Aminoácidos, péptidos y proteínas: introducción a su clasificación y propiedades

Tema X
AMINOÁCIDOS, PÉPTIDOS Y PROTEÍNAS

1. Introducción
2. Clasificación de los aminoácidos
3. Estereoquímica
4. Propiedades
5. Algunas reacciones biológicas
6. Péptidos y proteínas
6.1. Introducción
6.2. Secuenciación de péptidos y
proteínas
6.3. Estructura de péptidos y
proteínas
Índice

- Los aminoácidos son ácidos carboxílicos que contienen una función amina. En
determinadas condiciones el grupo amina de una molécula y el carboxilo de otra
reaccionan uniendo ambos aminoácidos mediante un enlace amida.
-Los enlaces amida entre aminoácidos se conocen como enlaces petídicos y el
producto formado por la unión de dos aminoácidos se llama dipéptido.
-La cadena peptídica puede extenderse mediante la incorporación de otros
aminoácidos (tripéptidos, tetrapéptidos, etc.). Los polipéptidos contienen muchas
unidades de aminoácidos.
-Las proteínas son polipéptidos que contienen más de 50 aminoácidos, son
polímeros formados por 100-300 aminoácidos.
-Las proteínas ejercen muy diversos papeles en los seres vivos: la seda, el pelo, los
músculos, el tejido conectivo y casi todos los enzimas son proteínas.
1. Introducción

- Se clasifican como α, β, γ, etc. De acuerdo con la localización del grupo amino
en la cadena carbonada que contiene el ácido carboxílico.
-Aunque se conocen más de 700 aminoácidos naturales diferentes, hay un grupo de
20 α-aminoácidos que se encuentran normalmente presentes en las proteínas.
Todos ellos, excepto la prolina, responden a la misma estructura general:
Prolina
C O 2
N H 3

C
O
2
H
3
N 



C
O
2
H
3
N

Ácido 1-aminociclopropanocarboxílico: es un α-aminoácido y es el precursor
biológico del etileno en la plantas.
Ácido 3-aminopropanoico: conocido como β-alanina. Es un β-aminoácido que
constituye una de la unidades estructurales de la coenzima A .
Ácido γ-aminobutanoico: Conocido como ácido γ-aminobutírico (GABA). Es
un γ-aminoácido y es el principal neurotransmisor inhibitorio cerebral.
H 3 N C H C
R
O
O


C O 2
H 2 N

Nombre Abreviación Estructura
Aminoácidos con extremos de cadenas non polares
Glicina Gly(G)
Alanina Ala (A)
Valina Val(V)
Leucina Leu(L)
Isoleucina Ile(I)
Metionina Met(M)
H 2 N
O
O H
N H
2
O
O H
N
H
2
O
O
H
N
H
2
O
O
H
N
H
2
O
O
H
N
H
2
S
O
O
H
Prolina Pro(P)
fenilalanina Phe (F)
Triptófano Trp(w)
Aminoácidos con extremos de cadenas polares pero no
ionizados
Asparagina Asn(N)
Glutamina Gln (Q)
N
H
O
O
H
N
H
2
O
O
H
H
2
N
H
N
O
O
H
N
H
2
O
H
2
N
O
O
H
N
H
2
O
H
2
N
O
O
H

Aminoácidos con extremos de cadena polares pero no
ionizados
Serina Ser (S)
Treonina Thr(T)
Aminoácidos con extremos de cadenas ácidos
Ácido
apártico
Asp(D)
Ácido
glutámico
Glu (E)
Tirosina Tyr(Y)
N H 2
H O
O
O H
N
H
2
O
H O
O
H
N
H
2
O
H
O
O
O
H
N
H
2
O
H
O
O
O
H
Cisteína Cys(C)
Aminoácidos con extremos de cadena básicos
Lisina Lys(K)
Arginina Arg (R)
Histidina His (H
N
H
2
H
O
O
O
H
N
H
2
H
S
O
O
H
N
H
2
H
2
N
O
O
H
N
H
2
N
H
N
H
H
2
N
O
O
H
N
H
2
H
N
N
O
O
H
2-Clasificación de los aminoácidos

- La glicina es el aminoácido más sencillo y es aquiral.
-En los demás -aminoácidos el carbono  es un centro estereogénico.
- Las configuraciones se especifican mediante la notación D y L. Todos los
aminoácidos que provienen de proteínas tienen configuración L, aunque se conocen
α-aminoácidos naturales de la serie D.
3. Estereoquímica
C
O
2
H
3
N H
H
C
O
2
H
3
N
H
R
C
O
2
N
H
3
H
R
Glicina
(Aquiral)
L-aminoácido
(Proyección de Fischer y en perspectiva)

- El cambio de la configuración en aquellos aminoácidos que poseen sólo un centro
estereogénico conduce a la obtención de su enantiómero. Para un aminoácido con
más de un centro estereogénico el cambio de configuración del carbono α de L a D da
lugar a un diastereoisómero.
CO2
H3N H
CH2CH3
H3C H

C O 2
H N H 3
C H 2C H 3
H 3 C H

3. Estereoquímica
L-Isoleucina D-Allo-Isoleucina

- Los aminoácidos son sustancias mucho más polares de lo que uno esperaría de
acuerdo con su fórmula molecular.
- Las propiedades que presentan, sólidos cristalinos solubles en agua, se atribuyen al
hecho de que la forma estable es un zwitterión o sal interna.
- Los aminoácidos son anfóteros, contienen un grupo ácido y uno básico.
4. Propiedades
Formas zwitteriónicas de un aminoácido
H
3
N
C
H
C
R
O
O
H
2
N
C
H
C
R
O
H
O
H 3N C H C
R
O
O
H 2N C H C
R
O
O
H 3N C H C
R
O H
O
-H +
+H +
-H +
+H +
Especie presente
en medio ácido
Especie presente
en medio básico
Zwitterión
Especie presente
en medio neutro

Curva de valoración de la glicina.
- Valores de pH menores que pKa1: la especie a es la mayoritaria.
- Valores entre pKa1 y pKa :la principal especie es el zwitterión (b). La concentración
del zwitterión es máxima en el punto isoeléctrico pI.
- Valores superiores a pKa2: la especie c es la presente en mayor concentración.
a b c
4. Propiedades
H 3N C H C
R
O
O
H 2N C H C
R
O
O
H 3N C H C
R
O H
O
-H +
+H +
-H +
+H +

-La glicina se caracteriza por dos pKa: uno corresponde a la posición más ácida
(pKa1) y el otro a la menos ácida (pKa2). Otros aminoácidos con cadenas laterales
neutras presentan valores de pKa similares a los de la glicina.
- El punto isoeléctrico pI corresponde al valor de pH para el cual el aminoácido no
tiene carga neta, corresponde a un máximo en la concentración del zwitterión.
4. Propiedades
Aminoácido pKa1 pKa2 pI
Glicina 2.34 9.60 5.97
Alanina 2.34 9.69 6.00
Valina 2.32 9,62 5.96
Leucina 2.36 9,60 5.98
Isoleucina 2.36 9,60 6.02
Metionina 2.28 9,21 5.74
Prolina 1.99 10.60 6.30
fenilalanina 1.83 9,13 5.48
Triptofan 2.83 9,39 5.89
Asparagina 2.02 8,80 5.41
Glutamina 2.17 9,13 5.65
Serina 2.21 9,15 5.68
Treonina 2.09 9,10 5.60
pKa1:ionización del grupo carboxílico; pKa2: deprotonación del ión amonio

- Aquellos aminoácidos que poseen cadenas laterales que contienen grupos ácidos o
básicos se caracterizan mediante tres valores de pKa. El valor del pKa extra (puede
ser pKa2 o pKa3) refleja la naturaleza de la función presente en la cadena lateral.
- Los puntos isoeléctricos de estos aminoácidos se encuentran a medio camino entre
los valores de los pKa del monocatión y del monoanión.
- Las propiedades ácido-base de la cadena lateral de los aminoácidos son
importantes tanto para las propiedades de las proteínas que los contienen como
para el análisis de mezclas de aminoácidos que pueden ser separados en base a su
capacidad para dar o aceptar protones.
4. Propiedades
Aminoácido pka1 pKa2 pKa3 pI
Ácido Aspártico 1.88 3.65 9.60 2.77
Ácido Glutámico 2.19 4.25 9.67 3.22
Tirosina 2.20 9.11 10.07 5.66
Cisteína 1.96 8.18 10.28 5.07
Lisina 2.18 8.95 10.53 9.74
Arginina 2.17 9.04 12.48 10.76
Histidina 1.82 6.00 9.17 7.59

- El ácido glutámico se forma en la mayoría de los organismos por reacción de ácido
α-cetoglutárico y amoníaco. El ácido α-cetoglutárico, intermedio del ciclo de Krebs, se
forma a partir de la rotura metabólica de carbohidratos, grasas y proteínas
provenientes de los alimentos.
- El proceso es una aminación reductora (formación de imina y reducción de ésta)
catalizada por un enzima y por acción de un agente reductor (un coenzima). La
reducción de la imina intermedia tiene lugar de forma estereoselectiva dando lugar
únicamente al ácido L-glutámico.
- El ácido L-glutámico no es, por tanto, un aminoácido esencial. No es necesario
tomarlo en la dieta ya que los animales pueden sintentizarlo.
Ácido α-cetoglutárico Ácido L-glutámico
O
O
H
O
H
O
O
N
H
3
N
H
2
O
H
O
O
O
H
E
n
z
i
m
a
A
g
e
n
t
er
e
d
u
t
o
r
+

-El ácido L-glutámico es un intermedio clave en la síntesis de otros aminoácidos,
por ejemplo la L-alanina, mediante un proceso conocido como transaminación.
O
O H
O
H O
O
N H 3
O
H O
O
O
+
O
O
O H
N H 3
O
O
+
E nzim as
Ácido pirúvico ácido L-glutámico L-Alanina Ácido α-cetoglutámico
ácido L-glutámico Ácido pirúvico Imina Imina reordenada
1era etapa: la formación de la imina 2º etapa: Un enzima cataliza la transferencia de l protón para
obtener un nuevo isómero de la imina
N H 2
O
H O
O
O
O
O
H O
N
O
H O
O
O
O
H O
+ 1 º e t a p a N
O
H O
O
O
O
H O
H
2 º e t a p a
b a s e
H - á c i d o
3º etapa: La hidrólisis de la iminia reordenada conduce al formación del anilina y ácido α-cetoglutámico
N
O
H
O
O
O
O
H
O
+
H
2
O O
O
H
O
O
O
O
H
O
H
2
N
+
Imina reordenada Ácido α-cetoglutárico L-Alanina

- La L-fenilalanina se clasifica como un aminoácido esencial que sirve como
precursor biológico de su derivado p-hidroxilado, la L-tirosina.
- Algunas personas carecen del enzima necesario para dicha transformación y la L-
fenilalanina que toman en su dieta sufre un proceso metabólico diferente formando
ácido fenilpirúvico:
-El ácido fenilpirúvico puede provocar retraso mental en niños (fenilcetonuria).
-La descarboxilación de la histidina, por ejemplo, produce histamina, un potente
vasodilatador presente normalmente en los tejidos. La histamina es responsable de
muchos síntomas asociados con alergias, los antihistamínicos reducen los síntomas
mediante el bloqueo de la acción de la histamina.
L - f e n ila n la n in a
N H 2
O
O H
E n z im a s
Á c id o f e n ilp ir ú v ic o
O
O
O H
H2N
HN
N
NH2
HN
N
O
OH Enzimas
-CO2
Histidina Histamina

La química del cerebro y del sistema nervioso central se ve afectada por la presencia
de los neurotransmisores, algunos de ellos formados a partir de tirosina.
N H 2
O
O H
H O
H O
N H 2
H O
O
O H
N H 2
H O
H O
H O
O H
N H 2
H O
T i r o s i n a 3 , 4 - d i h i d r o x i f e n i l a l a n i n a
D o p a m i n a
E p i n e f r i n a
( A d r e n a l i n a )
H O
O H
N
H
H O
n o r e p i n e f r i n a
( N o r a d r e n a l i n a

En péptidos, polipéptidos y proteínas los aminoácidos se unen unos a otros
mediante enlaces amida. El enlace amida entre un grupo amino de una aminoácido
y el carboxilo de otro se denomina enlace peptídico.
- Por acuerdo las estructuras peptídicas se escriben de manera que el grupo amino
se escribe a la izquierda y el carboxilo a la derecha. Así los extremos izquierdo y
derecho de los péptidos corresponden al extremo amino y al carboxílico,
respectivamente. La alanina es el aminoácido N-terminal en la alanilglicina y la
glicina es el aminoácido C-terminal.
- El orden preciso de enlace en un péptido es su secuencia de aminoácidos y se
especifica usando las abreviaturas de tres letras correspondientes a cada aminoácido
conectadas por guiones.
- Los aminoácidos individuales que componen un péptido son llamados residuos.
6.1. Introducción
H
N
O
O H
N H 2
O
A l a n i l g l i c i n a
A m i n o á c i d o N - t e r m i n a l
A m i n o á c i d o C - T e r m i n a l
G l i c i n a
A l a n i n a

Hechos estructurales importantes:
- El enlace peptídico muestra una geometría plana.
- La conformación más estable con respecto a dicho enlace tiene los dos carbonos 
en anti, uno con respecto al otro.
- La rotación en torno al enlace amida es lenta debido a la deslocalización del par
electrónico sin compartir del nitrógeno en el grupo carbonilo, lo que da al enlace C-
N cierto carácter de enlace doble.
6.1. Introducción

La encefalina es un pentapéptido.
6.1. Introducción

Algunos péptidos presentan modificaciones estructurales, un ejemplo es la
oxitocina.
6.1. Introducción

ANÁLISIS DE AMINOÁCIDOS EN PÉPTIDOS Y PROTEÍNAS
-Existen distintos niveles en la estructura peptídica, uno de ellos es la estructura
primaria, que consiste en la secuencia ordenada de aminoácidos que forman la
cadena completa y que resulta, en gran medida, determinante del resto de los
niveles estructurales del péptido o la proteína.
- La determinación de ésta, por tanto, ha resultado un enorme avance para la
bioquímica (F. Sanger, premio Nobel de Química 1958). La estrategia básica
consiste en :
1.Determinar qué aminoácidos están presentes y en qué relación molar.
2. Romper el péptido en pequeños fragmentos, separarlos y determinar su
composición en aminoácidos.
3. Identificar los aminoácidos de N y C terminales del péptido original y de cada
fragmento.
4. Organizar la información de manera que los fragmentos puedan unirse para
revelar la secuencia completa.
6.2. Secuenciación de péptidos y proteínas

1. Análisis de aminoácidos.
Se lleva a cabo la hidrólisis completa de los enlaces peptídicos mediante el
tratamiento con disolución acuosa de HCl 6M y calefacción durante 24 h.
La mezcla de aminoácidos se separa mediante cromatografía de intercambio iónico
(basada en las diferentes propiedades ácido-base) y se establece la proporción
coloreando los residuos (con ninhydrina).
El proceso se encuentra totalmente automatizado y sólo requiere del orden de 10-5-
10-7 g de péptido.

2. Hidrólisis parcial del péptido.
- La hidrólisis enzimática (petidasas, proteasas o enzimas proteolíticas) es una
hidrólisis selectiva que permite convertir el péptido en fragmentos más
pequeños.
- Por ejemplo, un grupo de enzimas pancreáticas, conocidas como
carbopeptidasas, catalizan sólo la hidrólisis del enlace peptídico del
aminoácido C-terminal. La tripsina, enzima digestivo del intestino, cataliza
sólo la hidrólisis de los enlaces peptídicos que involucran al grupo carboxilo de
la lisina o arginina. Así, otras muchas enzimas digestivas se usan en al
hidrólisis selectiva de péptidos.
H
N
C
H
C
R
O
H
N
C
H
C
R
'
O
H
N
C
H
C
R
'
'
O
El sitio catalizado de la Quimotripsina
cuando R’ es un grupo aromático

3. Análisis de los residuos terminales.
- Una secuencia de aminoácidos es ambigua a no ser que se conozca el sentido
en que debe leerse. Es necesario conocer cuál es el extremo N y C- terminal.
- Como vimos antes, la hidrólisis catalizada por carbopetidasas rompe el
aminoácido C-terminal, lo que permite identificarlo.
- Para identificar el aminoácido N-terminal se suele aprovechar que el grupo
amino puede actuar como nucleófilo (frente a la menor nucleofilia de los N que
forman parte de los enlaces amida).

O 2 N
N O 2
F + H 2 N C H C
C H ( C H 3 ) 2
O
H
N C H C
C H 2 C 6 H 5
O
H
N C H 2 C
O
H
N C H C
C H 3
O H
O
1 - f l u o r o - 2 , 4 - d i n i t r o b e n c e n o V a l - P h e - G l y - A l a
O 2 N
N O 2
C H C
C H ( C H 3 ) 2
O
H
N C H C
C H 2 C 6 H 5
O
H
N C H 2 C
O
H
N C H C
C H 3
O H
O
D N P - V a l - P h e - G l y - A l a
O 2 N
N O 2
C H C O H
C H ( C H 3 ) 2
O
H 2 N C H C O H
C H 2 C 6 H 5
O
H 2 N C H 2 C O H
O
H 2 N C H C
C H 3
O H
O
+ + +
D N P - V a l P h e G l y A l a

Un ejemplo: la cadena B de la insulina
- La reacción de la cadena peptídica con 1-fluoro-4-nitrobenceno determina el
extremo N-terminal.
- La hidrólisis catalizada por pepsina dan cuatro péptidos (en azul) pero sin
puntos de solapamiento entre ellos.
- Los péptidos en rojo llenan los espacios entre los representados en azul.
- La secuencia en amarillo se aísla mediante la hidrólisis catalizada por tripsina.

La degradación de Edman (P. Edman) permite el análisis secuencial y
automatizado de péptidos basada en un método estándar para analizar el residuo
N-terminal, simplemente empezando por el extremo N-terminal y continuando
hacia el C-terminal, identificando un aminoácido detrás de otro.
Mejora en la secuenciación de pétidos: degradación
de Edman y secuenciación automatizada.
+ H2N CH C
R
O
H
N PÉPTIDO
fenilisotiocyanato
N C S
H
N CH C
R
O
H
N PÉPTIDO
HN C
S
N CH
C
R
O
H
N PÉPTIDO
H
N
C
S
N CH
C
R
O
H2N PÉPTIDO
H
N
C
S
H
+
HCl
N CH
C
R
O
H
N
C
S
Cl-
H
Cl
HN CH
C
R
O
H
N C
S
Cl
HN CH
C
R
O
N
C
S
Cl
H
HN CH
C
R
O
N
C
S

ESTRUCTURA SECUNDARIA EN PÉPTIDOS Y PROTEÍNAS
- La estructura secundaria de un péptido consiste en la relación conformacional
del aminoácido vecino más cercano con respecto a otro.
- L. Pauling y R. B. Corey establecieron que ciertas conformaciones peptídicas eran
más estables que otras.
- Dos disposiciones especialmente estables son: la hélice α y la hoja plegada β.
- Ambas conformaciones se basan en:
- La geometría del enlace peptídico es plana y la cadena principal se dispone en
conformación anti.
- Se pueden formar enlaces de hidrógeno cuando el grupo N-H de un residuo y el
grupo C=O de otro se encuentran próximos en el espacio. Aquellas
conformaciones que maximizan el número de estos enlaces se encuentran
particularmente estabilizadas.
6.3. Estructura de péptidos y proteínas

Hoja plegada β o lámina β
En esta disposición los aminoácidos forman una
cadena en forma de zigzag, mediante la formación de
enlaces de hidrógeno entre los grupos N-H y los C=O
de cadenas adyacentes antiparalelas. Ej: fibroína de la
seda.
Hélice α
Se forma al enrollarse la estructura primaria
helicoidalmente sobre sí misma. Se debe a la
formación de enlaces de hidrógeno entre el -C=O de
un aminoácido y el -NH- del cuarto aminoácido que le
sigue. Ej: queratina del pelo, cuernos, uñas, lana.

ESTRUCTURA TERCIARIA EN PÉPTIDOS Y PROTEÍNAS
- La estructura terciaria de una proteína consiste en el plegamiento de la cadena.
La forma en que se pliega la cadena afecta tanto a sus propiedades físicas como a su
función biológica.
- Las proteínas estructurales, tales como las presentes en la piel, el pelo, los
tendones, la lana o la seda, pueden tener una estructura secundaria tanto de hélice 
como de hoja plegada β, pero en general tienen una forma alargada de longitud
varias veces el diámetro de la cadena. Se denominan proteínas fibrosas y tienden a
no ser solubles en agua.
- Otras proteínas, incluyendo la mayoría de los enzimas, operan en agua. Éstas se
denominan globulares y tienen una forma más o menos esférica:
Mioglobina

La estructura terciaria de una proteína depende de diversos factores:
- Su estructura primaria y secundaria.
- Su entorno. En proteínas globulares la parte lipofílica se sitúa hacia el interior y los
grupos polares en la superficie. El estado nativo de una proteína es la estructura
terciaria en la cual expresan su actividad biológica.
- Conocer el plegamiento de la proteína permite entender el mecanismo por el que
un enzima cataliza las reacciones. Ej: carboxipeptidasa.
- La región interna del enzima donde se localizan los grupos funcionales que
participan en la actividad catalítica se conoce con el nombre de sitio activo.

COENZIMAS
- Los coenzimas, cofactores o grupos prostéticos interaccionan tanto con los enzimas
como con el sustrato para producir los cambios químicos correspondientes que la
proteína no puede hacer por sí misma (ej: reacciones de oxidación o reducción).
- El grupo prostético hemo (una porfirina) se encuentra rodeado por la mioglobina
(proteína del músculo). Esta proteína es capaz de almacenar el oxígeno gracias a que
éste se coordina al Fe2+ del grupo hemo, que no se oxida a Fe3+ (incapaz de unirse a
oxígeno) porque se encuentra protegido por esta proteína.

ESTRUCTURA CUATERNARIA DE LAS PROTEÍNAS: HEMOGLOBINA
- Algunas proteínas están formadas por ensamblaje de dos o más cadenas. La forma
en que estas subunidades se encuentran organizadas se denomina estructura
cuaternaria.
- La hemoglobina es una proteína de la sangre encargada del transporte de oxígeno,
uniéndose a éste y transportándolo hasta los músculos donde se almacena en la
mioblobina. La hemoglobina se une a oxígeno de la misma forma que la mioglobina,
a través del grupo hemo, pero es mucho más grande que ésta. La hemoglobina es un
ensamblaje de cuatro grupos hemo y cuatro cadenas protéicas, dos llamadas α y dos
β.
- Algunas sustancias, por ejemplo CO, mucho más fuertemente al Fe que el oxígeno
por lo que interfieren con el transporte y almacenamiento de oxígeno pudiendo
provocar resultados letales.
hemoglobin protease,
Escherichia coli
(http://www.pdb.org/)
DOI:10.1074/jbc.M412885200

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