Protidos, enlace peptidico y proteinas, Esquemas y mapas conceptuales de Biología

¡Descarga Protidos, enlace peptidico y proteinas y más Esquemas y mapas conceptuales en PDF de Biología solo en Docsity! Trabajo Practico N? 11 PROTIDOS Los prótidos o proteínas, son moléculas complejas de gran importancia biológica debida a las múltiples funciones que pueden desempenar. Constituyen en forma primordial las estructuras celulares vegetales y animales; y las reacciones químicas que ocurren en el interior de las mismas, se producen principalmente por acción de enzimas de estructura proteica. Las proteínas forman la base de las moléculas con función especifica en el organismo, por ej. la hemoglobina, el fibrinógeno plasmático (principal responsable de la coagulación sanguínea), etc. Las proteínas son ias (C, O, H, N). Algunas tienen también otros elementos como S,P, Fe, etc. Son macromoléculas que resultan de la unión de muchas moléculas pequeñas que guardan el mismo patrón estructural (unidades básicas), llamadas aminoácidos. Al analizar la secuencia de unidades que compone una proteína natural ,de origen animal o vegetal , se han encontrado 20 cl diferentes de aminoácidos que constituyen la materia prima bá: Una proteína difiere de otra en el orden mediante el cual se enlazan los aminoácidos, y de esto resultan diferencias macroestructurales que estudiaremos más adelante. No todos los 20 aminoácidos están presentes en una proteína determinada; por lo general, algunos de éstos predominan en abundancia al hacer el análisis de composición porcentual de la biomolécula.En general los aminoácidos que constituyen las proteínas son a-aminoácidos.(tienen un grupo amino y un grupo acido carboxilico unido al C-2 o C- a). La cadena lateral R es distinta para cada amnioacido. H Clasificación de los aminoácidos: Neutros ( monoaminocarboxilicos) Integran este grupo como subc! Tambien los aminoacidos neutros s aminoacidos polares y aminoacidos no polares Acidos (monoamino-dicarboxilicos): con carga neta negativa Básicos (diamino-monocarboxil Péptidos o Cuando dos o más moléculas ul y o P o de aminoácido se unen, por H¿N__ Ca C. -H,O Ha No > Nx A / SE reacción del carboxilo de una ES o O molécula con el grupo amino Á A z de la otra, etc., tiene lugar la glicina 3 alanina unión peptidica formación de moléculas de mayor tamaño, que también tienen, al menos un carboxilo y un grupo amino; reciben el nombre genérico de peptidos. La unión entre dos unidades de aminoácido se establece mediante una unión amida, que lleva el nombre de enlace peptídico. Este enlace tiene una geometría particular ya que es plano (los átomos de N y C y los cuatro átomos unidos a ellos se encuentran en el mismo plano), este se debe a que la unión C-N tiene cierto carácter de doble enlace. La unión de aminoácidos puede conducir a dipeptidos, tripeptidos, tetrapeptidos o polipeptidos, según el numero de unidades de aminoácido enlazadas. La cadena resultante posee un carboxilo libre en un extremo y un grupo amino libre en el otro extremo, por lo que la condensación puede seguir ocurriendo indefinidamente. Por esta razón s encuentra que las proteínas pueden llegar a ser moléculas de altísimos pesos moleculares Los valores más baj están alrededor de 5000, mientras que los más altos pueden llegar a ser del orden de 1000000. Cuando el tamaño molecular (expresado en términos de peso molecular) excede de cierto valor, arbitrariamente se toma el límite en un PM de 5000, la sustancia se denomina peptona; luego, con mayor PM, albunosa y finalmente proteína. Algunos valores de peso molecular de proteínas :Insulina bobina, 5700; zeina (presente en el maíz), 35.000; ovoalbumina (presente el la clara del huevo), 45.0000; hemoglobina (presente dentro de los glóbulos rojos de la sangre), 65.000; hemocianina (transportador del O, en langostinos) 625.000. CLASIFICACION DE LOS AMINOACIDOS Grupos R, No Polares 0 o í Co AA + í + 1 + o dl omega OE OCEAN Í O H¿C..H_CH, CH Ch HC H "CH Pg 2 alanina valina —— leucina CH, fenilalanina (alifatico) (alifatico) — (alifatico) (aromatico o O O Pomociclico) - - ñ CH NH: -K + O-CH-NHo CN O pa O-C.H_NH, Í X o L_ CH CH. Ho HSH, HO HO CH, <= CH, Ha Sa os - SH, triptofano isoleucina prolina metionina (arómatico (alifatico) (aa ciclico) — (aasulfurado) heterociclco) Grupos R, Polares o R on Ln O=CH,NH O=CHLNH, o 6 o 0 AS 1 CH. CH H Ho? HO” ScH, glicina serina treonlina tirosina (alifatico) (alifatico) HO (aromatico) o o H_ZNH p2! " Ñ + + 10 o SS o O-CZENH, o-C No o Ne E ¿O —NH, HN. CH, CH, Sn, o GH HON E 27 glutamina HS H¿C= y g-CH, . AS cisteina asparagina 0) NH) (aa sulfurado) cistina (puente disulfuro) Grupos R, Acidos Grupos R, Basicos í ? Ñ £ “o 2 4, NH OC NH OC H_NH; O-CHNH, oa ses 9 O. CH La CH, CH, H oc 2H O HO E á E PE pe omo DN | aspartato glutamato histidina NH, ANS lisina arginina w Reacción de Biuret * Esta reacción es positiva cuando la molécula contiene dos uniones peptídicas o mas, cercanas entre si. (tripeptidos en adelante). Se realiza tratando el prótido en solución , con CuSOy en medio alcalino de NaOH. Las proteínas dan color violeta, las peptonas (PM mayor 5000) color rojo-morado. El color desarrollado se debe a la formación de un complejo de coordinación con el Cu** (*este ensayo sirve para cuantificar proteínas; ya que hay una relación entre intensidad de color y concentracion de prótidos. Este es un método de cuantificación relativo ya que se debe comparar con un patrón de proteínas) PROPIEDADES DE LAS PROTEÍNAS Fenómenos de solubilización e insolubilización La solubilidad de las proteínas globulares depende de cuatro factores importantes: a. Efecto del pH: Cada proteína tiene un punto isoeléctrico (pH de su disolución a ala cual la carga neta de la macromolécula es cero); en ese punto no se producen repulsiones eléctricas entre moléculas vecinas, y se favorece la asociación que conduce a la precipitación de la proteína. A pH diferente al correspondiente al punto isoeléctrico, las repulsiones entre moléculas impiden la precipitación de la proteína. b. Acción de la concentración salina: A bajas concentraciones de sal disuelta; aumenta, por lo general, la solubilidad de las proteínas. Este efecto es mas acusado para sales de cationes divalentes que para sales de cationes monovalentes . A mayores concentraciones disminuye la solubilidad, y a muy altas concentraciones las proteínas pueden precipitarse, casi cuantitativamente. El (NHy)2SO, es la sal de elección para realizar la precipitación por salado. c. Efecto del disolvente: La adición a una solución acuosa de proteína , de un solvente orgánico neutro, miscible con el agua (por ej. alcohol etílico, acetona), disminuye la solubilidad de la mayor parte de las proteínas que tienden a insolubilizarse. Se atribuye este comportamiento a fenómenos de solvatación de las moléculas de las proteína. d. Efecto de la temperatura: entre O y 40 “C, la mayor parte de las proteínas sufre un aumento de su solubilidad en agua, al aumentar la temperatura. Por sobre 40 “C (40-50 “C) comienzan a desnaturalizarse, insolubilizándose, si el pH de la solución se halla en la neutralidad. Desnaturalización Cuando las proteínas son sometidas a la acción de ciertos agentes que trastornan su organización , se alteran sus propiedades físicas, químicas y biológicas naturales , y se dice que las proteínas se desnaturalizan. Cuando esto ocurre, pierden las estructuras secundaria y terciaria (y cuaternaria si la tuviere), La perdida de estructura varia, según el agente desnaturalizaste; la transformación puede ser reversible, o irreversible (que es el caso mas común). Entre los agentes desnaturalizantes mas comunes están: calor, ácidos, álcalis, solventes miscibles en agua, soluciones concentradas de electrolitos. La desnaturalización no involucra perdida de estructura primaria. Precipitabilidad Las proteínas pueden precipitarse de sus soluciones acuosas llevando el pH al valor del punto isoeléctrico correspondiente. Y también si, fuera ese valor de pH, se le agregan ¡ones de carga opuesta a las de las macromoléculas. A pH mayor que el del punto isoeléctrico (la molécula sostiene cargas negativas) son precipitadas por adición de sales de metales pesados (Fe III, Hg II). A pH por bajo del punto isoeléctrico, son precipitados por adición de aniones tales como tricloroacetato, tiosalicilato, fosfotugstato, etc. CLASIFICACION DE LAS PROTEINAS 1 Según su composición pueden clasific "simples" y proteínas PROTEINAS CONJUGADAS "conjugadas". son aquellas que al componente no proteico hidrolizarse producen únicamente — aminoácidos, Nombre (grupo prostetico) mientras que las "conjugadas” son proteínas que al Nucleoproteínas | Acidos nucléicos hidrolizarse producen también, además de los Lipoproteínas — | Lípidos aminoácidos, — Otros componentes orgánicos 0 O o . - Fosfoproteínas | Grupos fosfato inorgánicos. La porción no protéica de una proteína conjugada se denomina "grupo prostético”. Las Metaloproteínas | Metales (Fe,Fe-S,Cu,Zn,Mo,etc) proteínas cojugadas se subclasifican de acuerdo con la Hemoproteinas Hemo (Fe-Porfirina) naturaleza de sus grupos prostéticos. Glucoproteínas | Carbohidratos 2 Según su conformación Se entiende como conformación, la orientación tridimensional que adquieren los grupos característicos de una molécula en el espacio, en virtud de la libertad de giro de éstos sobre los ejes de sus enlaces . Existen dos es de proteínas que difieren en sus conformaciones caracterís "proteínas fibrosas"' y "proteínas globulares". Las proteínas fibrosas se constituyen por cadenas polipeptídicas alineadas en forma paralela. Esta alineación puede producir dos macroestructuras diferentes: fibras que se trenzan sobre si mismas en grupos de varios haces formando una "macrofibra”, como en el caso del colágeno de los tendones o la a-queratina del cabello; la segunda posibilidad so de las B-queratinas de las sedas naturales. 5 pos stencia al corte por lo que son los principale tejidos; son insolubles en agua y en soluciones salinas diluidas y en general más re desnaturalizan. Las proteínas globulares son conformaciones de cadenas polipeptídicas que se enrollan sobre si mismas en formas intrincadas como un "nudillo de hilo enredado” . El resultado es una macroestructura de tipo esférico. La mayoría de estas proteínas son solubles en agua y por lo general desempeñan funciones de transporte en el organismo. Las enzimas, cuyo papel es la catálisis de las reacciones bioquímicas, son proteínas globulares. es la formación de láminas como en el soportes estructurales de los entes a los factores que las 3 Según su función La diversidad en las funciones de las proteínas en el organismo es quizá la más extensas que se pueda atribuir a una familia de biomoléculas. Enzimas: Son proteínas cuya función es la "catalisis de las reacciones bioquímicas”. Algunas de estas reacciones son muy sencillas; otras requieren de la participación de verdaderos complejos multienzimáticos. El poder catalítico de las enzimas es extraordinario: aumentan la velocidad de una reacción, al menos un millón de vec Las enzimas pertenecen al grupo de las proteínas globulares y muchas de ellas son proteínas conjugadas. Proteínas de transporte y almacenamiento: Muchos ¡ones y moléculas específicas son transportados por proteínas específicas. Por ejemplo, la hemoglobina transporta el oxígeno y una porción del gas carbónico desde y hacia los pulmones, respectivamente. Las apolipoproteinas transportan los trigligeridos y al colesterol. En la membrana mitocondrial se encuentra una serie de proteínas que transportan electrones hasta el oxígeno en el proceso de respiración acróbica. La Ferritina almacena Fe y la Mioglobina O» Proteínas del movimiento coordinado: El músculo está compuesto por una variedad de proteínas fibrosas (ej. Actina y Miosina). Estas tienen la capacidad de modi! su estructura en relación con cambios en el ambiente electroquímico que las rodea y producir a nivel macro el efecto de una contracción muscular. Otras son las proteina de los flagelos y las cilias. Proteínas estructurales o de soporte: Las proteínas fibrosas como el colágeno y las a-queratinas constituyen la estructura de muchos tejidos de soporte del organismo, como los tendones y los hues Anticuerpos: Son proteínas altamente específicas que tienen la capacidad de identificar sustancias extrañas tales como los virus, las bacterias y las células de otros organismos. Proteínas receptoras: Son proteínas que participan activamente en el proceso de recepción de señales hormonales y de los impulsos nerviosos como en el caso de la "rodapsina" presente en los bastoncillos de la retina del ojo. Hormonas, Neuropeptidos: Hormonas: son proteínas y peptidos que participan en la regulación de procesos metabólicos (Ej Insulina); Neupeptidos: moleculas que actuan sobre neuronas (Ej.Endorfinas, que inhiben el dolor). Ribosomas, Proteínas reguladoras: Proteínas que intervienen en la decodificación de la información celular. Las proteínas de ribosomi unen a ARN y son necesarios en traducción y otras desempeñan algún papel en la regulación (activación o inhibición) de la expresión de genes para lo cual se unen al ADN. Son elementos importantes dentro del proceso de transmisión de la información genética DIFERENTES ORDENES ESTRUCTURALES DE LAS PROTEINAS Al estudiar la conformación y la estructura tridimensional de las proteínas fibrosas y globulares se han encontrado diferentes ordenes estructurales de las cadenas polipeptídicas que las conforma Para tratar de explicar esto de una forma sencilla ,realicemos el siguiente ejercicio mental: si fuésemos tan pequeños como un átomo y pudiésemos simular un acercamiento a una proteína globular, inicialmente, "desde lejos ", percibiríamos una fibra enrollándose sobre si misma como un ovillo de hilo enredada. A medida que nos vamos acercando notamos que la fibra no es una secuencia lineal sino una estructura helicoidal, como un resorte, y finalmente, al lograr el mayor acercamiento, podremos ver la secuencia de aminoácidos que conforman la hélice y que se unen entre sí mediante enlaces peptídicos. Los ordenes estructurales de las proteínas se han ificado así: 1 Estructura Primaria: Corresponde a la secuencia de aminoácidos, que en el e; longitud, se trata de una fibra casi lineal. 2 Estructura Secundari. de polipéptidos de corta : esta estructura aparece a medida que la longitud de las cadenas polipeptídicas va aumentando y también está determinada por las condiciones fisicoquímicas del medio en el que se halla la proteína. Las cadenas de aminoácidos, por su naturaleza, poseen numerosos centros polares, tanto en el enlace peptídico, como en los grupos "R" sustituyentes del carbono alfa de cada aminoácido; por esto, la fibra suele enrollarse formando una hélice que se estabiliza principalmente mediante la formación de numerosos puentes de hidrógeno entre icos polares. La estructura formada se conoce como "hélice alfa" y es estable a temperaturas relativamente bajas: ambiente o menor. pueden también alinearse formando filas de tiras paralelas, que se estabilizan entre sí por is estructuras forman finalmente una lámina plegada conocida como "lámina beta". Además de la diferencia conformacional entre la hélice-a y la lámina-f, los puentes de Hidrogeno que estabilizan la hélice-a son intra- cadena” , mientras que, en el caso de la lámina-f, estos enlaces son "inter-cadenas”. Existen otras zonas donde la organización secundaria es al azar, estas sirven de union de las estructuras antes mencionadas 3 Estructura Terciaria: Corresponde a la estructura tridimensional de la mayoría de las proteínas globulares. La helices-a y las hojas a se vuelven a enrollar en diferentes direcciones formando estructuras tridimensionales compactas, Dichas estructuras se estabilizan mediante atra: nes electrostáticas e interacciones hidrofóbicas (también puentes de hidrógeno) de los grupos que no participan en la estabilización de las estructuras secundarias. En alguno: también hay interacciones covalentes de puentes disulfuro (-S-S-) para estabilizar la estructura 3ria. Cabe mencionar que en general se pliegan de tal manera que no haya moléculas de HO en el interior, formado este casi exclusivamente por residuos hidrofobicos no polares. La superficie (en contacto con el H,0) contiene principalmente residuos hidrofilicos y cargados (ionizables). 4 Estructura Cuaternaria: algunas proteínas (especialmente las enzimas) están compuestas por varias subunidades (cadenas peptídi separadas con estructura terciaria). Estas estructuras se han denominado convencionalmente "Estructuras cuaternarias” y deben su nombre más a su carácter oligomérico, que a alguna diferencia de fondo en cuanto a su conformación, en relación con las proteínas de estructura terciaria. Las subunidades que conforman el oligoméro se estabilizan entre si mediante interacciones hidrofóbicas principalmente. La hemoglobina de la sangre es un ejemplo de este tipo de estructuras: está conformada por cuatro subunidades de mioglobina. Estructura Estructura Estructura Estructura Primaria Secundaria Terciaria Cuaternaria Residuos de aminoácidos a-Hélice CadenaPolipeptidica Subunidades Ensambladas 1) 2) 3) 4) a) b) c) d) Quimica Orgánica Aminoácidos, Péptidos y Proteínas -- Ejercicios Adicionales a) Representar con fórmulas de proyección de Fischer los siguientes aminoácidos: i) L-alanina ii) L-leucina iii) L-metionina (La metionina es un metilante biológico) b) Determinar sus configuraciones segúna la Regla de Secuencia. Ordenar los siguientes aminoácidos según su acidéz creciente: i) Serina 1i) Treonina. iii) Alanina. Completar las siguientes reacciones de la tirosina: HN COOH CH¿0H /H* HNO, ——————— —— HNO. CH,CHCl : OH Tyr | HENO, / HeNO»» ¿Mediante qué ensayos de laboratorio podrá distinguir entre los siguientes pares de aminoácidos?: Alanina de tirosina. Serina de cisteína. Triptofano de lisina. Fenilalanina de tirosina. Representar las reacciones involucradas. 5) Dados los puntos isoélectricos de los siguientes aminoácidos: Gly pI=6,0. Ser pI=5,7. Lys pI=9,7. a) Representar las formas catiónica y aniónica para c/u. b) ¿Hacia qué polo migrarán si en una electroforesis a pH = 5? c) ¿Hacia qué polo migrarán si en una electroforesis a pH = 7? d) ¿Hacia qué polo migrarán si en una electroforesis a pH = 10? e) ¿En qué rango de pH deberá trabajarse una electroforesis para que la glicina y la serina migren hacia polos opuestos? f) ¿En qué condiciones de pH podrán separarse los tres aminoácidos? 6) En la hidrólisis parcial de un péptido se obtuvieron los siguientes compuestos: Hle-Ser Phe-Ala-Gly Gly-Leu-Met Ala-Gly-Leu Val-Phe-Ala Ser-Val Ser-Val-Phe La hidrólisis total demostró que dicho péptido contiene una unidad de c/u de los aminoácidos. a) Representar el péptido, así como su hidrólisis total. b) ¿Qué aminoácido se liberará con la enzima carboxipeptidasa? ¿Mediante qué ensayo puede identificarse la liberación de dicho aminoácido? 7) El aspartamo es un producto edulcorante conocido comercialmente como NutraSweet?. Químicamente es un dipéptido , del cual se conoce la siguiente información: - — Su hidrólisis ácida da como productos fenilalanina, ácido aspártico y metanol. - El ensayo con carboxipeptidasa arroja como producto 2-amino-3-fenilpropanoato de metilo. Representar la estructura del aspartamo, así como las reacciones mencionadas. 8) ¿Cuál es la diferencia entre la desnaturalización y la hidrólisis de una proteína?