Peptidos

Material elaborado por F. Agius, O. Borsani, P.Díaz, S. Gonnet, P. Irisarri, F. Milnitsky y J. Monza. Bioquímica. Facultad de Agronomía.

PEPTIDOS Y PROTEINAS

• Los péptidos y las proteínas están formados por aminoácidos

Los péptidos y proteínas resultan de la condensación del grupo carboxilo (-COOH) de un
aminoácido con el grupo amino ( 2) de otro, con la eliminación de una molécula de
-NH
H2O. La condensación de moléculas con pérdida de agua y la ruptura de enlaces por
hidrólisis son procesos comunes a todas las biomoléculas.
H
H2N—CH—C=O N—CH—C=O
OH H OH
R1 R2
H2O

O

H2N—CH—C—--N—CH—C=O
OH
R1 H R2

enlace peptídico

El enlace covalente resultante se denomina enlace peptídico y su hidrólisis, es decir la
ruptura por incorporación de H2O, libera aminoácidos: los polipéptidos y proteínas son
moléculas que por hidrólisis rinden aminoácidos. Estos procesos a nivel biológico son
más complejos que lo representado arriba y los detalles los veremos en Síntesis Proteica
(condensación de aminoácidos para dar proteínas) y digestión de proteínas (hidrólisis de
proteínas que da aminoácidos).

• Las proteínas son macromoléculas

En términos promedio las proteínas están formadas por 200-300 aminoácidos y su peso
molecular supera los 10.000 dalton: son macromoléculas.

Tanto los polipéptidos como las proteínas son cadenas aminoacídicas no ramificadas. La
diferencia entre ellos es la masa molecular, relacionada a su vez con la cantidad de
aminoácidos y el peso molecular de éstos.

Una manera de separar proteínas de otros compuestos de menor tamaño es por un
procedimiento llamado diálisis. La diálisis se basa en la particularidad de un tipo de
membranas que permiten el pasaje de moléculas pequeñas a través de sus poros, pero
no de las macromoléculas. Más información al respecto encontrará en cualquiera de los
libros de texto sugeridos en la bibliografía del curso.


• Los péptidos y proteínas tienen residuos -N terminal y -C terminal

Cada uno de los elementos de la cadena polipeptídica ya no es un aminoácido, aunque a
veces nos refiramos a ellos con ese término, sino un producto de condensación al que se
le denomina residuo.
Como el enlace peptídico se da entre el grupo carboxilo y amino de los aminoácidos, la
cadena polipeptídica tendrá un extremo amino libre, N terminal, (que se representa a la
izquierda), y un extremo carboxilo libre, C terminal (que se representa a la derecha).

Número de residuo à 1 2 3 4 5 6 7 8 9
ser – val – val – ala – fen – glu – met – ala - arg

Extremos N-terminal C-terminal
1 el 2 al 8 son residuos internos 9

• Polipéptidos y proteínas participan en variadas funciones biológicas

Estas biomoléculas son las que exhiben una mayor diversidad de funciones biológicas,
algunas de las cuales se enumeran a continuación:

Ø Estructural, integran diferentes estructuras como los "tubos" del citoesqueleto, la
lana, el cuero.

Ø Enzimática, todas las enzimas son proteínas y aceleran la velocidad de las
reacciones metabólicas.

Ø Movilidad, la actina y la miosina, proteínas del músculo, son responsables del
acortamiento y extensión de estos órganos.

Ø Transporte, la hemoglobina de los eritrocitos transporta O2 y parcialmente del CO2.
Otra proteína, la mioglobina, se encarga del transporte de O2 en las células
musculares.

Ø Inmune, las inmunoglobulinas o anticuerpos son encargadas del reconocimiento de
otras moléculas (antígenos) y están relaciondas al mantenimiento de la individualidad,
dado que reconocen como extrañas a distintas sustancias, por lo general, exógenas.

Ø Hormonas, algunas hormonas son péptidos o proteínas como la insulina y la
somatotropina.

Ø Toxinas, muchas sustancias de este tipo son de naturaleza proteica, como la toxina
diftérica, la botulínica, la ricina presente en la semilla de ricino y venenos de ofidios.

Ø Receptores de membrana , le permiten a la célula un relacionamiento diferencial con
el medio, dado que no todas las células tienen los mismos. Un ejemplo son los


receptores hormonales, cada hormona tiene un receptor específico y la unión de la
hormona a su receptor le da a la célula la señal para iniciar la respuesta metabólica.

Un aspecto que merece ser resaltado es la especificidad de algunas proteínas. Este
concepto será visto muchas veces a lo largo del curso a propósito de las enzimas. Sin
embargo, hay otras proteínas como los transportadores y receptores de membrana que
implican necesariamente procesos específicos.

• La función biológica de los polipéptidos y proteínas está determinada
por la secuencia de aminoácidos

La hidrólisis de cualquier proteína libera siempre los 20 aminoácidos. Entre proteínas
distintas los aminoácidos varían en la secuencia, número y en el porcentaje en que cada
uno de ellos se encuentra. En el caso de los péptidos pequeños, al ser moléculas
formadas por pocos aminoácidos pueden no estar representados todos.

La unión entre aminoácidos para formar una proteína está dirigida por el ADN,
concretamente por una región del ADN denominada gen. Simplificado este concepto, se
puede asumir que un gen à una proteina. Para empezar a comprender este proceso,
que será motivo de estudio de la Unidad II del curso, podemos analizar la Síntesis
Proteica a través del esquema que aparece a continuación.

Ribosoma, rARN
-A U-
-A U-
-A U- mARN
-T A- UUUACCGGC
-G C-
-G C- AAAUGG CCG
-C G-
-C G- tARN
-G C-
Fen Tre Gli

ADN mARN Enlace peptídico
PROTEINA


Estructura de las proteínas

• La estructura primaria de una proteína está dada por la secuencia de
aminoácidos

Los aminoácidos pueden unirse entre sí sin restricciones en cuanto a la cantidad de veces
que se repiten, para formar proteínas. La secuencia y número de aminoácidos, unidos
entre sí por enlace peptídico, constituyen el nivel elemental de su estructura: la
estructura primaria de una proteína.

Estructura primaria de la ins ulina

• La estructura tridimensional de las proteínas depende de la secuencia
de aminoácidos

Las proteínas adquieren una conformación espacial que depende de las secuencias de
sus aminoácidos. Una determinada secuencia aminoacídica se ordenará
espontáneamente siempre igual porque los – R que interactúan son los mismos y están a
la misma distancia. Así, las moléculas se ordenarán espacialmente siempre de la misma
forma, a un determinado pH y temperatura, entre otros factores.

De esta forma, en un medio a cuoso, los -R apolares de los aminoácidos tenderán a
orientarse hacia el interior de la molécula para interactuar con otros grupos apolares y
evitar el contacto con el agua. Los -R polares, por el contrario, se situarán hacia la parte
externa de la molécula e interaccionarán con el agua.

La flexibilidad de la cadena aminoacídica permite que grupos -R alejados en la estructura
primaria se encuentren próximos cuando la molécula se pliega. En su estado nativo las
proteínas se encuentran plegadas según patrones tridimensionales específicos que se
denominan conformación, determinada por la secuencia de aminoácidos. La
conformación de una proteína, resulta principalmente de un conjunto de interacciones no
covalentes entre los -R de los aminoácidos y de ellos con el medio acuoso en que se
encuentran. Del plegamiento de la proteína resulta la conformación con menor energía, es
decir la forma más estable.


• Estructura secundaria: proteínas fibrilares

La estructura secundaria, plegamiento inicial de las proteínas, incluye dos ordenamientos
espaciales básicos, la á-hélice y la lámina plegada o â-hélice. En estos ordenamientos
los puentes de hidrógeno, interacciones no covalentes entre grupos >N-H y >C=O de
grupos adyacentes, estabilizan la molécula.

>NH ||||||||| OC-

• á-hélice. La disposición espacial á -hélice dextrógira (el giro es a la derecha
cuando se observa a la cadena desde el amino terminal) la presentan proteínas
como la á-queratinas, el pelo, la lana, la sustancia córnea de los cuernos y las
pezuñas.


Lámina plegada o â-hélice. Las proteínas fibrosas como la seda, tienen ordenamiento â.
La figura muestra esta disposición que, según la dirección de las cadenas, puede ser
paralela o antiparalela. Las hélices á y hojas â adoptan ordenamientos lineales, por eso a
las proteínas con este predominio se denominan fibrilares.

Lámina plegada antiparalela

• Estructura terciaria: proteínas globulares

La estructura terciaria corresponde al ordenamiento tridimensional de la molécula
plegada, es decir con regiones con estructura secundaria. De esta forma, las proteínas
con estructura terciaria o cuaternaria incluyen amplias regiones bajo forma
secundaria. pero presentan además otras interacciones (fuerzas estabilizadoras). Vea los
esquemas que aparecen a continuación.


Proteínas con estructura terciaria en las que se señalan las regiones bajo estructura secundaria.

Entre las fuerzas estabilizadoras de la estructura terciaria se encuentran:
• Interacciones hidrofóbicas entre -R apolares, los –R hidrofóbicos se orientan hacia
el interior de la molécula, dado que hacia el exterior de la misma se encuentra el
medio acuoso.
• Interacciones electrostáticas, se dan entre residuos cargados como el de un -R
ácido (- COO-) y el de un -R básico (- +NH3). Las proteínas en general tienen pocas
interacciones electrostáticas, por lo que contribuyen poco a su estabilidad.
• Enlaces covalentes, entre dos residuos cisteína de la misma o diferente cadena se
pueden formar puentes disulfuro. Estos enlaces se dan una vez que la proteína se
ordenó espacialmente y más que participar en el plegamiento parecen estabilizar la
estructura después de lograda. No son abundantes en proteínas intracelulares pero si
proteínas extracelulares o de membrana celular.

Representación de una proteína con estructura terciaria señalando distintas fuerzas estabilizadoras


Otras interacciones como fuerzas de Van der Waals, puentes de hidrógeno entre alcohol-
ácido e interacciones con metales puede verlas en los textos sugeridos en la Bibliografía.

• Estructura cuaternaria: proteínas oligoméricas

Esta categoría incluye algunas moléculas proteicas que interaccionan con otras moléculas
de proteicas y producen estructuras complejas y de gran tamaño. Las proteínas con esta
estructura se conocen como proteínas oligoméricas y cada subunidad o monómero,
corresponde a un oligómero. Un ejemplo de este tipo de proteína es la hemoglobina,
proteína formada por cuatro oligómeros, dos cadenas á y dos â: es un tetrámero á2 â2.
Esto quiere decir que la proteína está formada por 4 cadenas, 2 cadenas á iguales entre
si y 2 cadenas â iguales entre sí. Cada molécula se une a un hemo, según se muestra en
la figura.

Las proteínas ribosómicas, algunas proteínas de membrana celular y muchas enzimas
son ejemplos de estructuras cuaternarias, en las que monómeros se ensamblan entre si.

Recuerde que:
• El ordenamiento espacial de una proteína es consecuencia de su plegamiento.
• El plegamiento surge como resultado de las interacciones entre los -R.
• Las proteínas con distinta secuencia se p legarán distinto y las que tienen igual
secuencia lo harán siempre de la misma forma, si las condiciones de temperatura,
pH y fuerza iónica son las mismas.
• La estructura primaria corresponde a la secuencia de aminoácidos sin
ordenamiento espacial definido.
• La estructura secundaria se estabiliza por puentes H, formando hélices á y láminas
â.
• En la estructura terciaria las moléculas con regiones helicoidales se pliegan sobre
si mismas y se hacen más compactas: adoptan formas globulares. Aparecen
interacciones hidrofóbicas, enlaces salinos etc.
• Algunas proteínas que constan de varias cadenas (oligómeros) que se estabilizan
por interacciones entre sus -R y se ordenan regularmente tienen estructura
cuaternaria.


• Las proteínas se pliegan adoptando la configuración
termodinámicamente más estable

Una cadena polipeptídica podría plegarse en un número infinito de configuraciones. Sin
embargo, una determinada secuencia siempre adopta la misma configuración, a
determinada temperatura, pH y fuerza iónica. Esa configuración, más estable
termodinámicamente, se denomina nativa.

• Desnaturalización

La configuración nativa de las proteínas puede perderse por acción de agentes químicos y
físicos diversos. Esta pérdida de la conformación, o desarreglo espacial de la molécula se
conoce como desnaturalización.

La acción de ácidos y bases, diferentes metales, solventes orgánicos y temperatura
producen disturbios moleculares que no afectan la secuencia de aminoácidos. Sin
embargo pueden producir cambios conformacionales tales que las moléculas pueden
llegar a la precipitación, por ejemplo el cortado de la leche.

Como consecuencia de este desorden espacial las proteínas pierden reversible o
irreversiblemente su función biológica. Sólo cuando el tratamiento desnaturalizante es
suave, la proteína puede volver a su conformación nativa y adquirir su función
nuevamente.

Aplicaciones de la desnaturalización de proteínas

La esterilización en autoclave, por calentamiento en vapor y a presión, se basa en que los
microorganismos mueren al desnaturalizarse sus proteínas: El alcohol empleado como
desinfectante es también un eficaz desnaturalizador de proteínas.
+2 +2
Los iones de metales pesados como Hg o Pb son venenosos porque reaccionan con los grupos
sulfhidrilo de cisteínas presentes en las proteínas. Se forman enlaces entre dos grupos sulfhidrilo
con los iones metálicos y así las proteínas se desnaturalizan y pierden su función. Por eso para
tratar pacientes intoxicados con metales pesados se les suministra clara de huevo y leche, que
tienen proteínas que son desnaturalizadas por los iones metálicos y forman un complejo insoluble
que es eliminado por lavado estomacal antes que las enzimas digestivas lo hidrolicen. Este
tratamiento no puede aplicarse en casos de plombemia como los registrados recientemente en
Montevideo ya que en esos casos el plomo ha pasado a la sangre y se ha combinado con
proteínas celulares.

• Proteínas y evolución

Los análisis de las proteínas de individuos de distintas especies muestran que cuanto más
próximos se encuentren evolutivamente, mayor es la semejanza en la secuencia de
aminoácidos.
Por análisis de secuencias de una proteína determinada en distintas especies se han
construido árboles genealógicos de los distintos grupos. Así, comparando las secuencias
de las hemoglobinas de distintos mamíferos, se pueden establecer grados de parentesco
más o menos estrechos entre distintas especies. Abajo aparece la secuencia de una
proteína (el citocromo c humano). Los –R en rojo son los mismos y están en esa misma
posición en el citocromo c de 38 organismos diferentes.


gli-asp-val-glu-lis-gli-lis-lis-ile-fen-ile-met-lis-cis-ser-gln-cis-his-tre-val-glu-lis-gli-gli-
lis-his-lis-tre-gli-pro-asn-leu-his-gli-leu-fen-gli-arg-lis-tre-gli-gln-ala-pro- gli- tir-ser-
tir-tre-ala-ala-asn-lis-asn-lis-gli-ile-ile-trp-gli-lis-asp-tre-leu-met-glu-tir-leu-glu-tir-pro-
lis-lis-tir-ile-pro-gli-tre-lis-met-ile-fen-val-gli-ile-lis-lis-lis-glu-glu-arg-ala-asp-leu-ile-
ala-tir-leu-lis-lis-ala-tre-tir-glu

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