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PRECURSORES DE PROTEINAS: AMINOACIDOS SUMARIO: AMINOÁCIDOS, CONCEPTO, ESTRUCTURA QUÍMICA, ESTEREOISOMERÍA Y PROPIEDADES ÓPTICAS. CLASIFICACIÓN Y NOMENCLATURA. PROPIEDADES ELÉCTRICAS. INTERACCIONES DE LAS CADENAS LATERALES. FUNCIONES BIOLÓGICAS FORMACIÓN DEL ENLACE PEPTÍDICO. SITUACIÓN PROBLÉMICA SE RECIBE EN CONSULTA A UN PACIENTE DE 5 AÑOS DE EDAD CON ANEMIA SEVERA, ICTERICIA Y DEFORMACIONES ÓSEAS CON UN FUERTE DOLOR EN LA REGIÓN ABDOMINAL. AL LEER SU HISTORIA CLÍNICA CONSTATA QUE ES UN PACIENTE QUE PADECE DE LA ENFERMEDAD CONOCIDA COMO SICKLEMIA, QUE SE PRODUCE POR EL CAMBIO DE UN AMINOÁCIDO EN LA POSICIÓN 6 DE LAS CADENAS β DE LA HEMOGLOBINA, EXACTAMENTE , SE CAMBIA EL ÁCIDO GLUTÁMICO POR LA VALINA. CONOCIENDO LAS PROPIEDADES QUÍMICAS Y ELÉCTRICAS DE LOS AMINOÁCIDOS IMPLICADOS, QUE ALTERACIONES MOLECULARES SE PUEDEN PRODUCIR EN ESTE PACIENTE QUE CONLLEVAN A LA APARICIÓN UN CUADRO CLÍNICO TAN SEVERO PRECURSOR MACROMOLÉCULA ENLACE POLIMERIZANTE AMINOÁCIDOS PROTEINAS ENLACE PEPTÍDICO MONOSACÁRIDOS POLISACÁRIDOS ENLACE GLICOSÍDICO NUCLEÓTIDOS ÁCIDOS NUCLEICOS (AND Y ARN) 3’5’ FOSFODIÉSTER PRECURSORES , MACROMOLÉCULAS Y ENLACES POLIMERIZANTES CONCEPTO DE AMINOÁCIDO ÁCIDO ORGÁNICO AMINOÁCIDO LOS AMINOÁCIDOS SON ÁCIDOS ORGÁNICOS EN LOS CUALES AL MENOS UN ÁTOMO DE HIDRÓGENO ES SUSTITUIDO POR UN GRUPO AMINO (ÁCIDO PROPANOICO) (ALANINA) ESTRUCTURA DE LOS AMINOÁCIDOS α AMINOÁCIDO β AMINOÁCIDO γ AMINOÁCIDO ESTRUCTURA DE LOS AMINOÁCIDOS D- AMINOÁCIDO ( D- ALANINA) L- AMINOÁCIDO (L- ALANINA) ESTEREOISOMERÍA EN LA NATURALEZA SE CONOCEN UNOS 150 AMINOACIDOS , PERO SOLO 20 DE ELLOS SE ENCUENTRAN FORMANDO PARTE DE LA ESTRUCTURA DE NUESTRAS PROTEÍNAS. TODOS TIENEN UNA CARACTERÍSTICA COMÚN, SIEMPRE SU GRUPO AMINO SE ENCUENTRA UNIDO AL CARBONO ALFA Y HACIA LA IZQUIERDA , POR LO TANTO PODEMOS RESUMIR QUE LOS AMINOÁCIDOS DE NUESTRAS PROTEÍNAS SON L- ALFA AMINOÁCIDOS Y TIENEN LA SIGUIENTE FÓRMULA GENERAL ELEMENTOS CONSTANTES Y VARIABLES DE LOS AMINOACIDOS ELEMENTO VARIABLE ELEMENTOS CONSTANTES EN NUESTRAS CÉLULAS A PH FISIOLÓGICO (7.35-7.45) LOS GRUPOS CARBOXILO Y AMINO SE ENCUENTRAN EN SU FORMA IÓNICA CON CARGA NEGATIVA Y POSITIVA RESPECTIVAMENTE PROPIEDADES ÓPTICAS DE LOS AMINOÁCIDOS LAS PROPIEDADES ÓPTICAS DE LOS AMINOÁCIDOS SE DEBEN A LA PRESENCIA EN SU ESTRUCTURA DE CARBONOS ASIMÉTRICOS O QUIRALES, O SEA, ÁTOMOS DE CARBONO QUE TIENES SUS 4 VALENCIAS COMPARTIDAS CON 4 AGRUPACIONES QUÍMICAS DIFERENTES. SOLO EXISTE UNA EXCEPCIÓN QUE ES CASO DEL AMINOÁCIDO MAS PEQUEÑO QUE SE CONOCE (GLICINA) QUE NO POSEE CARBONOS ASIMÉTRICOS EN SU ESTRUCTURA CARBONO ASIMÉTRICO GLICINA CLASIFICACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS LOS AMINOÁCIDOS SE CLASIFICAN DE ACUERDO A LAS DIFERENCIAS ESTRUCTURALES DE SUS CADENAS LATERALES. DOS DE LOS CRITERIOS MAS UTILIZADOS SON: DE ACUERDO A LA PRESENCIA EN SU CADENA LATERAL DE GRUPOS ÁCIDOS O BÁSICOS: AMINOÁCIDOS ÁCIDOS. AMINOÁCIDOS BÁSICOS. AMINOÁCIDOS NEUTROS. DE ACUERDO A LA PRESENCIA O NO EN SU CADENA LATERAL DE GRUPOS QUÍMICOS POLARES: AMINOÁCIDOS POLARES (IÓNICOS O POCO) AMINOÁCIDOS APOLARES AMINOÁCIDOS ÁCIDOS ÁCIDO ASPÁRTICO ÁCIDO GLUTÁMICO AMINOÁCIDOS BÁSICOS ARGININA (GRUPO GUANIDINO EN R) LISINA (GRUPO AMINO EN R) HISTIDINA (GRUPO IMIDAZOL EN R) AMINOÁCIDOS NEUTROS GLICINA ALANINA LEUCINA ISOLEUCINA VALINA PROLINA 14 AMINOÁCIDOS NEUTROS AMINOÁCIDOS NEUTROS SERINA TREONINA CISTEINA METIONINA AMINOACIDOS NEUTROS ASPARGINA GLUTAMINA AMINOÁCIDOS POLARES (IÓNICOS) AMINOÁCIDOS POLARES (POCO IÓNICOS) CON GRUPO HIDROXILO EN SU CADENA LATERAL SERINA TREONINA TIROXINA AMINOÁCIDOS POLARES (POCO IÓNICOS) CON GRUPO SULFIDRILO( SH) CON EL ANILLO INDOL CISTEINA TRIPTÓFANO AMINOÁCIDOS POLARES (POCO IÓNICOS) CON LA FUNCION AMIDA EN SU CADENA LATERAL ASPARGINA GLUTAMINA PROPIEDADES ELÉCTRICAS DE LOS AMINOÁCIDOS LAS PROPIEDADES ELÉCTRICAS DE LOS AMINOÁCIDOS DEPENDEN DE LA PRESENCIA EN R DE GRUPOS QUÍMICOS DISOCIABLES TALES COMO EL GRUPO CARBOXILO(COOH) Y EL GRUPO AMINO(NH2) , ENTRE OTROS. LAS REACCIONES DE DISOCIACIÓN DE ESTOS GRUPOS SON: NO DISOCIADO DISOCIADO EL ESTADO DE DISOCIACIÓN DEPENDE DEL VALOR ESPECIFICO DEL PK DEL GRUPO QUÍMICO DISOCIABLE EN CADA AMINOÁCIDO Y DEL VALOR DEL PH DE LA SOLUCIÓN ACUOSA EN LA QUE SE ENCUENTRE. EXISTE UNA REALCION ENTRE EL VALOR DEL PK Y DEL PH: SI: PH = PK : FORMA DISOCIADA = FORMA NO DISOCIADA SI: PH > PK : EL GRUPO ESTA DISOCIADO SI:PH < PK : EL GRUPO ESTA NO DISOCIADO PROPIEDADES ELÉCTRICAS DE LOS AMINOÁCIDOS PROPIEDADES ELÉCTRICAS DE LOS AMINOÁCIDOS PREDIGA EL COMPORTAMIENTO ELECTRICO DEL ACIDO ASPARTICO EN DIFERENTES SOLUCIONES CON DIFERENTES VALORES DEL PH PK1 = 2.09 PK3 = 9.67 PK2 = 3.86 SOLUCION # 1: PH = 2.00 SOLUCION # 1: PH = 3.00 SOLUCION # 1: PH = 6.50 SOLUCION # 1: PH = 11.00 PROPIEDADES ELÉCTRICAS DE LOS AMINOÁCIDOS SOLUCION # 1: PH = 2.00 SOLUCION # 2: PH = 3.00 SOLUCION # 3: PH = 6.50 SOLUCION # 4: PH = 11.00 PROPIEDAD ANFÓTERA: Podemos decir que el grupo amino de un aminoácido presenta un comportamiento básico, ya que se puede protonar (aceptar un protón H+) para dar NH3+ (Amoniáco) R-NH2 + H2O → R-NH3+ + OH– Un grupo carboxilo, -COOH, presenta un comportamiento ácido, ya que se puede desprotonar (ceder un protón de H+) para dar COO–. R-COOH +H2O → R-COO– + H3O+ AMINOÁCIDOS NEUTROS No tienen grupos ionizables, ni polares en la cadena lateral R, pueden hallarse en equilibrio, principalmente, entre tres formas distintas: como catión, zwiterión o como anión. El estado de ionización de estos grupos depende del propio aminoácido y del pH del medio Pueden hallarse en forma de catión, cuando el grupo amino está protonado y el grupo carboxílico como -COOH, en forma zwiteriónica o de ion dipolar (ambos grupos ionizados, carga global cero) o en forma de anión, cuando el grupo amino está desprotonado y el grupo carboxílico también CONSTANTE DE ACIDEZ .Así, tenemos dos equilibrios químicos en el tránsito de unas formas a otras, cada uno de ellos regido por una constante de acidez, Ka1 (para la desprotonación de -COOH) y Ka2 (para la desprotonación de NH3+). Si en lugar de hablar de constantes hablamos de pKa,y recordamos pKa=-log Ka, para la primera constante, el pKa1 suele tener un valor entre 2-3, que indica que el grupo -COOH es un ácido relativamente fuerte. Para la otra constante, sin embargo, pKa2, suele tener un valor entre 9-10, que indica que el grupo amino protonado, -NH3+, es un ácido un tanto mediocre. Podemos ver estos valores en la tabla siguiente tanto para los aminoácidos neutros (polares y apolares) como para los ácidos y básicos, que presentan otros grupos ionizables en su cadena lateral R (de la que se muestra también el valor de pKa). En la tabla se observa que la última columna aparece con el nombre de “pI”, punto isoeléctrico de los aminoácidos. Es el valor de pH del medio al cual el aminoácido se halla con carga eléctrica global 0, aunque está protonado el grupo amino y desprotonado el grupo carboxílico. Es decir, es el pH al cual hallamos el aminoácido en forma zwiteriónica. En los aminoácidos neutros que presentan únicamente como grupos ionizables el -NH2 y el -COOH, para calcularlo basta hacer la media aritmética de los dos valores de pKa, es decir: Cálculo del punto isoeléctrico 29 PROPIEDADES ELÉCTRICAS DE LOS AMINOÁCIDOS EL VALOR DEL PH PARA EL CUAL UN AMINOÁCIDO TIENE CARGA NETA IGUAL CERO RECIBE EL NOMBRE DE PUNTO ISOELÉCTRICO CONOCIENDO EL VALOR DEL PUNTO ISOELÉCTRICO (PI) DEL AMINOÁCIDO Y EL VALOR DEL PH DE LA SOLUCION EN LA QUE SE ENCUENTRA PODEMOS PREDECIR COMO ESTARÁ CARGADO DE LA SIGUIENTE MANERA: SI: PH = PI CARGA NETA IGUAL CERO SI: PH < PI CARGA NETA POSITIVA SI: PH > PI CARGA NETA NEGATIVA INTERACCIONES DE LAS CADENAS LATERALES ENTRE LOS GRUPOS QUÍMICOS DE LAS CADENAS LATERALES DE LOS AMINOÁCIDOS SE PUEDEN ESTABLECER LAS SIGUIENTES INTERACCIONES QUÍMICAS: 1. REPULSIÓN:ENTRE DOS GRUPOS QUÍMICOS CON LA MISMA CARGA 2. PUENTE SALINO (INTERACCIONES ELECTROSTÁTICAS): ENTRE DOS GRUPOS QUIMICOS CON DIFERENTE CARGA: ENLACE SALINO O INTERACCIONES ELECTROSTÁTICAS 3. PUENTE DE HIDRÓGENO: ENTRE DOS ELEMENTOS ELECTRONEGATIVOS TENGA UNIDO UN ÁTOMO DE HIDRÓGENO 4. PUENTE DISULFURO: ENTRE DOS RESTOS DE CISTEINA 5. UNIONES HIDROFÓBICAS: ENTRE LAS CADENAS APOLARES DE AMINOÁCIDOS EN SOLUCION ACUOSA 6. FUERZAS DE VAN DER WAALS: ENTRE DOS AMINOÁCIDOS QUE SE ENCUENTREN MUY CERCA UNO DEL OTRO INTERACCIONES DE LAS CADENAS LATERALES DIGA LAS INTERACCIONES QUE SE PUEDEN FORMAR ENTRE LAS CADENAS LATERALES DE LOS SIGUIENTES AMINOACIDOS FUNCIONES BIOLÓGICAS DE LOS AMINOACIDOS PRECURSORES DE LAS PROTEÍNAS PRECURSORES DE HORMONAS COMO LAS HORMONAS TIROIDEAS Y LAS CATECOLAMINAS ALGUNOS FUNCIONAN COMO NEUROTRANSMISORES ALGUNOS TIENEN FUNCIÓN COMO ANTIBIÓTICOS ALGUNOS SON METABOLITOS INTERMEDIARIOS DE IMPORTANTES VIAS METABÓLICAS FORMACIÓN DEL ENLACE PEPTÍDICO EL ENLACE PEPTÍDICO SE FORMA ENTRE EL GRUPO αCARBOXILO DE UN AMINOÁCIDO Y EL GRUPO αAMINO DE OTRO AMINOÁCIDO CON LA LIBERACIÓN DE UNA MOLÉCULA DE AGUA. ES UN ENLACE COVALENTE ENLACE PEPTIDICO CARACTERÍSTICAS DEL ENLACE PEPTÍDICO CARACTERÍSTICAS DEL ENLACE PEPTÍDICO USUALMENTE EL ENLACE PEPTÍDICO ASUME UNA CONFIGURACIÓN TRANS, EN LA QUE EL ÁTOMO DE O DEL GRUPO CARBOXILO SE UBICA EN UN LADO OPUESTO AL ÁTOMO DE H DEL GRUPO AMINO LOS ÁTOMOS DE CARBONO ALFA Y LOS RADICALES R SUCESIVOS SE COLOCAN EN LADOS OPUESTOS DE LA CADENA FORMADA. EL ENLACE PEPTÍDICO ES UN HÍBRIDO DE DOS ESTRUCTURAS RESONANTES, UNA DE LAS CUALES TIENE CARÁCTER DE DOBLE ENLACE, DE MANERA QUE EL ENLACE C-N ES MÁS FUERTE QUE UN SIMPLE ENLACE. LOS ENLACES C-N DEL PÉPTIDO NO PUEDEN ROTAR LIBREMENTE, DEBIDO A SU CARÁCTER PARCIAL DE DOBLE ENLACE, POR LO QUE LA ZONA DE LA CADENA QUE INCLUYE LOS ÁTOMOS DEL ENLACE (CO-NH) ES PLANA. LA LIBRE ROTACIÓN SOLO ES PERMITIDA EN EL ENLACE N-Cα Y EL ENLACE Cα-C, DE FORMA QUE LA CADENA POLIPEPTÍDICA SE ASEMEJA A UN CONJUNTO DE PLANOS ARTICULADOS ENTRE SÍ. CARACTERÍSTICAS DEL ENLACE PEPTÍDICO GLOBULOS ROJOS NORMALES GLOBULOS ROJOS EN UN PACIENTE SICKLEMICO PARTIENDO DE LO APRENDIDO EN NUESTRA CLASE QUE ALTERACIONES CONSIDERA USTED, PUEDE PROVOCAR EL CAMBIO DEL ACIDO GLUTAMICO POR LA VALINA EN LA HEMOGLOBINA DE LOS PACIENTES CON SICKLEMIA Ácido glutámico y Valina: FIN DE LA PRESENTACION C C O O O O H H H H C C H H C C H H 3 3 C C O O O O H H N N H H 2 2 C C H H C C H H 3 3 C C O O O O H H N N H H 2 2 α α C C H H β β C C H H 2 2 γ γ C C H H 2 2 δ δ C C H H 3 3 C C O O O O H H α α C C H H 2 2 N N H H 2 2 β β C C H H 2 2 γ γ C C H H 2 2 δ δ C C H H 3 3 C C O O O O H H α α C C H H 2 2 β β C C H H 2 2 N N H H 2 2 γ γ C C H H δ δ C C H H 3 3 C C O O O O H H N N H H 2 2 C C H H C C H H 3 3 C C O O O O H H H H C C N N H H 2 2 C C H H 3 3 C C O O O O H H N N H H 2 2 C C H H R R ( ( C C A A D D E E N N A A L L A A T T E E R R A A L L ) ) C C O O O O H H N N H H 2 2 C C H H C C H H 3 3 C C O O O O H H N N H H 2 2 C C H H H H C C O O O O - - N N H H 3 3 + + C C H H C C H H 2 2 C C O O O O - - C C O O O O - - N N H H 3 3 + + C C H H C C H H 2 2 C C H H 2 2 C C O O O O - - C C O O O O - - N N H H 3 3 + + C C H H C C H H 2 2 C C H H 2 2 C C H H 2 2 C C H H 2 2 N N H H 3 3 + + C C O O O O - - N N H H 3 3 + + C C H H C C H H 2 2 C C H H 2 2 C C H H 2 2 N N H H C C N N H H 2 2 + + N N H H 2 2 C C O O O O - - N N H H 3 3 + + C C H H C C H H 2 2 H H C C C C H H H H N N N N H H + + C C H H C C O O O O - - N N H H 3 3 + + C C H H H H C C O O O O - - N N H H 3 3 + + C C H H C C H H 3 3 C C O O O O - - N N H H 3 3 + + C C H H C C H H 3 3 C C H H C C H H 3 3 C C H H 3 3 C C O O O O - - N N H H 3 3 + + C C H H C C H H C C H H 3 3 C C H H 2 2 C C H H 3 3 C C O O O O - - N N H H 3 3 + + C C H H C C H H C C H H 3 3 C C H H 3 3 H H 2 2 C C C C H H 2 2 H H 2 2 C C C C H H C C O O O O - - N N H H 2 2 + + COO - NH 3 + C H CH 2 OH COO - NH 3 + C H CH OH CH 3 COO - NH 3 + C H CH 2 SH COO - NH 3 + C H CH 2 CH 2 S CH 3 COO - NH 3 + C H CH 2 C H 2 N O C C O O O O - - N N H H 3 3 + + C C H H C C H H 2 2 C C H H 2 2 C C H H 2 2 N N O O ÁCIDO GLUTÁMICO AMINOÁCIDOS ÁCIDOS ÁCIDO ASPÁRTICO LISINA AMINOÁCIDOS BÁSICOS ARGININA H H I I S S T T I I D D I I N N A A C C O O O O - - N N H H 3 3 + + C C H H C C H H 2 2 C C HC CH HC CH C OH C C O O O O - - N N H H 3 3 + + C C H H C C H H 2 2 C C H H HC C C HC C CH CH NH COOH COO - + H + NH 2 + H + NH 3 + C C O O O O H H N N H H 3 3 + + C C H H C C H H 2 2 C C O O O O H H C C O O O O - - N N H H 3 3 + + C C H H C C H H 2 2 C C O O O O H H C C O O O O - - N N H H 3 3 + + C C H H C C H H 2 2 C C O O O O - - C C O O O O - - N N H H 2 2 C C H H C C H H 2 2 C C O O O O - - NH 3 + - OOC PUENTE SALINO NH 3 + + NH 3 REPULSIÓN O------H-----O PUENTE DE HIDR ÓGENO N------H-----O PUENTE DE HIDR ÓGENO S S PUENTE DISULFURO C C O O O O - - N N H H 3 3 + + C C H H C C H H 2 2 H H C C C C H H H H N N N N H H + + C C H H
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