Aminoácidos y péptidos

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Aminoácidos y péptidos
Las proteínas son los principales polímeros estructurales y funcionales en los seres vivos.
Desempeñan varias funciones: catalisis de reacciones metabólicas, transporte de vitaminas, minerales, oxigeno y combustible.
Algunas proteínas constituyen la estructura de los tejidos, mientras que otras actúan en la transmisión nerviosa, la contracción muscular y la motilidad celular.
Otras proteínas participan en la coagulación de la sangre y las defensas inmunitarias, y otras como hormonas y moléculas reguladoras.
Son sintetizadas como una secuencia de aminoácidos unidos formando una estructura poliamida (polipéptido) lineal.
Adoptan estructuras tridimensionales complejas al realizar sus funciones.
Hay alrededor de 300 aminoácidos en los sistemas animales, vegetales y microbianos.
Solamente 20 aminoácidos están codificados por el ADN para aparecer en las proteínas.
La proteómica es un campo emergente que estudia la expresión de las proteínas en una célula u organismo.
Los cambios en la expresión de una proteína en respuesta al crecimiento, hormonas, estrés y al envejecimiento.
Estereoquímica: configuración en el carbono a, isómeros D y L.
Cada aminoácido tiene un carbono central, denominado carbono , al cual se unen cuatro grupos diferentes.
■ Un grupo amino básico (-NH2).
■ Un grupo carboxilo ácido (-COOH).
■ Un átomo de hidrógeno (-H).
■ Una cadena lateral característica (-R).
Exceptuando la Glicina, todos los aminoácidos contienen al menos un átomo de carbono asimétrico (el átomo de carbono ), dando lugar a dos isómeros que son ópticamente activos.
Todos los aminoácidos en las proteínas son de configuración L.
Ya que las proteínas son biosintetizadas por enzimas que insertan solamente L-aminoácidos en las cadenas peptídicas.
Clasificacion de los aminoácidos según la estructura química de sus cadenas laterales.
Aminoácidos alifáticos→ constituidos por (alanina, valina, leucina e isoleucina) tienen hidrocarbonos saturados como cadenas laterales.
Aminoacidos aromáticos → La fenilalanina, la tirosina y el triptófano tienen cadenas laterales aromáticas, están involucrados en interacciones hidrofóbicas entre ellos.
	
Son responsables de la absorción ultravioleta de la mayoría de las proteínas, que presentan un máximo de absorion a unos 280 nm.
Aminoacidos polares neutros → contienen grupos hidroxilo o amida en su cadena lateral.
	 Estos aminoácidos se encuentran a veces en 	los centros activos de proteínas catalíticas, las 	enzimas.
La asparagina y la glutamina tienen cadenas laterales con grupos amida. Éstas son polares, pero en condiciones fisiológicas carecen de carga.
4. Aminoacidos acidos → contienen ácidos 		carboxílicos en sus cadenas laterales y están 	ionizados a un pH de 7,0.
	Transportan cargas negativas en sus grupos 	carboxi- lo (3 y 7,
Aminoacidos Basicos → Las cadenas laterales 	de la lisina y la arginina están completamente 	protonadas a pH neutro y, por tanto, están 	cargadas positivamente.
Aminoacidos que contienen azufre → la cisteína y su forma oxidada, la cistidina, son aminoácidos que contienen azufre y que se caracterizan por su baja polaridad. 
Los puentes disulfuro también pueden formarse entre dos cadenas polipeptídicas (puente disulfuro intercatenario), formando dímeros proteicos covalentes.
Prolina, un iminoácido (cualquier molécula que contenga tanto un grupo funcional imino (>C=NH) como un carboxilo (-C(=O)-OH)). cíclico → se diferencia del resto de aminoácidos en que el anillo de pirrolidina de su cadena lateral incluye el grupo  -amino y el carbono .
Este iminoacido fuerza un angulo en la cadena polipeptidica, causa cambios abruptos en la dirección de la cadena.
Clasificación de los aminoácidos según la polaridad de las cadenas laterales del aminoácido → Las cadenas laterales polares pueden intervenir en la unión del hidrógeno al agua y a otros grupos polares y normalmente se encuentran en la superficie de la proteína.
Las cadenas laterales hidrofóbicas contribuyen al plegamiento de la proteína mediante interacciones hidrofóbicas.
Se encuentran principalmente en el interior de la proteína o en superficies que intervienen en interacciones con otras proteínas.
Los aminoácidos son moléculas anfóteras, es decir, tienen tanto grupos básicos como ácidos.
Ecuación de Henderson-Hasselbach → describe la titulación de un aminoácido y puede usarse para predecir la carga neta y el punto isoeléctrico de una proteína.
Amortiguadores o tampones
Los aminoácidos y las proteínas son amortiguadores excelentes en condiciones fisiológicas.
PEPTIDOS Y PROTEINAS
Estructura primaria → secuencia lineal de sus aminoácidos.
El grupo carboxilo de un aminoácido se une al grupo amino del aminoácido siguiente, formando un enlace amida (péptido): durante la reacción se elimina agua. 
Las unidades de aminoácidos de una cadena peptídica se denominan residuos aminoácidos. 
Una cadena peptídica formada por tres residuos aminoácidos se denomina tripéptido; un ejemplo es el glutatión
Las cadenas laterales de los aminoácidos contribuyen tanto a la carga como a la hidrofobicidad de las proteínas. Tienen un efecto notorio en sus propiedades físicas y químicas.
Las proteínas ricas en grupos amino alifáticos o aromáticos son relativamente insolubles en agua y se encuentran frecuentemente en las membranas celulares.
Las proteínas ricas en aminoácidos polares son más hidrosolubles. 
Las amidas son componentes neutros, de manera que el esqueleto amida de una proteína, que incluye los grupos a-amino y a-carboxilo que lo forman, no contribuye a la carga de la proteína.
La carga de la proteína depende de los grupos funcionales de la cadena lateral de los aminoácidos.
Estructura Secundaria de las Proteinas 
Está determinada por las interacciones mediante puentes de hidrógeno entre los grupos funcionales de las cadenas laterales de los aminoácidos.
Existen dos tipos de estructura secundaria: la hélice  y la hoja plegada β. 
Helice  → es una estructura en forma de varilla con la cadena peptídica fuertemente enrollada y con las cadenas laterales de los residuos aminoácidos extendiéndose hacia fuera del eje de la espiral.
Cada grupo carbonilo amídico está unido mediante un puente de hidrógeno al hidrógeno del grupo amida de un enlace peptídico que está a una distancia de cuatro residuos a lo largo de la misma cadena.
Hoja plegada β → Si los enlaces de hidrógeno se forman lateralmente entre enlaces peptídicos, las secuencias polipeptídicas se ordenan de forma paralela o antiparalela entre sí en una disposición que se denomina hoja plegada β.
Es una estructura extendida, a diferencia de la hélice anterior, que está enrollada. 
Está plegada porque los enlaces carbono-carbono (C-C) son tetraédricos y no pueden existir en una configuración plana.
Los residuos de glicina (Gly) y de prolina (Pro) aparecen con frecuencia en giros B en la superficie de las proteínas globulares.
Las proteínas son macromoléculas, compuestas por carbono, oxigeno, hidrogeno y nitrógeno, como también aminoácidos.
Kwashiorkor → se desteta al niño, no consume la cantidad necesaria de proteínas en su dieta.
Marasmo → ingesta deficiente en calorías y aminoácidos.
Escorbuto → deficiencia de vitamina C.
Sindrome de Menkes → cabello rizado, retraso en el crecimiento, mala absorción del Cu en la dieta.
Trastornos genéticos de la síntesis del colágeno, comprende una forma de osteogenesis imperfecta, caracterizada por huesos frágil.
S. de Ehlers-danlos, tejido conjuntivo ↑ movilidad articular y anormalidades cutáneas → lisil hidroxilasa. 
BIOSINTESIS DE AMINOACIDOS NO ESENCIALES
Glutamato → amidacion reductiva de  -cetoglutarato, catalizado por glutamato deshidrogenasa, ion amonio es citotóxica.
Glutamina → amidacion de glutamato catalizado glutamina sintetasa.
Alanina y Aspartato → transaminación del piruvato → Alanina,
Transaminación del oxaloacetato forma aspartato.
La glutamato deshidrogenasa, glutaminasintetasa y aminotransferasas, desempeñan funciones fundamentales en la biosíntesis de aminoácidos.
→ ion amonio inorgánico en el nitrógeno  - amino de los Amin.
Asparagina → apartir del aspartato catalizado por la asparagina sintetasa.
Serina → oxidación del grupo  - hidroxilo del intermediario glucolitico 3 – fosfoglicerato por la 3 – fosfoglicerato deshidrogenasa → 3 – fosfohidroxipiruvato, por transaminación y desfosforilacion forman serina.
Glicina → glicina aminotransferasa puede catalizar la síntesis de glicina a partir de glioxilato, glutamato o alanina, tb de colina.
Prolina → convierte el grupo y – carboxilo del glutamato en el anhídrido acido mixto de glutamato y – semialdehido, por ciclizacion espontanea es reducido a L – prolina.
Estructura terciaria de las Proteinas
Está determinada por las interacciones entre los grupos funcionales de la cadena lateral, incluyendo además a los puentes disulfuro, los puentes de hidrógeno, los puentes salinos y las interacciones hidrofóbicas.
Se denomina estructura terciaria de una proteína a su conformación tridimensional, plegada y biológicamente activa.
Se determina mediante cristalografía de rayos X y espectroscopia de resonancia magnética.
Está estabilizada por interacciones entre grupos funcionales de las cadenas laterales: puentes disulfuro covalentes, enlaces de hidrógeno, puentes salinos e interacciones hidrofóbicas.
Las cadenas laterales de triptófano y arginina sirven como donadores de hidrógeno, mientras que la asparagina, la glutamina, la serina y la treonina pueden servir tanto de donadores como de aceptares de hidrógeno.
La estructura cuaternaria de las proteínas está formada por interacciones entre cadenas peptídicas.
Múltiples subunidades está determinada por interacciones covalentes y no covalentes entre las superficies de las subunidades
PURIFICACION Y CARACTERIZACION DE LAS PROTEÍNAS.
Es un proceso de múltiples pasos basado en el tamaño, la carga, la solubilidad y la capacidad de unión de ligandos.
Permiten la separación de las proteínas basándose en la carga, tamaño, propiedades de unión y la solubilidad.
Precipitacion mediante desalinización («salting out» o fraccionamiento mediante sulfato de amonio) y ajuste del pH
La solubilidad de una proteína depende de la concentración de sales disueltas.
Separación basada en el tamaño
Diálisis y ultrafiltración
Las moléculas pequeñas, como las sales, pueden separarse de las disoluciones de proteínas mediante diálisis o ultrafiltración
Filtracion en gel (tamizado molecular)
La cromatografía de filtración en gel separa las proteínas según el tamaño.
Cromatografia de intercambio iónico
Las proteínas se unen a matrices de intercambio iónico en función de las interacciones entre cargas
Cromatografia de afinidad
La cromatografía de afinidad purifica las proteínas basándose en las interacciones con ligandos.
Determinación de la pureza y del peso molecular de las proteínas.
La electroforesis en gel de poliacrilamida en dodecil sulfato sódico puede usarse para separar proteínas basándose en la carga
Isoelectroenfoque (IEF)
El isoelectroenfoque se utiliza para separar proteínas según su punto isoeléctrico.
ANALISIS DE LA ESTRUCTURA PROTEICA
Una vez purificada, para la determinación de su composición de aminoácidos, la proteína es sometida a hidrólisis, normalmente en HC1 6 mol/1 a 110 °C en un tubo sellado y al vacío durante 24-48 horas.
El triptófano, la cisteina y la mayor parte de la cistina son destruidos, y la glutamina y la asparagina son desaminadas cuantitativamente para dar glutamato y aspartato,
La determinación del triptófano, pueden utilizarse procedimientos de hidrólisis alternativos, mientras que la cisteina y la cistina pueden convertirse en ácido cisteico estable antes de la hidrólisis.
Tras la hidrólisis, los aminoácidos libres se separan en un analizador automático de aminoácidos utilizando una columna de intercambio iónico.
Determinacion de la estructura primaria de las proteinas → el análisis de la secuencia de las proteínas se llevaba a cabo mediante métodos químicos.
El análisis secuencial como la identificación de las proteínas se realiza mediante espectrometría de masas.
La información sobre la secuencia primaria de una proteína es esencial para comprender sus propiedades funcionales.
Determinacion de la estructura tridimensional de las proteínas.
La cristalografía de rayos Xy la espectroscopia de RM suelen usarse para determinar la estructura tridimensional de las proteínas.
La proteína debe encontrarse en forma de cristal bien ordenado, en el que cada molécula tiene la misma conformación en una posición y orientación específicas en una matriz tridimensional.