C
H
H OH
L-Gliceraldehido D-Gliceraldehido
CH2N H
C O
OH
C HH
H
C NH2H
C O
OH
C HH
H
L-Alanina D-Alanina
 Las configuraciones absolutas de los sustituyentes en torno al Carbono α
(marcado con el círculo celeste) comparadas con las del Carbono asimétrico 
de la molécula de Gliceraldehido (marcado con el círculo rojo) determinan la 
pertenencia a la familia L ó D.
 Si el grupo amino se encuentra a la izquierda (como el oxhidrilo del Carbono 
asimétrico del L-Gliceraldehido), el aminoácido pertenece a la familia L. Si 
está a la derecha, corresponde a la familia D.
L y D Aminoácidos
 Los aminoácidos encontrados en las proteínas del 
organismo son L - α Aminoácidos.
 La capacidad de hacer girar el plano de la luz 
polarizada hacia la derecha (dextro-rotatorio) ó a la 
izquierda (levo-rotatorio), es independiente de la 
pertenencia a las series D o L.
 En el caso de los Dextrorrotatorios se anotan con el 
signo + . Los Levorrotatorios se anotan con el signo -
Aminoácidos 
Clasificación según la estructura de la cadena lateral
Aminoácidos de cadena lateral alifática no polar
Glicina
Alanina
Valina
Leucina
Isoleucina
Cadena Lateral 
Ramificada
Metilo
Átomo de 
Hidrógeno
Aminoácidos - Clasificación
Aminoácidos con anillos aromáticos
Fenilalanina
Tirosina
TriptofanoGrupo Indólico
Grupo 
bencénico
Grupo Fenol
Aminoácidos - Clasificación
Aminoácidos con grupos R azufrados
Cisteína
Metionina
Grupo Tiol
Metilo
Aminoácidos - Clasificación
Acido Glutámico
Asparagina
Acido Aspártico
Glutamina
Grupo Amida
Ácido Carboxílico
Aminoácidos Ácidos y sus Amidas
Aminoácidos - Clasificación
Aminoácidos Básicos
Arginina
Lisina
Histidina
Grupo Amino en 
Carbono ε (Epsilon)
Grupo Guanidino
Grupo Imidazol
Aminoácidos - Clasificación
Aminoácidos de cadena lateral alifática con grupos hidroxilos
Serina
Treonina
Alcohol Primario
Alcohol Secundario
Imino - ácido Prolina
Aminoácidos 
Clasificación según su polaridad
 Apolares: Valina, Leucina, Isoleucina, Alanina, Cisteína, 
Metionina, Fenilalanina , Prolina y Triptofano.
 De polaridad intermedia: Glicina, Tirosina, Treonina, Serina.
 Polares: Lisina, Arginina, Histidina, Glutamato, Aspartato, 
Glutamina, Asparagina.
Aminoácidos Esenciales
 Esenciales: Valina – Leucina – Isoleucina – Lisina 
Fenilalanina – Triptofano– Treonina – Metionina
 Relativamente Esenciales: Arginina – Histidina
Reciben esa denominación los aminoácidos que no pueden 
ser sintetizados por el organismo humano y por lo tanto 
deben ser necesariamente suministrados por la dieta.
Aminoácidos Derivados 
 Cistina
 Hidroxiprolina
 Hidroxilisina
 Desmosina
 Isodesmosina
 Ácido Gama Carboxi – Glutámico
Propiedades Ácido-Base
Los Aminoácidos tienen por lo menos dos grupos
ionizables en su estructura (son los grupos funcionales
de su estructura general común).
C+H3N H
C O
O-
C H3
L-Alanina
C O
O-
RC O
OH
R
NH3
+R
+ H+
NH2 + H
+R
Propiedades Ácido-Base
 El ácido carboxílico (en amarillo) y el ion amonio (en verde) son 
los miembros protonados de esos equilibrios
 El grupo amino y el ion carboxilato son las bases conjugadas o 
aceptores de protones
C+H3N H
C O
OH
C H3
L-Alanina
C O
O-
RC O
OH
R
NH3
+R
+ H+
NH2 + H
+R
Ácido Carboxílico
Ion Amonio
Ion Carboxilato
Grupo Amino
 A pH fisiológico los grupos carboxílicos existen casi 
completamente como su base conjugada el ion 
carboxilato (en blanco)
 Al mismo pH, los grupos amino se encuentran como 
grupos protonados amonio (en verde)
Propiedades Ácido-Base
C+H3N H
C O
O-
C H3
L-Alanina
C O
O-
RC O
OH
R
NH3
+R
+ H+
NH2 + H
+R
Ácido Carboxílico Ion Carboxilato
Ion Amonio Grupo Amino
Propiedades Ácido-Base
 Los aminoácidos se encuentran ionizados en soluciones acuosas como se 
puede observar en la estructura de la L-Alanina en el panel superior izquierdo.
 Como al pH biológico contienen cargas positivas y negativas sobre la misma 
molécula, se dice que son iones dipolares, anfolitos o anfóteros (zwitterion). 
 Pueden comportarse como ácidos o como bases.
C+H3N H
C O
O-
C H3
L-Alanina
C O
O-
RC O
OH
R
NH3
+R
+ H+
NH2 + H
+R
Propiedades Ácido-Base
 En soluciones ácidas fuertes (la flecha roja hacia la izquierda del gráfico), el ion 
dipolar (en este caso la Alanina), capta un protón en su grupo carboxilato (en 
amarillo). Se comporta como base y el aminoácido adquiere carga positiva. 
 En soluciones alcalinas fuertes (hacia la derecha del gráfico) el protón del ion amonio 
(en verde) es cedido al medio. Se comporta como ácido y el aminoácido se carga 
negativamente.
 La carga neta de un aminoácido depende del pH del medio en el que se encuentra 
disuelto.C+H3N H
C O
O-
C H3
L-Alanina
C+H3N H
C O
OH
C H3
CH2N H
C O
O-
C H3
[H+] [H
+]
Propiedades Ácido-Base
 Existe un valor de pH en el cual la disociación de cargas positivas 
y negativas se iguala y por lo tanto la carga neta es 0. 
 Este valor de pH es el denominado Punto Isoeléctrico.
C+H3N H
C O
O-
C H3
Carga +
C+H3N H
C O
OH
C H3
CH2N H
C O
O-
C H3
[H+] [H
+]
Carga -Carga 0
Propiedades Ácido-Básicas
En el panel derecho se observan los 
cambios en la estructura de la 
Alanina a medida que se alcaliniza el 
medio (curva de titulación).
A medida que el pH de la solución va 
cambiando, se modifica la carga neta 
del aminoácido.
Se pueden apreciar los pK del grupo 
carboxilo pK1 y el del grupo amino 
pK2.
Se observa además en la curva el 
punto isoeléctrico pI con la 
correspondiente estructura con 
carga neta igual a cero. 
Curva de Titulación de la Alanina
Equivalentes de OH-
Unión Peptídica
 En los péptidos y proteínas los bloques constituyentes, los aminoácidos, están 
unidos por medio de enlaces covalentes que se establecen entre el grupo 
carboxilo de uno con el grupo amino de otro.
 En el proceso de unión se pierde una molécula de agua y el enlace resultante 
es de tipo amida.
 Al conformar las moléculas peptídicas los aminoácidos se convierten en 
residuos de aminoácidos.
CH2N H
C O
OH
C H3
L-Alanina
CN H
C O
OH
C H3
L-Alanina
H
H
CH2N H
C O
C H3
CN H
C O
OH
C H3
H
+
H2O
Enlace Peptídico
Estructura del Enlace Peptídico
El enlace peptídico tiene algunas propiedades muy 
importantes para la estructura de las proteínas
 Es más rígido y corto que un enlace C-N simple.
 Posee carácter parcial de doble enlace: no se permite giro 
alrededor del enlace -C-N-. No hay libertad de rotación en 
los enlaces que unen al carbono carbonílico y el nitrógeno.
 Los átomos que participan (O, C, N, H) son co-planares. La 
rigidez generada por el enlace peptídico impone ciertas 
condiciones a las estructuras superiores de las proteínas.
 El grupo de átomos alrededor del enlace peptídico puede 
adoptar dos configuraciones posibles: trans y cis.
Estructura del Enlace Peptídico
Átomo de Oxígeno
Átomo de Nitrógeno
Átomo de Carbono α
R
R
Carbono Carbonílico
Cadena Lateral
Átomos Coplanares 
del enlace peptídico
Enlaces de libre rotación
Unión Peptídica
 Si se unen dos aminoácidos se forma un dipéptido con una sola unión peptídica
 Los péptidos y las proteínas tienen una dirección. El primer residuo es el que 
corresponde al extremo amino-terminal; el último es el que posee el carboxilo 
terminal.
CH2N H
C O
OH
C H3
L-Alanina
CN H
C O
OH
C H3
L-Alanina
H
H
CH2N H
C O
C H3
CN H
C O
OH
C H3
H
+
H2O
Dipéptido Alanil-Alanina
Péptidos
 Los aminoácidos presentes en los péptidos se llaman residuos de
aminoácidos. Se nombran reemplazando los sufijos - ato, - ina de los
aminoácidos libres por – ilo ó il- (glutamilo – leucilo – alanilo).
 Por ejemplo el tripéptido formado por Alanina, Cisteina y Glicina se
nombra: Alanil-Cisteinil-Glicina. La terminación ina de la Glicina denota
que el carboxilo alfa de ella no participa en la formación de un enlace
peptídico.
 Como los péptidos tienen dirección, en el ejemplo anterior el residuo
Alanilo es el que corresponde al extremo amino terminal (el comienzo
del péptido).
 La Glicina posee el carboxilo terminal, es decir que constituye el final de
la molécula.
Péptidos
 En caso de ser tres los aminoácidos constituyentes, se forma un tripéptido, 
con dos enlaces peptídicos.
 Una molécula con varios aminoácidos es un polipéptido (entre 10 y 50).
 El límite entre polipéptidos y proteínas se estableció en un peso molecular de 
6000 Dalton (correspondiente a la Insulina que tiene unos 50 aminoácidos).
Cys Tyr Phe Glu Asp Cys
S S
Pro Arg Gli
H2N
COO-
1 2 3 4 5 6 7 8 9
• Este Nonapéptido posee Cisteína en su comienzo (amino-terminal), y Glicina 
en su extremo final, carboxilo-terminal.
• Posee además un puente disulfuro entre las Cisteínas en posición 1 y 6.
Hidrólisis
 La ruptura de los enlaces covalentes peptídicos por medio de moléculas de 
agua se denomina Hidrólisis
 Se puede efectuar calentando a 110° en un fuerte medio ácido o básico o por 
medio de enzimas
 En la hidrólisis se reconstituyen los grupos amino y carboxilo a partir de los 
cuales se forman los enlaces peptídicos
Cys Tyr Phe Glu Asp Cys
S S
Pro Arg
Gli
H2N
COO-
H2O
H2OH2O H2O
H2O
COO-
COO-H2N
H2N
Péptidos y Proteínas
Propiedades Ácido-Base
 Las propiedades ácido-básicas de los péptidos y las proteínas 
dependen fundamentalmente de los grupos ionizables de las 
cadenas laterales de los residuos de aminoácidos que las 
componen y en forma mínima de los grupos carboxilo y amino 
terminales.
 Del mismo modo como ocurre con los aminoácidos en forma 
individual, el pH influye sobre la carga neta de los péptidos.
 A un pH superior al PI de una proteína, ésta estará cargada 
negativamente. A un pH inferior al PI tendrá carga positiva.
Propiedades Ácido-Base
 La fuerza ácida relativa de los grupos ionizables (su tendencia a 
disociar un protón) se puede expresar en términos del 
logaritmo negativo de su constante de disociación o pK.
 El pK para los grupos α amino de los aminoácidos se encuentra 
entre 9 y 11. El pK de los grupos carboxilo se halla entre 2 y 3. 
 Para los aminoácidos que tienen un solo grupo carboxilo y 
amino (por ejemplo la Alanina), el punto isoeléctico se calcula 
sumando los dos pK de los grupos ionizables y dividiendo por 
dos.
 Para los aminoácidos que poseen un grupo ionizable en su 
cadena lateral, el procedimiento de cálculo es más complejo. 
Se deben sumar los pK de los grupos que se encuentran a un 
lado y otro de la especie iso-iónica y luego se divide por dos.
Proteínas Conjugadas: Ejemplos
Clase Grupo Prostético Ejemplos
Lipoproteínas Lípidos Lipoproteínas séricas
Glucoproteínas Carbohidratos Inmunoglobulinas
Fosfoproteínas Grupos Fosfato Caseína (leche)
Flavoproteínas Flavin Nucleótidos Enzimas
Hemoproteínas Hierro (Hem) Hemoglobina
Metaloproteínas Metales 
(Fe-Zn-Cu-Ca)
Ferritina-Enzimas-
Calmodulina
Proteínas Niveles de Jerarquía Estructural
 Estructura Primaria: número, calidad y secuencia de aminoácidos en una 
cadena polieptídica
 Estructura Secundaria: plegamiento de segmentos cortos contiguos 
(hasta 30 residuos) en unidades ordenadas
 Estructura Super-secundaria (Motifs): Combinación de estructuras 
secundarias
 Estructura Terciaria: disposición espacial de toda la estructura 
polipeptídica
 Dominios
 Estructura Cuaternaria: Conformación en el espacio de una proteína 
formada por más de una cadena polipeptídica
Para comprender la organización y estructura de las proteínas ésta se ha dividido 
en cuatro niveles de jerarquía estructural. 
Asimismo se pueden describir un par de sub-categorías.
Estructura Primaria
 La estructura primaria de péptidos y proteínas se refiere al 
número, al tipo y al orden de los residuos de aminoácidos 
presentes.
 Es el orden lineal o secuencia de los residuos de aminoácidos 
comenzando por el extremo amino terminal y concluyendo 
por el extremo carboxilo terminal.
 Consiste en la estructura covalente de los residuos y la 
localización de puentes disulfuro (cistinas).
 El tipo de enlace característico es el enlace covalente.
La secuencia de aminoácidos condiciona la estructura tridimensional de la proteína.
Estructura Secundaria
 Consiste en las relaciones espaciales entre residuos cercanos
entre sí en la estructura primaria que dan origen a ciertas 
regularidades locales en su conformación
 Es el ordenamiento espacial de los residuos próximos entre sí en 
la secuencia lineal que produce conformaciones regulares 
extendidas o arrolladas de segmentos de la cadena peptídica
 Estas estructuras son mantenidas por puentes de hidrógeno que 
constituyen la forma de enlace característica de este nivel 
estructural Existen dos conformaciones estructurales regulares más 
estables termodinámicamente, que se hallan con mayor 
frecuencia en las proteínas: la Hélice α (Alfa) y la Lámina β (Beta)
Hélice Alfa
 Es una Estructura Secundaria común 
encontrada en proteínas globulares
 Su formación es espontánea
 Se estabiliza por puentes de hidrógeno 
dentro de la misma cadena peptídica
 Estos se forman entre los Nitrógenos 
amídicos y los carbonilos que se 
encuentran a 4 residuos de distancia
 Los grupos R (cadenas laterales) se 
proyectan hacia el exterior en forma 
perpendicular al eje de la hélice
Eje Central de la Hélice
Dirección 
del giro
Puentes de 
Hidrógeno3,6 residuos
Hélice Alfa
 Las cadenas laterales (grupos R) se
proyectan hacia afuera de la hélice
 Las proteínas del organismo
(sólo contienen L-α aminoacilos)
desarrollan hélices α dextrógiras,
mucho más estables
 Las hélices α se representan como
cilindros como puede verse en la
figura contigua
Eje Central de la Hélice
Puentes de 
Hidrógeno
R
R
R
R
R
R
Puentes de Hidrógeno
Átomo de Oxígeno
Átomo de Nitrógeno
Átomo de Carbono α
Lámina Beta (Antiparalela)
 Conformadas por cadenas de residuos de 
aminoácidos extendidas, una adyacente a la 
otra, que forman una hoja plegada (ondulada)
 Las cadenas de residuos adyacentes pueden 
tener la misma dirección (paralelas) o estar 
alineadas en dirección opuesta (antiparalelas).
Dirección de las Cadenas
Carbono carbonílico
Carbonilo
Estructura Secundaria
 El enlace entre N y Cα se denomina con la letra griega fi (Ф)y el enlace 
entre el Cα y el grupo Carbonilo se denomina psi (Ψ).
 Las conformaciones secundarias ordenadas surgen cuando los ángulos 
de rotación de los enlaces covalentes adyacentes al enlace peptídico de 
los residuos de aminoácidos adoptan ciertos valores similares.
 Cuando los ángulos fi tienen -57° y los psi -47°, el segmento del 
polipéptido adopta la conformación Hélice α.
 Cuando estos ángulos tienen respectivamente -139° y +135°, se genera 
la Lámina β antiparalela.
 Cuando los ángulos son de -119° y +113° se forma la Lámina β paralela 
(más extendida y menos estable que la anterior).
 Los polipéptidos tienen además de estas conformaciones regulares 
segmentos de disposición al azar, bucles y asas, curvas, giros, con 
diferentes ángulos en los enlaces en los residuos involucrados.
Estructura Super-Secundaria (Inglés: Motifs)
 Son asociaciones definidas 
de elementos estructurales 
secundarios.
 Los tipos de uniones que las 
caracterizan son los enlaces 
Puentes de Hidrógeno y las 
uniones hidrofóbicas.
Láminas β Paralelas
Hélice α
Estructura Super - Secundaria (Inglés: Motifs)
Láminas β Paralelas
Hélice α
Estructura Beta-Alfa-Beta
NH2
Hélice Asa Hélice (Hélices Alfa )
Beta Hairpin
Estructura Terciaria
 Son las relaciones espaciales de residuos distantes entre 
sí en la secuencia primaria
 La forma general de plegado de una molécula única 
unida por enlaces covalentes
 El arreglo tridimensional de la molécula en el espacio
 Enlaces característicos: uniones hidrofóbicas, puentes 
de hidrógeno, uniones electrostáticas, fuerzas de Van 
der Waals, puentes disulfuro
Dominios
 Se definen como regiones de plegado particulares dentro de una 
misma proteína
 Son regiones compactas, semi-independientes que constan de 
unos 100 a 150 residuos
 Los diferentes dominios que forman parte de algunas proteínas 
pueden cumplir funciones o propósitos específicos dentro de la 
funcionamiento general de la proteína
 Enlaces característicos: uniones hidrofóbicas, par iónico, puentes 
de hidrógeno, fuerzas de Van der Waals
Proteínas Globulares y Fibrosas
 Las proteínas globulares son aquéllas que guardan relaciones 
axiles (entre sus ejes) semejantes.
 Son compactas y aproximadamente esféricas porque ninguno 
de sus ejes predomina sobre los otros. 
 La mayor parte de las enzimas y las proteínas transportadoras 
de la sangre son globulares.
 En cambio, las proteínas estructurales poseen conformaciones 
extendidas. 
 En estas proteínas fibrosas, un eje predomina claramente sobre 
los demás.
Estructura Cuaternaria
Consiste en la asociación de dos o más estructuras polipeptídicas
independientes, por medio de fuerzas no covalentes o por puentes 
disulfuro, para dar origen a una proteína oligomérica o multimérica.
NH3
+
COO-
COO-
Ejemplo 
• Proteína Dimérica
• Formada por dos subunidades 
protómeros diferentes (flechas)
• Una (en celeste) con 5 hélices α
• La otra subunidad (color rosa) 
posee solo 4 hélices α
NH3
+
Estructura Cuaternaria
 Las subunidades peptídicas individuales de esta proteína pueden 
ser idénticas o diferentes una de otra (homo y hetero-oligómeros)
 Los tipos de enlaces que caracterizan este nivel estructural son: 
uniones hidrofóbicas, electrostáticas, puentes de hidrógeno, 
fuerzas de Van Der Waals, puentes disulfuro
NH3
+
COO-
COO-
NH3
+
Desnaturalización
 Consiste en la ruptura de las uniones que determinan 
la estructura secundaria terciaria y cuaternaria de 
una proteína. Ésta pierde su conformación nativa
 En el proceso de desnaturalización se conserva la 
estructura primaria.
 La proteína desnaturalizada pierde su actividad 
biológica (función), y se torna insoluble.
 Agentes desnaturalizantes: calor, pH extremos, 
agentes químicos, detergentes, etc.
Bibliografía
 Devlin Thomas. Bioquímica Libro de Texto con aplicaciones 
clínicas. Ed. Reverté 2ª Edición (1989).
 Stryer Lubert Bioquímica. Ed. Reverté 3ª edición (1990).
 Kuchel Philip, Ralston Gregory. Bioquímica General Mc Graw Hill 
1ª edición (1994).
 Roskoski Robert. Biochemistry Saunders Co. 1st edition (1996).
 Murray R, Granner D, Rodwell V. Harper Bioquímica ilustrada. 
17ª ed. El Manual Moderno (2007). 
 Blanco Antonio. Química Biológica. 7ª. Edición