ESTRUCTURA GENERAL DE LOS AMINOÁCIDOS

La estructura general de un aminoácido se establece por la presencia de un carbono central alfa unido a: un grupo carboxilo (naranja en la figura), un grupo amino (azul), un hidrógeno (en verde) y la cadena lateral (rojo):

"R" representa la cadena lateral, específica para cada aminoácido. Técnicamente hablando, se los denomina alfa-aminoácidos, debido a que el grupo amino (–NH2) se encuentra a un átomo de distancia del grupo carboxilo (–COOH). Como dichos grupos funcionales poseen H en sus estructuras químicas, son grupos susceptibles a los cambios de pH; por eso, al pH de la célula prácticamente ningún aminoácido se encuentra de esa forma, sino que se encuentra ionizado.

Los aminoácidos a pH bajo (ácido) se encuentran mayoritariamente en su forma catiónica (con carga positiva), y a pH alto (básico) se encuentran en su forma aniónica (con carga negativa). Sin embargo, existe un pH específico para cada aminoácido, donde la carga positiva y la carga negativa son de la misma magnitud y el conjunto de la molécula es eléctricamente neutro. En este estado se dice que el aminoácido se encuentra en su forma de ion dipolar o zwitterión.

Propiedades

Ácido-básicas.

Comportamiento de cualquier aminoácido cuando se ioniza. Cualquier aminoácido puede comportarse como ácido y como base, se denominan sustancias anfóteras.

Cuando una molécula presenta carga neta cero está en su punto isoeléctrico. Si un aminoácido tiene un punto isoeléctrico de 6,1 su carga neta será cero cuando el pH sea 6,1.

Los aminoácidos y las proteínas se comportan como sustancias tampón.

Ópticas.

Todos los aminoácidos excepto la glicina tienen el carbono alfa asimétrico, lo que les confiere actividad óptica; esto es, sus disoluciones desvían el plano de polarización cuando un rayo de luz polarizada las atraviesa. Si el desvío del plano de polarización es hacia la derecha (en sentido horario), el compuesto se denomina dextrógiro, mientras que si se desvía a la izquierda (sentido antihorario) se denomina levógiro. Un aminoácido puede en principio existir en sus dos formas enantioméricas (una dextrógira y otra levógira), pero en la naturaleza lo habitual es encontrar sólo una de ellas.

Estructuralmente, las dos posibles formas enantioméricas de cada aminoácido se denominan configuración D o L dependiendo de la orientación relativa en el espacio de los 4 grupos distintos unidos al carbono alfa. El hecho de que sea dextrógiro no quiere decir que tenga configuración D.Todos los aminoacidos proteicos son L-aminoacidos.

Químicas.

Las que afectan al grupo carboxilo, como la descarboxilación, etc

Las que afectan al grupo amino, como la desaminación.

Las que afectan al grupo R.

Clasificaciones de los Aminoácidos

Cada uno de los 20 α-aminoácidos encontrados en las proteínas se puede distinguir por la substitución de los grupos-R en el átomo del carbono-α. Existen dos clases amplias de aminoácidos de acuerdo a si el grupo-R, hidrofóbicos o hidrofílicos.

Los aminoácidos hidrofóbicos tienden a rechazar el ambiente acuoso y, por lo tanto, residen predominante dentro de las proteínas. Esta clase de aminoácidos no se ionizan ni participan en la formación de enlaces de H. Los aminoácidos hidrofílicos tienden a interactuar con el ambiente acuoso, están implicados a menudo en la formación de enlaces de H y se encuentran predominantemente en las superficies externas de las proteínas o en los sitios reactivos de las enzimas.

Dado que los aminoácidos comunes en las proteínas difieren entre si por la cadena lateral, su clasificación obedece a las propiedades química de la cadena lateral, esta puede clasificarse segun su polaridad y/o carga a pH neutro, el tipo de estructura química, su reactividad y los elementos presentes y por su habilidad para formar enlaces de hidrógeno. La siguiente tabla presenta a los aminoácidos y sus propiedades y en la página complementaria puede observarse su estructura tridimensional.

Nombre	Caracter de la cadena lateral	Grupo reactivo	polaridad	Forma puentes de H
Glicina	alifática	-	apolar	no
Alanina	alifática	-	apolar	no
Valina	alifática	-	apolar	no
Leucina	alifática	-	apolar	no
Isoleucina	alifática	-	apolar	no
Prolina	alifática	-	apolar	no
Fenilalanina	aromática	-	apolar	no
Triptofano	heterocíclo aromático	Nitrógeno arómatico	apolar	acepta
Tirosina	aromática	-OH fenólico	apolar ionizable	acepta y dona
Metionina	alifática	tioeter	apolar	acepta
Cisteina	alifática	tiol	polar ionizable	acepta y dona
Serina	alifática	alcohol primario	polar sin carga	acepta y dona
Treonina	alifática	alcohol secundario	polar sin carga	acepta y dona
Asparagina	alifática	amida	polar sin carga	acepta y dona
Glutamina	alifática	amida	polar sin carga	acepta y dona
Aspártico	alifática	ácido carboxílco	polar ionizable	acepta y dona
Glutámico	alifática	ácido carboxílco	polar ionizable	acepta y dona
Histidina	heterocíclo alifático	imidazol	polar ionizable	acepta y dona
Lisina	alifática	amino	polar ionizable	acepta y dona
Arginina	alifática	guanidio	polar ionizable	acepta y dona

Características de los Aminoácidos

Aprendamos ahora un poco mas acerca de los aminoácidos, las unidades básicas de las proteínas. Como ya se mencionó, los aminoácidos difieren entre sí primeramente por la estructura de su grupo 'R', o cadena lateral. Dos grupos importantes de aminoácidos son considerados en esta serie de lecciones: los aminoácidos aromáticos (fenilalanina, tirosina y triptófano) y los aminoácidos de cadena lateral ramificada (leucina, valina e isoleucina). Las estructuras moleculares se muestran en las Figuras 4 y 5, respectivamente. Observe que los términos 'ramificada' y 'aromáticos' describen de manera adecuada los grupos 'R' respectivos.

Figura 4: AMINOACIDOS AROMATICOS

Fenilalanina

Tirosina

Triptófano

Figura 5: AMINOACIDOS DE CADENA LATERAL RAMIFICADA

Leucina

Valina

Isoleucina

Queda claro entonces que tienen que aprenderse todo esto de memoria.

Ambos tipos de aminoácidos son producidos en rutas metabólicas con actividades enzimáticas estrictamente controladas. Debido a que las plantas deben producir todos los 20 aminoácidos requeridos para la síntesis de proteínas, cualquier producto químico que inhiba la producción de aminoácidos tendrá propiedades herbicidas.

ESTRUCTURA GENERAL DE LAS PROTEÍNAS

General

Arriba hemos descripto la estructura de los 20 aminoácidos encontrados en las proteínas y la manera principal en que estas unidades se unen mediante los enlaces peptídicos. Examinaremos, a continuación, cómo una secuencia lineal de aminoácidos genera una molécula proteica con una forma tridimensional única. La complejidad de la estructura proteica se analiza mucho mejor si se considera a la molécula en términos de cuatro jerarquías organizativas, es decir, estructuras primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria.

Estructura primaria de las proteínas

La secuencia de aminoácidos en una proteína se conoce como estructura primaria. La determinación del orden de aminoácidos en una cadena polipeptídica requiere la utilización de diversas técnicas experimentales. Primero, se analiza la composición en aminoácidos, es decir, el tipo y la cantidad de aminoácidos presentes en la proteína y se tabula. Luego, se determina la identidad de los aminoácidos en los extremos de la proteína. Finalmente, el polipéptido original se corta específicamente en fragmentos más pequeños, cuyas secuencias pueden ser determinadas. Estos fragmentos pueden, luego, ser ordenados para reconstruir la secuencia del polipéptido original. Veamos estas técnicas:

A. Composición aminoácidica de los polipéptidos:

1. Hidrólisis ácida: El primer paso para determinar la estructura primaria de una proteína es identificar y cuantificar sus constituyentes. La proteína o polipéptido a ser analizados se hidrolizan, primero, por tratamiento con ácido fuerte a 110° durante 24 horas. Este tratamiento rompe las uniones peptídicas y libera los aminoácidos individuales. Además, la glutamina y asparragina (o asparagina) se hidrolizan a glutamato y aspartato, respectivamente, mientras que el triptofano se destruye casi por completo.

2. Cromatografía: Los aminoácidos individuales, obtenidos por hidrólisis ácida de la proteína, se separan por cromatografía de intercambio iónico. En este método, se siembra una mezcla de aminoácidos sobre una columna que contiene un intercambiador iónico insoluble. En las condiciones acídicas empleadas, todos los aminoácidos poseen una carga positiva y quedan unidos a la columna de intercambio que posee una carga negativa. Cada aminoácido es liberado, secuencialmente, de la columna cromatográfica mediante elución con soluciones de fuerza iónica y pH crecientes. A medida que el pH aumenta, los aminoácidos pierden protones, primero de los carboxilos y, luego, de las cadenas laterales y grupos amino. Al ir perdiendo los protones, los aminoácidos se vuelven más negativos y se liberan de la resina. Cada aminoácido eluirá de la columna a un pH y fuerza iónica específicos.

3. Análisis cuantitativo: Los aminoácidos separados, encontrados en el eluido de la columna, se analizan cuantitativamente por calentamiento con ninhidrina, un reactivo que forma un compuesto de color azul con la mayoría de los aminoácidos, amoníaco y aminas (pero forma un derivado amarillo con el nitrógeno imino de la prolina). La cantidad de cada aminoácido se determina espectrofotométricamente, determinando la cantidad de luz absorbida por el derivado de ninhidrina. Se registra en forma continua la absorbancia de cada derivado de aminoácido en un registrador. Cada pico en el registrador corresponde a un aminoácido individual; el área debajo de cada pico es proporcional a la cantidad de ese aminoácido en particular, presente en el polipéptido original. La composición en aminoácidos se informa como residuos de cada uno por molécula proteica. El análisis, así descripto, se realiza, generalmente, mediante un analizador automático.

B. Determinación del aminoácido N-terminal.

1. Método de Sanger: Están disponibles diversos métodos para identificar al aminoácido localizado en el extremo amino terminal de la cadena polipeptídica. En el método de Sanger, el fluorodinitrobenceno reacciona con los grupos a-amino de los aminoácidos N-terminales, para formar un dinitrofenil-derivado (DNP) del aminoácido. La unión entre el grupo DNP y el aminoácido no se rompe por hidrólisis ácida suave. De este modo, el aminoácido que se ha transformado en el derivado DNP, puede ser aislado luego de la hidrólisis del polipéptido. El derivado DNP del aminoácido, que corresponde al extremo amino terminal, puede ser identificado por cromatografía de intercambio iónico.

2. Reactivo de Edman: También puede utilizarse el fenilisotiocianato, conocido como reactivo de Edman, para marcar el aminoácido N-terminal. El derivado de feniltiohidantoína (PTH) formado, puede ser clivado en forma específica del polipéptido, sin perturbar al resto de los enlaces peptídicos entre los restantes residuos aminoacídicos. El reactivo de Edman posee una ventaja frente al reactivo de Sanger: puede ser aplicado sucesivamente sobre el polipéptido acortado en el paso anterior. Usando técnicas automatizadas, la repetición de este método puede utilizarse para determinar la secuencia de más de 100 aminoácidos, comenzando desde el extremo N-terminal.

C. Determinación del aminoácido C-terminal.

1. Hidrazina: Todos los grupos carbonilo, unidos en enlace peptídico, reaccionan con hidrazina para formar hidrazonas. Sin embargo, el aminoácido C-terminal no reacciona con la hidrazina y, por lo tanto, es liberado sin modificación y puede ser separado de los residuos modificados e identificado.

2. Carboxipeptidasa: Esta exopeptidasa cliva, secuencialmente, los enlaces peptídicos comenzando desde el extremo C-terminal. El aminoácido C-terminal será, por lo tanto, el primer aminoácido liberado por la carboxipeptidasa.

D. Ruptura de los polipéptidos en fragmentos pequeños.

Lo que aparece acá (Mr) es peso molecular, la constante de acidez del grupo ALFA carboxilo, la constante de acidez del grupo amino y la constate de acidez de otro grupo que es deprotonable, que cuando lo tenga no todos tienen que tener grupos deprotonables, por ejemplo acá tenemos 10.07 de la tirosina y la verdad es que es bien poco deprotonable la cadena lateral de la tirosina.

En este otro caso tenemos el aspartato que parece nombrado como si fuese un acido carboxílico deprotonado con su base conjugada por lo tanto y puede ser nombrado como acido aspartatico y aparece con 3,65 para su cadena lateral.

Si ustedes tienen dos grupos deprotonables y hay dos constantes de acidez, digamos grupo 1 K1 y grupo 2 K2. Si K1 es mayor que K2 cual pierde el protón con mas facilidad? K1 pierde el protón con mas facilidad que k2 (no más rápido sino que con mas facilidad).

Que lo pierda con mayor facilidad no significa que lo tenga el otro grupo como que lo suelta pero no lo suelta, si no que el grupo de mayor K predomina mas las especies acidas que las bases conjugadas. Es mas predominable las sustancias acidas de K1. el grupo 2 es menos deprotonable que el grupo 1.

Si entienden eso… ahora: Cuál tiende entonces a perder más fácil su protón el que tiene su PK mayor o menor? PK menor. Si lo entendieron para dos lo entendieron para tres (K).

Qué mas sale a acá, el punto isoeléctrico, que es un valor de pH, en el cual esta molécula no tiene carga, por lo tanto la caga neta es cero.

Y el indice de hidropatia que esta acá es un valor asociado al aminoácidos que significa que entre mayor es, mas hidrofóbico será. Entonces entre mas negativo es, mas afín por el agua es.

También aparece el indice de ocurrencia en la proteína. Algunos aminoácidos son mas frecuentes, es como un indice estadístico, pero las proteína en general, tienen prácticamente todos los aminoácidos (en general, pero siempre hay excepciones).

Autorreflexión de Dino Salinas “el estudiante” respecto de esta tabla:

Hay una tabla, que contiene 20 aminoácidos, que son los aminoácidos estándares, que tienen distintos parámetros importantes, entre ellos son los PK hay aminoácidos que tienen 2 o 3 PK, y se van a deprotonar en orden creciente de los PK. También tienen pesos moleculares determinados y también aparece un indice de hidropatia, que me indica que tan hidrofobico es, entre mayor es mas hidrofobico, entre menor es mas hidrofilico y los aminoácidos tienen distinta ocurrencia en las proteínas.

La tendencia de los aminoácidos a agruparse en las proteínas, es juntarse en cuanto a su hidrofobicidad, los aminoácidos tienden a juntarse con aminoácidos parecidos en cuanto a su indice de hidropatia.

Los aminoácidos están determinados por el código genético, basado en los codones, que son tres nucleótidos para forman un aminoácido y como las mutaciones son cambios en las bases… qué seria conveniente para mantener el indice de hidropatía, si lo que codifica a un aminoácido sea similar el código a lo que codifica al aminoácido que es parecido en cuanto al indice de hidropatia. Por ejemplo si quiero cambiar la tirosina por la fenilalanina, y ambos tienen indice de hidropatia parecido, yo esperaría que el código genético que determina la tirosina sea similar al que determina a la fenilalanina, para que varíe en una base tal vez, ojala. Es interesante ya que significa que esta búsqueda de similaridad de códigos en la naturaleza aun no ha determinado en el código genético pueda utilizarse otro, para que yo produzca un error que puede ser una sustitución de una base obtenga el aminoácido parecido y así la proteína no cambia y no hay impacto en la estructura o función. La sustitución permite que cuando cambia la base lo mas probable sea q tenga el mismo aminoácido. La estructuración esta determinada en el tercer nucleótido y la base que tienda a aparearse mas débil en el complejo aminoácido aminoacil en el RNA, y se aparea el codon con el anticodon, el anticodon lo da el RNA de transferencia y el codon el ribosoma. Y como la tercera base se aparea mal, queda la patita suelta, en relación a la fenilalanina se forma un aminoácido parecido.

ACTIVIDAD: