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PROTEINAS: del Griego: Proteios (“de primera clase”) Berzelius (1838)
- Importancia: Biológica, física, funcional y química
- Biológicamente : constituyen el 50 % del peso seco de un tejido y el 15 % del peso total.
- Físicamente : las proteínas son:
- Macromoléculas, miden más de 100 Angstrom.
- Tienen alto Peso Molecular. PM = 6000 Dalton.
- Hidrosolubles: en agua dan soluciones coloidales (debido a su gran tamaño).
- Son termolábiles, se ven afectadas por el calor. 56 grados se desnaturalizan - Funcionalmente : Intervienen en prácticamente todos los procesos biológicos, algunas de sus funciones son: 1)- Catálisis Enzimática : Ej.: Fosfatasas, Transaminasas.). Las enzimas aceleran una reacción química. La fosfatasa termina en asa (rompen enlaces fosfatos). Las transaminasas cambian de lugar grupos aminos para ponerlos en otras moléculas. Podemos medir la cantidad de enzimas para obtener información de la salud del paciente. Ej.: La CPK es una enzima del musculo cardiaco, el miocito. Cuando este se destruye, se libera CPK a sangre y aumentan. Al medirlas puedo pensar en problemas cardiacos, como infarto de miocardio. 2)-Transporte y Almacenamiento : Ej.: Hemoglobina, Mioglobina, Transferrina (mioglobina almacena oxígeno, transferrina transporta hierro a los reservorios, la ferritina almacena el hierro, la hemoglobina transporta el O2). 3)-Movimiento Coordinado (funciones contráctiles ): Ej.: Actina - Miosina. Espermatozoide. Cilias. 4)-Soporte Mecánico (funciones estructurales o plásticas) : Ej.: Colágeno. 5)-Protección Inmune (funciones defensivas): Ej.: Inmunoglobulinas G, M, A, E y D. (Una Ig M alta e Ig G baja significa que la enfermedad es aguda. Al revés cuando Ig G es alta, es crónica. La Ig E interviene en procesos alérgicos o parasitológicos). Ig G es la inmunoglobulina que queda después de la infección. Si la medimos en sangre podemos saber si ya tuvo la enfermedad. ej. toxoplasmosis es muy difícil saber si estuvo enfermo o no. Para esto dosamos la Ig. G especifica 6)- Hormonales: Ej.: Insulina. 7)-Reguladoras del pH : El PH es la medida de acidez o alcalinidad que puede tener algo. Ej.: Hemoglobina varia su PH, es un buffer. Amortigua los cambios de PH. El pH normal en sangre 7,35-7,45. Con pH Acido tendremos problemas problemas cardiacos. Un PH debajo de 7 incompatible con la vida 11)- Control del Crecimiento y la Diferenciación : Ej.: Histonas, cumplen determinadas funciones estabilizando al ADN. 8)- Receptoras : Ej.: Proteína G de la membrana. Bajo el estímulo de hormonas forma amp cíclico y activa segundos mensajeros. 9)- Coagulación : Ej.: Fibrinógeno que actúa en la cascada de proteínas que producen la formación del coagulo de fibrina.
10)- Generación y Transmisión de Impulsos Nerviosos : Ej.: Rodopsina, en la visión nocturna. El déficit de la Vit que acompaña a esta proteína produce ceguera nocturna 12)- Energéticas.
- Químicamente: Todas las proteínas contienen CHON + S (carbono, hidrogeno, oxigeno y nitrógeno, solo algunas poseen azufre.) Factor 6,25: es una medida para estimar la cantidad de proteínas existente en una muestra. Se basa en que cada 1g de Nitrógeno hay 6,25g de proteína. Las proteínas son macromoléculas formadas varios polímeros (muchas partes). Y estos a su vez están compuestos por los AMINOACIDOS que son la unidad estructural fundamental de las proteínas. AMINOACIDOS: son las unidades estructurales básicas de las proteínas. PM: 120 Dalton (en promedio) PF: > 200 ºC (solidos a temperatura ambiente y corporal) Absorben: UV lejano (280 nm Tirosina y Triptófano, 260 nm Fenilalanina) Sangre: más de 200 Aa Proteínas: 20 aminoácidos son capaces de formar proteínas. Dentro de ellas solo hay 8 esenciales, es decir que si o si deben ser ingeridos con la dieta porque el organismo no los produce. La histidina es considerada un Aa semiescencial, el organismo puede fabricarlo, pero en el embarazo no alcanza y hay que ingerirlo. Estas contituidas por: ✓ Carboxilo: grupo acido ✓ Amina: grupo básico ✓ Carbono alfa: Acido orgánico (CH) unido inmediatamente al carboxilo ✓ Cadena lateral R que es diferente para cada uno de los 20 Aa. Aclaración: Neutros: cuando tienen 1 grupo acido (carboxilo) y un grupo básico (amina) y su cadena R no está ionizada. Ácidos: Los que tienen 1 grupo acido carboxilo adicional. Hay de este tipo Básicos: Los que tienen mas de 1 grupo básico amina adicional. Clasificación: POLARES: Son los Aa que contienen Hidroxilos (OH) en su molécula. Podemos dividirlos a su vez: ➢ Con carga neta: Pueden tener carga neta positiva o negativa y se dividen en
Amida, es decir en vez de tener el COOH en la cadena R, se le agrega una amina y queda un carbonilo (CO) + N + H o cadena R). NO POLARES: Son todos hidrófobos y tienen cadenas aromáticas y alifáticas. Estas son: ALANINA (es un poco hidrosoluble porque su cadena R es muy chica), VALINA , LEUCINA , ISOLEUCINA , METIONINA , FENILALANIN A (núcleo bencénico) y TRIPTÒFANO (núcleo heterocíclico indol). Estas tienen cadenas R apolares. Quiere decir que son todas hidrófobas. GRUPOS R` CON PROPIEDADES UNICAS: Son GLICINA (su cadena R es solo un H, carácter polar, puede ser hidrofílico o hidrofóbico), CISTEINA (contiene un grupo sulfhidrilo SH, lo que le da la característica de ser un poco polar y a PH 9 liberar 1 protón comportándose como acido débil. Forma puentes disulfuro con otra cisteína) y PROLINA (es un iminoacido porque tiene un grupo imino =NH, además el C alfa y el N están dentro de un ciclo pirrolidina, al unirse así estos átomos tienen mucha rigidez. Es hidrofóbico).
Otros aminoácidos: Algunos pueden sufrir modificaciones frente a la unión covalente con otros grupos. 4 - Hidroxiprolina: es un derivado hidroxilado de la prolina 5 - hidroxilisina: tiene un OH en el carbono 5 de la cadena R. Fosfoserina: se le agrega P a la serina y-carboxiglutamico: es el ácido glutámico que se unió a otro carboxilo. PROPIEDADES DE LOS AMINOACIDOS: Los isómeros poseen muchas propiedades químicas iguales y físicas idénticas ❖ ISOMERIA ESPACIAL: Dependen de la configuración espacial de los 4 sustituyentes alrededor del C asimétrico (Carbono que tiene cada una de sus valencias ocupada por elementos o grupos diferentes). Los Aa que tengan al grupo amina NH hacia a la izquierda se les dice L-aminoácido, estos son los componentes de las proteínas humanas. Los que tienen a la derecha se los denomina D-aminoácido, estos no se encuentran en proteínas humanas. Los isómeros poseen muchas propiedades químicas y físicas idénticas excepto por la capacidad de desviar la luz polarizada en un plano de vibración. Se dice que estos son ISOMEROS porque tienen los mismos componentes, pero distinta distribución espacial. Todos los aminoácidos tienen isómeros espaciales excepto la glicina. La lisina e isoleucina tienen 2 carbonos asimétricos por lo tanto tienen 4 isómeros espaciales.
➢ A pH alcalino (pH=9), el grupo carboxilo esta ionizado y el grupo amino no está ionizado porque la amina reacciona con OH y forma agua.Es decir que a este PH se comporta como un acido. El aminoacido es un anion, queda cargado negativamente y migra hacia el anodo. La existencia de un grupo acido y básico en la misma molecula le da características de dipolo. En medios acuosos estos se encuentran disiociados, con carga. La carga eléctrica del aminoacido depende del PH del medio donde se encuentre. Si el PH disminuye los COO- captan protones, disminuye la dipolaridad y se hacen cationes. Al reves pasa con el NH3 cuando disminuye el PH. PUNTO ISOELECTRICO: Es el valor de PH del medio en que un aminoacido es neutro. Es decir, que la disociación de cargas positivas y negativas se iguala y la carga neta es 0. Es caracteristico de cada aminoacido.
- Los AA neutros tienen un pI cercano a 7.0.
- Los AA acidos tienen un pI menor que 7.0.
- Los AA basicos tienen un pI mayor que 7.0. Un Aa con 2 carboxilos (acido) es un medio con PH bajo está totalmente protonado (COOH) y a medida que subimos el PH va soltando sus protones. Un A con 2 aminas (básico) en medio con PH alcalino esta disociado pero a medida que baja el PH capta protones. PK: Es el equilibrio de disiociaciòn. A cierto Ph acido, un aminoacido tiene la mitad de sus grupos carboxilo disociadas y la mitad no. Las concentraciones de ambos se igualan. Ese valor de PH que hizo que se igualen las concetraciones es el PK del carboxilo. (ph=PK=2,34). Si se continua agregando acido todos los carboxilos se protonan. La curva de titulacion determina los valores de PK de cada uno de los grupos ionizables de Aa. Si se aplana la curva en la zona del PK quiere decir que el Aa puede actuar como buffer en esas 2 zonas. VER PAGINA 29.
- Si el PH=PI la carga del Aa es NEUTRA
- Si el PH es mayor al PI la carga es NEGATIVA
- Si el PH es menor al PI la carga es POSITIVA A PH acido= NH3 es una acido débil A PH básico el COO- es una base debil ❖ PROPIEDADES QUIMICAS DE LOS AA:
- – REACCIONES QUÍMICAS DEL GRUPO CARBOXILO:
- Pueden interactuar con sustancias básicas y formar uniones salinas : ( COO- )
- uniones peptídicas
- REACCIONES QUÍMICAS DEL GRUPO AMINO:
- Cuando están ionizadas y tienen cargas al interactuar con sustancias básicas forman uniones salinas (NH3+)
- uniones peptídicas
- – REACCIONES QUIMICAS. DE LAS CADENAS:
- PUENTE DISULFURO: El grupo sulfidrilo de la cisteina es muy reactivo y forma uniones disulfuro con otra cisteina. 2 cisteinas unidas por enlace covalente forman CISTINA.
- UNIONES SALINAS: ( - COO- ) , ( - NH3+ ) , ( - OH )
PROPIEDADES ACIDO BASE: Los grupos carboxilo y amina que se unieron en el enlace peptídico han perdido OH y H por lo que ya no son capaces de ionizarse. Estas propiedades están determinadas por los extremos N-terminal y C-terminal y por los grupos ionizables de las cadenas laterales R. Los péptidos también poseen Pi. PEPTIDOS DE IMPORTANCIA BIOLOGICA: Uno de los péptidos mas distribuidos en la naturaleza es el GLUTATIÒN. Este es un tripéptido que no tiene una unión peptídica típica. Porque el ácido glutámico se une a la amina de la cisteína, pero a través de su carbono distal, no del carboxilo del carbono alfa. Además, el glutatión reducido (tiene un SH) puede unirse con otro glutatión oxidándose y formando un puente disulfuro (S-S). Este participa en sistemas enzimáticos de oxido-reducción en glóbulos rojos, por ejemplo, previniendo daños oxidativos. Hay péptidos con funciones de hormonas, factores liberadores de hormonas, encefalinas, antibióticos, etc. PROTEINAS: SINTESIS DE PROTEINAS: El ADN tiene la información genética para decodificar proteínas, este se transcribe a ARN mensajero que traduce los genes al ARN de transferencia para que luego se sinteticen las proteínas.
ESTRUCTURAS DE LAS PROTEINAS: Las proteínas tienen una estructura tridimensional bien definida, una cadena polipeptídica extendida u ordenada al azar carece de actividad biológica, “la función deriva de la conformación ”, es decir de la organización de los átomos en una estructura tridimensional. Forma molecular: Dominio : sector de una molécula con estructura y plegamientos definidos ❖ Globulares: Las moléculas se pliegan sobre si mismas para formar un conjunto compacto que se parece a una esfera. Se caracterizan por ser proteínas de gran actividad funcional como enzimas, Ac, hormonas, hemoglobina, etc. Son SOLUBLES en medio acuoso. Es hidrosoluble, ya que en su superficie externa se colocan los AA polares. ❖ Fibrilares: Las cadenas polipeptídicas se ordenan paralelamente formando fibras o laminas extendidas. El eje longitudinal predomina. Son POCO SOLUBLES o INSOLUBLES en medio acuoso. Participan en la constitución de estructuras de sostén y resistencia física. La arquitectura de las proteínas tiene 4 niveles de estructuración:
- Estructura Primaria: Se refiere al número y secuencia de AA unidos por enlaces peptídicos. Es como sale la cadena lineal de Aa del ribosoma. - Estructura Secundaria : está relacionada con la disposición espacial de los AA próximos entre sí en la secuencia lineal. La forma que adopta espacialmente con los Aa cercanos entre si. Mantenida por enlaces hidrogeno. - Estructura Terciaria: Es una conformación tridimensional, en donde 2 o más cadenas polipeptídicas se disponen de distintas maneras en el espacio y que enlaces se dan entre ellas.
Enlace peptídico. NO PUEDE ROTAR. Solo pueden rotar el carbono o el nitrógeno que están unidos al C alfa El Hidrogeno en una disposición trans interactúa con la carga negativa del Oxigeno que está en otra disposición trans enlace a un =NH que está 4 posiciones más adelante. La disposición TRANS permite la formación de los puentes H. 2 - PLEGAMIENTO DE LAS CADENAS POLIPEPTIDICAS: a)- Los 4 átomos directamente vinculados con el enlace peptídico (C, O, N e H, cuando se unían el carboxilo y la amina) y los dos C alfa unidos al C (del carboxilo) y al N (de la amina) se encuentran en un mismo plano. b)- El O del carbonilo (=CO) y el H unido al N quedan en posición trans , al igual de los dos C alfa. (Uno arriba y otro abajo) El O y H están opuestos, pero siempre en el mismo plano.
CARBONILO
OXIGENO
HIDROGENO
c)- La cadena lateral (R) y el H unidos a los C alfa se proyectan fuera del plano que contiene a los otros átomos. Este enlace peptídico queda en una posición TRANS. Es un tipo de isomería trans. El O puede interactuar con un H de otra cadena para formar puentes H. Esta conformación trans permite que se formen distintas estructuras repetitivas o no. 3 - ESTRUCTURA REPETITIVA REGULAR: Hay 2 tipos de estructuras que se van repitiendo para formar las proteínas. Son: ❖ Hélice alfa: Esta es una estructura regular y está dada porque el O queda en una posición en que puede atraer los H que se encuentran en otra posición. Cuando la cadena va dando la vuelta va enfrentando los =CO con los =NH. Esta conformación se encuentra en la mayoría de las proteínas. La cadena se va enrollando sobre un eje central como si le estuviera dando la vuelta a un cilindro. Cuando la cadena gira en sentido de las agujas del reloj hablamos de una hélice dextrógira. Las cadenas R quedan hacia afuera. Aunque aisladamente el puente H es débil, como hay tantos en la hélice produce que esta sea una estructura muy estable y compacta. La prolina es incompatible con la hélice alfa porque provoca que se torsione demasiado y afecta a la estructura. El núcleo que este Aa posee al C alfa, en la normalidad el Calfa puede rotar, pero en presencia de este núcleo no lo puede hacer. Cuando están muy juntos la lisina, arginina, ácido glutámico que son aminoácidos polares con carga neta, ya sea + o - , se originan fuerzas electrostáticas que impiden que se forme la hélice. ❖ Lamina beta: Es regular, alargada, extendida. Se encuentra en estructura que tienen cierta rigidez como el colágeno, fibrina, etc. Esta forma le da posibilidad de formar MAS puentes H. Se forman puentes hidrogeno entre =CO y =NH de cadenas extendidas que están paralelas. Esta unión les va dando una estructura de lamina que esta plegada a modo de zigzag. Las cadenas paralelas se forman cuando se aparean
N de la histidina con el hidrogeno del OH de tirosina, serina o treonina. Cuantos mas puentes H haya mas compacta y estable es la molécula. ❖ FUERZAS DE VAN DER WAALS: Fuerza de atracción de las moléculas hidrofóbicas. Los Aa con cadenas laterales R hidrofóbicas en medios acuosos producen que están se orienten hacia el interior de la molécula para alejar del contacto con el agua. Producen que se plieguen estos restos en el interior, provocando fuerzas de atracción al estar tan próximos. ❖ GRUPOS HIDROFILICOS HACIA EL EXTERIOR: Las caderas R con grupos hidrofílicos o polares se disponen hacia el exterior en contacto con el agua. ❖ PUENTES DISULFURO: Los residuos de cisteína se pueden oxidar estableciendo una unión covalente S-S. Este tipo, puede unir 2 residuos que están muy lejos entre sí. ESTRUCTURA CUATERNARIA Es el caso de proteínas que están compuestas por más de una cadena polipeptídica. Se dice que son proteínas oligomericas, en las cuales cada una de las cadenas representa una subunidad. La estructura cuaternaria es la disposición espacial de las subunidades constituyentes y las fuerzas que las mantienen unidas: puente hidrogeno, atracciones electrostáticas, interacciones hidrofóbicas, puentes disulfuros, etc. Ej.: la Insulina está formada por dos subunidades, la hemoglobina por cuatro, la enzima lactato-deshidrogenasa por 4. Esta es una imagen de la hemoglobina oligomericas: cada una de las cadenas es una subunidad. Hay 2 cadenas a y 2 b. en el centro hidrofóbico está el hierro. Fuerzas de Van der Waals Atracción electrostática Puente Hidrogeno Puente disulfuro Grupo Hidrofílico
La preproinsulina: tiene una secuencia de péptidos señal, que cuando se necesita esa cadena se hidroliza a proinsulina. En esta hicieron interacción los puentes disulfuro. Para que madure necesita perder la parte del medio el péptido c o de conexión. Si queremos saber cuánta insulina se secreta podemos medir el péptido c porque nos da la información de cuanta insulina se formó al perder el péptido. PROPIEDADES ACIDO-BASE DE LAS PROTEINAS Los carboxilos y aminas que se unen en enlaces peptídicos no son ionizables por lo que no participan en estas reacciones. Solo podrán ionizarse los extremos N y C-terminal de la cadena. Pero la carga eléctrica de una proteína depende de la ionización de los grupos ionizables de las cadenas R. Si hay mucha lisina, arginina e histidina la proteína tendrá carácter básico. Si hay predominia de acido glutámico y aspártico tendrá carácter acido. La tirosina y cisteina tienen carácter de acido débil.
Cuando el PH del medio sea menor al Pi va a tener carga positiva. Cuando el pH sea mayor al Pi va a tener carga negativa. ELECTROFORESIS Es la migración por acción de un campo eléctrico. Cuando la proteína en migración alcanza la zona de PH correspondiente a su Pi se detiene. Las proteínas que adquieran carga negativa migraràn al anodo (carga +) y las que adquieran carga positiva migraràn al catodo (carga - ). MASA MOLECULAR: Conociendo la masa molecular de una proteína se puede estimar cuantos aminoácidos contiene. Masa molecular de proteína%120(peso de cada AA.) =cantidad de Aa constituyentes. SOLUBILIDAD: La mayoría son solubles en agua. El agua es un solvente compuesto por moléculas solventes polares que forma una cubierta de hidratación llamada “capa de solvatación” con las proteínas. Tienen constantes dieléctricas que le permiten al agua aislar grupos con cargas opuestas entre sus moléculas e impiden que se agreguen.
Mientras mas ionizados estén los grupos amina y carboxilo mas atrae a las moléculas de agua. La solubilidad en agua depende de la presencia de grupos no polares, porque están repelen al agua (núcleos aromáticos, cadenas alifáticas). Todas las partículas de las proteínas poseen el mismo signo eléctrico, lo que hace que están se repelan y impidan su agrupación. El valor de la carga neta es diferente para cada proteína lo que explica el diferente grado de solubilidad para cada una. La solubilidad varia con el PH y la presencia de sales inorgánicas o solventes no polares del medio. EFECTO DEL PH: De este depende la carga eléctrica neta de la proteína. La carga eléctrica total es nula es su punto isoeléctrico. EFECTO DE SALES: Los iones inorgánicos interaccionan con los grupos ionizados de las proteínas. A bajas concentraciones las sales favorecen a la solubilidad de las proteínas. La adición de sales neutras reduce la atracción electrostática entre las moléculas y favorece la estabilidad. Pero a altas concentraciones de sales, estas se atraen con moléculas de agua en vez de las proteínas y despojan a las proteínas de su capa de solvatación. A mayor concentración de sal menor es la solubilidad de las proteínas. EFECTO DE SOLVENTES POCO POLARES: El etanol o la acetona son solventes poco polares y cuando se agregan a una mezcla de proteínas disminuye la solubilidad en agua. Las proteínas precipitan y además se desnaturalizan. DESNATURALIZACION DE LAS PROTEINAS: Es la ruptura de uniones y fuerzas que mantienen la estructura secundaria, terciaria y cuaternaria. Se pierden las propiedades y las funciones de la proteína. La molécula se desenrolla y pierde su forma. Pero estos no atacan a las uniones peptídicas por lo que la estructura primaria se mantiene y la proteína se podría volver a formar (reversible). Puede haber irreversibles. Puede suceder por agentes físicos como calor, radiaciones, congelamientos repetidos, grandes presiones, etc. o agentes químicos como ácidos o álcalis, solventes orgánicos, soluciones concentradas de urea, etc. HIDROLISIS: Se rompen las uniones peptídicas y la proteína no se puede volver a formar.
