Los aminoácidos y la estructura primaria de las proteínas

Los aminoácidos

El estudio de las proteínas ha ocupado a los bioquímicos durante más de un siglo. Comprender las composiciones, formas tridimensionales y actividades químicas de estas biomoléculas puede ser la clave para acometer algunos de los desafíos científicos más apremiantes.

Hay muchas clases distintas de proteínas. La lista que sigue, aunque incompleta, contiene la mayor parte de las funciones biológicas importantes de las proteínas.

 

1.  Muchas proteínas actúan como enzimas, los catalizadores bioquímicos. Las enzimas catalizan casi todas las reacciones que suceden en los organismos vivos.

2. Algunas proteínas se unen con otras moléculas para su almacenamiento y transporte. Por ejemplo, la mioglobina se enlaza con el oxígeno en las células de los músculos esquelético y cardiaco, mientras que la hemoglobina se une y transporta al O2 y al CO2 en los glóbulos rojos.

 3. Algunas proteínas, como la tubulina, actina y colágena, proporcionan soporte y forma a las células, y en consecuencia a los tejidos y los organismos.

 4. Los conjuntos de proteínas pueden efectuar trabajo mecánico, como el movimiento de flagelos, la separación de cromosomas en la mitosis y la contracción de los músculos.

 5. Muchas proteínas desempeñan un papel en la descodificación de la información celular. Algunas intervienen en la traducción, mientras que otras juegan un papel en la regulación de la expresión genética al unirse a los ácidos nucleicos.

 6. Algunas proteínas son hormonas que regulan las actividades bioquímicas en las células o los tejidos blancos; otras proteínas sirven como receptores de las hormonas.

 7. Algunas proteínas desarrollan funciones muy especializadas. Por ejemplo, los anticuerpos defienden a los vertebrados contra infecciones bacterianas y víricas, y las toxinas, que producen algunas bacterias, matan organismos mayores.

Estructura general de los aminoácidos

Todos los organismos emplean los mismos 20 aminoácidos como bloques constructivos para armar las moléculas de proteína. A estos 20 aminoácidos se les llama aminoácidos comunes, estándar o normales. A pesar de la poca cantidad de los aminoácidos, se puede obtener una variedad enorme de distintos polipéptidos al unir los 20 aminoácidos comunes para formar distintas combinaciones. Los aminoácidos se llaman así porque son derivados aminados de ácidos carboxílicos. En los 20 aminoácidos comunes, los grupos amino y carboxilo están unidos al mismo átomo de carbono: el átomo de carbono a.

 

• Hay 4 aminoácidos: alanina (Ala, A), valina (Val, V), leucina (Leu, L), isoleucina (Ile, I), que tienen cadenas laterales alifáticas saturadas. La glicina (Gly-G) es también alifática.
• La fenilalanina (Phe, F), tirosina (Tyr, Y) y el triptófano (Trp, W) presentan cadenas laterales con grupos aromáticos.
• La metionina (Met, M) y la cisteína (Cys, C) son los dos aminoácidos azufrados.

Un compuesto llamado cistina se puede aislar cuando se hidrolizan algunas proteínas. La cistina se forma con dos moléculas oxidadas de cisteína unidas por un enlace disulfuro.

• La serina (Ser, S) y la treonina (Thr, T) tienen cadenas laterales polares sin carga que contienen grupos b-hidroxilo. Estos grupos alcohol dan carácter hidrofílico a las cadenas laterales alifáticas.
• La histidina (His, H), lisina (Lys, K) y arginina (Arg, R) presentan cadenas laterales hidrofílicas que son bases nitrogenadas y tienen carga positiva a pH 7. La cadena lateral de la histidina contiene un sustituyente de anillo de imidazol.
• El aspartato (Asp, D) y el glutamato (Glu, E) son aminoácidos dicarboxílicos y tienen cadenas laterales hidrofílicas con carga negativa a pH 7. Además de los grupos carboxilo a, el aspartato posee un grupo carboxilo b y el glutamato un grupo carboxilo g.
•  asparagina (Asn, N) y la glutamina (Gln, Q) son las amidas del ácido aspártico y el ácido glutámico, respectivamente.

 Ionización de los aminoácidos

Las propiedades físicas de los aminoácidos reciben influencias de los estados iónicos de los grupos a-carboxilo y a-amino y de todos los grupos ionizables que haya en las cadenas laterales. Cada grupo ionizable guarda relación con un valor específico de pKa, que corresponde al pH al que son iguales las concentraciones de las formas protonada y no protonada.

Unión de aminoácidos por enlaces peptídicos en las proteínas

 La estructura del enlace peptídico se puede considerar como producto de una reacción de condensación donde el grupo a-carboxilo de un aminoácido se condensa con el grupo a-amino de otro aminoácido. El resultado es un dipéptido, en el que los aminoácidos están unidos por un enlace peptídico.

 Estrategias de secuenciación de proteínas

La mayor parte de las proteínas contiene demasiados residuos para poder secuenciarse por completo con el proceso de degradación de Edman sólo a partir del N-terminal. Por consiguiente, se usan enzimas denominadas proteasas que catalizan selectivamente la hidrólisis de los enlaces peptídicos en las proteínas, o ciertos reactivos químicos para romper en forma selectiva algunos de los enlaces peptídicos de una proteína.

• Con tripsina se cataliza el rompimiento de péptidos en el lado carbonílico de los residuos básicos arginina y lisina. 
• Con quimotripsina se cataliza el rompimiento de péptidos en el lado carbonílico de residuos sin carga, con cadenas laterales aromáticas o hidrofóbicas voluminosas, como fenilalanina, tirosina y triptófano.
•  Mediante el procedimiento de degradación de Edman se determina la secuencia de cada fragmento  y entonces alineando las secuencias iguales de fragmentos que se traslapan se puede determinar el orden de los fragmentos y con ello deducir la secuencia de todo el oligopéptido.

 Comportamiento acido, básico de los aminoácidos