proteínas

Bioquímica
Tema 2
Aminoácidos y proteínas
Lic. Alejandro Llanes Mazón
thyngum@gmail.com

Aminoácidos de
importancia biológica

Aminoácidos que forman las proteínas
• Aunque existen muchos aminoácidos en la naturaleza, 20 de ellos son los predominantes en
las proteínas (aminoácidos convencionales).
Nombre
Código de
tres letras
Código de
una letra
Nombre
Código de
tres letras
Código de
una letra
Alanina Ala A Metionina Met M
Cisteína Cys C Asparagina Asn N
Aspartato Asp D Prolina Pro P
Glutamato Glu E Glutamina Gln Q
Fenilalanina Phe F Arginina Arg R
Glicina Gly G Serina Ser S
Histidina His H Treonina Thr T
Isoleucina Ile I Valina Val V
Lisina Lys K Triptófano Trp W
Leucina Leu L Tirosina Tyr Y
• Algunos autores incluyen también a la selenocisteína (Sec/U) y la pirrolisina (Pyl/O) en esta
lista de aminoácidos convencionales.

Aminoácidos que forman las proteínas
• Todos los aminoácidos que forman parte de las proteínas son α-aminoácidos, pues los
grupos –COO – y –NH 3
+
están unidos al C α ; los restantes átomos de C (C β , C γ , etc.) forma
parte de la cadena lateral (R).
• El C α de la mayoría de los α-aminoácidos es quiral, de manera que estos existen en la
forma de una pareja de estereoisómeros (D y L).
L-Alanina
D-Alanina
• En las proteínas se encuentran casi exclusivamente los estereoisómeros L, salvo
algunas pocas excepciones.

Aminoácidos que forman las proteínas
• Los aminoácidos que forman las proteínas se diferencian por la naturaleza química de sus
cadenas laterales.
• Los aminoácidos apolares tienen cadenas laterales alifáticas y participan mayormente en
interacciones hidrofóbicas.
Glicina
(Gly, G)
Alanina
(Ala, A)
Valina
(Val, V)
Leucina
(Leu, L)
Isoleucina
(Ile, I)
Prolina
(Pro, P)
Metionina
(Met, M)

Aminoácidos que forman las proteínas
• Los aminoácidos aromáticos tienen un grupo fenilo o derivado en su cadena lateral (grupo
indol en el caso del triptófano).
Fenilalanina
(Phe, F)
Tirosina
(Tyr, Y)
Triptófano
(Trp, W)
• La presencia de grupos aromáticos sustituidos en la cadena lateral le confiere propiedades
singulares a estos aminoácidos:
• Son ligeramente más polares que los aminoácidos hidrofóbicos.
• Sus cadenas laterales son relativamente voluminosas.
• Son los responsables de que las proteínas absorban luz en la región UV (~280 nm).

Trp
Absorbancia
Tyr
230 240 250 260 270 280 290 300 310
Longitud de onda (nm)

Dos residuos de fenilalanina (verde) en una proteína pequeña. Los anillos aromáticos de las cadenas laterales de
fenilalanina, tirosina y triptófano son muy voluminosos, por lo que obligan a la cadena de proteína a reorganizarse
para así evitar ordenamientos espaciales desfavorables.

Aminoácidos que forman las proteínas
• Los aminoácidos polares sin carga tienen grupos polares no cargados en su cadena lateral,
los cuales no se ionizan en solución, pero participan en interacciones electrostáticas.
Serina
(Ser, S)
Treonina
(Thr, T)
Cisteína
(Cys, C)
Asparagina
(Asn, Q)
Glutamina
(Gln, N)
• La cisteína es uno de los dos aminoácidos
que contienen azufre (S), en este caso en
forma de un grupo tiol (–SH).
• Dos grupos tioles de dos Cys pueden
unirse para formar un tipo de enlace
covalente conocido como puente
disulfuro, que también se encuentra
en las proteínas.

Un puente disulfuro entre dos residuos de cisteína mantiene unidas covalentemente dos cadenas pequeñas de proteínas.
Nótese los otros dos residuos de metionina, los cuales también tienen un átomo de azufre (amarillo) en su cadena lateral.
La metionina no puede formar puentes disulfuro, pues su átomo de azufre no está en forma de grupo tiol (-SH).

Aminoácidos que forman las proteínas
• Los aminoácidos polares con carga son aquellos que tienen un grupo polar ionizable en su
cadena lateral.
• Aminoácidos ácidos (con carga negativa) debido a un grupo –COO – .
• Aminoácidos básicos (con carga positiva) debido a un grupo –NH 3
+
o derivado
(guanidinio en el caso de arginina e imidazol en el caso de histidina).
Aspartato
(Asp, D)
Glutamato
(Glu, E)
Lisina
(Lys, K)
Arginina
(Arg, R)
Histidina
(His, H)

Otros aminoácidos de importancia biológica
• Aminoácidos que pueden encontrarse en algunas proteínas:
5-hidroxilisina
(en el colágeno)
4-hidroxiprolina
(en el colágeno)
Selenocisteína
Desmosina
(en la elastina)
• Aminoácidos que son intermediarios del metabolismo del nitrógeno:
Ornitina
Citrulina

Péptidos y cadenas
polipeptídicas

Enlace peptídico
• El enlace peptídico es el enlace que se forma al unirse el grupo –NH 2 de un aminoácido
con el –COOH de otro, con la pérdida de agua:
• Cuando se unen varios aminoácidos se forma un péptido ó cadena polipeptídica:
• Características estructurales básicas de los péptidos:
• Tienen un grupo –NH 3
+
libre en uno de los extremos (extremo N-terminal).
• En el otro extremo queda un grupo –COO – libre (extremo C-terminal).
• Los restantes grupos –NH 3
+
y –COO – quedan «sepultados» dentro de la cadena, la
única parte de cada aminoácido que queda expuesta es su cadena lateral.

Enlace peptídico
• La ruptura del enlace peptídico se produce con la entrada de una molécula de agua, en un
proceso conocido como hidrólisis.
• Esta reacción es llevada a cabo por enzimas de tipo hidrolasa (específicamente peptidasas
o proteasas).
• Tripsina → Corta un péptido a nivel de Lys ó Arg (por el lado carboxílico).
N-t
C-t
Tripsina
• Quimotripsina → Corta a nivel de Phe, Tyr ó Trp (por el lado carboxílico).
• Pepsina → Corta a nivel de Phe, Tyr ó Trp (por el lado amino).

Péptidos de importancia biológica
• Muchas hormonas y neurotransmisores son péptidos de longitud muy pequeña para
ser considerados como proteínas, sin embargo son muy importantes para varios procesos
fisiológicos.
• Algunos ejemplos:
• Oxitocina (9 res.): péptido secretado por
la hipófisis, que funciona como hormona y
neurotransmisor. Estimula las contracciones
del parto. Se conoce como una «molécula social»,
pues parece estar involucrada en procesos
conductuales como la interacción social,
el afecto y el amor.
C-Y-F-Q-N-C-P-R-K
• Bradiquinina (9 res.): es un potente
vasodilatador dependiente del endotelio,
que aumenta la permeabilidad vascular,
inhibe la inflamación de los tejidos y
participa en el mecanismo molecular
del dolor.
R-P-P-G-F-S-P-F-R

Péptidos de importancia biológica
• El aspartame es un éster metílico del dipéptido aspartato-fenilalanina (D-F). Fue creado
por la empresa NutraSweet® como sustituyente hipocalórico de los carbohidratos y se
comercializa bajo marcas como Equal® ó Canderel®.
• Estos edulcorantes artificiales nitrogenados han sido criticados por sus efectos nocivos
para la salud (pudiendo incluso ser cancerígenos), por lo cual han perdido mercado frente
a otros que no son de naturaleza peptídica, como la sucralosa (Splenda®):

Introducción al
estudio de las proteínas

¿Qué es una proteína
• Las proteínas son moléculas formadas por una o más cadenas polipeptídicas, las cuales
adoptan una organización espacial definida.
• Formalmente, una cadena peptídica es considerada como una proteína cuando tiene
más de 20-30 residuos de aminoácidos.
Hemoglobina
• Aunque la base de la estructura de las proteínas son cadenas peptídicas, estás tienen
a menudo asociados otros grupos químicos no aminoacídicos (como el grupo hemo
de la hemoglobina).

Estructura de las proteínas
• La estructura de las proteínas es tan complicada que ha tenido que ser dividida en varios
niveles para facilitar su estudio.
Estructura 2°
Organización local de los
residuos en el espacio, para
dar lugar a patrones
repetitivos
Estructura 4°
Disposición de las cadenas
en proteínas con más de
una cadena peptídica
Estructura 1°
Secuencia de
aminoácidos en la
cadena peptídica
Estructura 3°
Arreglo 3D de
la cadena peptídica
como un todo

Estructura de la hemoglobina
• La estructura primaria de la hemoglobina está conformada por cuatro cadenas:
• Dos cadenas α iguales (de 141 res.
cada una):
• Dos cadenas β iguales (de 146 res.
cada una):
VLSPADKTNVKAAWGKVG
AHAGEYGAEALERMFLSF
PTTKTYFPHFDLSHGSAQ
VKGHGKKVADALTNAVAH
VDDMPNALSALSDLHAHK
LRVDPVNFKLLSHCLLVT
LAAHLPAEFTPAVHASLD
KFLASVSTVLTSKYR
VHLTPEEKSAVTALWGKV
NVDEVGGEALGRLLVVYP
WTQRFFESFGDLSTPDAV
MGNPKVKAHGKKVLGAFS
DGLAHLDNLKGTFATLSE
LHCDKLHVDPENFRLLGN
VLVCVLAHHFGKEFTPPV
QAAYQKVVAGVANALAHK
YH
• Como está formada por más de una cadena, la hemoglobina es una proteína multimérica,
(las proteínas que están formadas por una sola cadena son proteínas monoméricas).
• La hemoglobina es un tetrámero, porque está formada por cuatro cadenas (el
número de cadenas se indica por los prefijos di, tri, tetra, penta, etc.).
• La hemoglobina es a su vez un heterotetrámero, porque dos de las cadenas son
iguales, pero diferentes a las otras dos.
◦ Si todas las cadenas fueran iguales, entonces sería un homotetrámero.

Estructura de la hemoglobina
• Tanto para la hemoglobina, como para cualquier proteína, los niveles secundario, terciario
y cuaternario dependen de la estructura primaria (secuencia), de manera que secuencias
diferentes siempre dan lugar a estructuras diferentes .
Hb α
VLSPADKTNVKAAWGKVG
AHAGEYGAEALERMFLSF
PTTKTYFPHFDLSHGSAQ
VKGHGKKVADALTNAVAH
VDDMPNALSALSDLHAHK
LRVDPVNFKLLSHCLLVT
LAAHLPAEFTPAVHASLD
KFLASVSTVLTSKYR
1º
Hb β
VHLTPEEKSAVTALWGKV
NVDEVGGEALGRLLVVYP
WTQRFFESFGDLSTPDAV
MGNPKVKAHGKKVLGAFS
DGLAHLDNLKGTFATLSE
LHCDKLHVDPENFRLLGN
VLVCVLAHHFGKEFTPPV
QAAYQKVVAGVANALAHK
YH
3º
2º

α 1
Hemo
β 2
β 1
4º
α 2

Relación entre la estructura primaria y tridimensional
• La estrecha relación entre la secuencia, estructura y función de una proteína es uno de
los paradigmas más importantes de la bioquímica: la secuencia de una proteína determina
su estructura tridimensional (3D) y esta a su vez determina su función.

Desnaturalización de las proteínas
• La pérdida de la estructura 3D de una proteína, suficiente para que esta pierda su función,
es un fenómeno llamado desnaturalización.
Agente desnaturalizante
Forma nativa
(funcional)
Forma desnaturalizada
(no funcional)
• Algunos agentes desnaturalizantes de proteínas:
• Altas temperaturas (pero no siempre
las bajas).
• pHs extremos.
• Solventes orgánicos o apolares.
• Compuestos caotrópicos (como algunos
detergentes).
• La desnaturalización no implica la perdida de la estructura primaria (secuencia), sólo de
la estructura 3D.

Forma
nativa
Desnaturalización
Agregar agente
desnaturalizante
Forma
desnaturalizada
Renaturalización
Retirar agente
desnaturalizante
Forma
nativa

Estructura secundaria de
las proteínas

Características del enlace peptídico
• Debido a la resonancia, el enlace peptídico tiene un ligero carácter de doble enlace, el cual
se estabiliza casi siempre en configuración trans.
C-t
N-t
• Los enlaces peptídicos forman grupos planos y rígidos en las respectivas cadenas, en estas
sólo existe libertad de rotación alrededor de los enlaces C α –N y C α –C.
• Los ángulos de enlace C α –N y C α –C se denotan como φ y ψ, respectivamente.
• Los valores de φ y ψ varían de acuerdo a la conformación de la cadena peptídica.

¿Qué es la estructura secundaria
• La estructura secundaria de una proteína
estudia la organización local de los residuos
en la cadena peptídica.
• No todos los ordenamientos espaciales
son permitidos, debido a las restricciones
estructurales.
• Hay un número limitado de ordenamientos,
conocidos como patrones de estructura
secundaria.
• Los dos patrones más comunes son:
α-hélice
Lámina β

Patrones de estructura secundaria: α-hélice
• La α-hélice es un patrón de estructura
secundaria en el que la cadena se
enrolla sobre un eje imaginario,
formando una especie de «muelle».
• Características estructurales:
• Las cadenas laterales de los residuos
se proyectan hacia fuera.
• Los ángulos del enlace peptídico
toman valores de ψ = –45° a –50°
y φ = –60°.
• Las α-hélices se estabilizan
principalmente por puentes
de hidrógeno intracatenarios,
formados entre un residuo n
y el residuo n + 4 de la misma
cadena.

Patrones de estructura secundaria: lámina β
• En la lámina β las cadenas se pliegan dando lugar a una estructura similar a una «hoja».
• Características estructurales:
• Pueden estar formadas por una o más cadenas, cuyos segmentos forman hebras β.
• Las hebras β se pueden disponer de manera paralela o antiparalela.
Antiparalela
Paralela
• La estructura se estabiliza por puentes de hidrógeno entre hebras adyacentes, los
cuales pueden ser inter o intracatenarios (en dependencia de la proteína).

A la derecha, una lámina β antiparalela formada por una misma cadena y estabilizada por puentes de hidrógeno
intracatenarios. A la izquierda, una lámina β paralela, en este caso formada por tres cadenas distintas y por ende,
estabilizada por puentes intercatenarios. Las láminas antiparalelas son más estables que las paralelas.

Patrones de estructura secundaria: Conectores
• Los conectores son elementos generalmente cortos que conectan los otros patrones de
estructura secundaria de las proteínas.
• Los más comunes son los giros (turns):
• Generalmente de dos tipos, I y II, siendo los de tipo I casi dos veces más frecuentes
que los de tipo II.
Tipo I
Tipo II
• Las proteínas pueden tener regiones que no adoptan ningún tipo de estructura secundaria
definida (ni α-hélices, ni láminas β, ni giros). Este tipo de regiones se conocen como lazos
(loops).

Relación entre la estructura primaria y secundaria
• La estructura secundaria que adopta un segmento cualquiera de una cadena de proteína
está directamente determinada por su secuencia.
α-hélices Láminas β Giros

Cadena α de la hemoglobina (Hb α)

Lisozima