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Cátedra de Química
Orgánica FACET-UNT
AMINOÁCIDOS,
PÉPTIDOS Y
PROTEÍNAS
Dra María Laura Tereschuk
1. Introducción
Introducción
- 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.
2. Clasificación de los aminoácidos
- Se clasifican como α, β, γ, etc. De acuerdo con la localización del grupo
amino en la cadena carbonada que contiene el ácido carboxílico.
NH3

Ácido 1-aminociclopropanocarboxílico: es un α-aminoácido y es el precursor
biológico del etileno en la plantas.
CO2
Ácido 3-aminopropanoico: conocido como β-alanina. Es un β-aminoácido que
CO2 constituye una de la unidades estructurales de la coenzima A .

H3N


H3N

CO2Ácido γ-aminobutanoico: Conocido como ácido γ-aminobutírico (GABA). Es

un γ-aminoácido y es el principal neurotransmisor inhibitorio cerebral.
-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:

H3N
O
CH C
R
O
H2N

CO2
Prolina
Nombre
Abreviación
Estructura
Aminoácidos con extremos de cadenas non polares
Glicina
Abreviación
Prolina
Pro(P)
Estructura
O
2.Gly(G)
Clasificación de los aminoácidos
O
H2N
fenilalanina
OH
Alanina
Nombre
N
H
Phe (F)
OH
O
O
Ala (A)
OH
NH
2
NH
OH
2
Valina
Triptófano
O
Val(V)
Trp(w)
H2N
OH
HN
O
OH
Leucina
O
NH2
Leu(L)
Aminoácidos con extremos de cadenas polares pero no
ionizados
OH
NH2
Isoleucina
Ile(I)
O
O
Asparagina
Asn(N)
H2N
OH
OH
Metionina
NH2
Met(M)
O
O
Glutamina
S
NH2
O
Gln (Q)
O
OH
H2N
OH
NH2
NH2
Nombre
Abreviación
Estructura
Aminoácidos con extremos de cadena polares pero no
ionizados
Nombre
Abreviación
Cisteína
Cys(C)
Estructura
O
HS
O
Serina
Ser (S)
NH2
HO
Treonina
OH
OH
Thr(T)
Aminoácidos con extremos de cadena básicos
OH
NH2
Lisina
O
O
Lys(K)
H2N
OH
OH
NH2
Arginina
NH2
Arg (R)
Aminoácidos con extremos de cadenas ácidos
NH
H2N
O
N
H
OH
O
Ácido
apártico
NH2
Asp(D)
Histidina
HO
OH
O
His (H
N
OH
O
Ácido
glutámico
O
Glu (E)
NH2
O
HN
HO
Tirosina
OH
NH2
Tyr(Y)
O
OH
NH2
HO
NH2
3. Estereoquímica
Estereoquímica
- 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.
CO2
CO2
Glicina
(Aquiral)
H3 N
H3N
H
H
H
CO2
H
R
NH3
R
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.
3. Estereoquímica
CO2
CO2
H3 N
L-Isoleucina
H3 C

H
H
H
H3C
CH2CH3

NH3
H
CH2CH3
D-Allo-Isoleucina
4. Propiedades
Propiedades
- 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.
O
H2N
CH C
O
OH
H3N
R
CH C
O
R
Formas zwitteriónicas de un aminoácido
- Los aminoácidos son anfóteros, contienen un grupo ácido y uno básico.
O
H3N
CH C
O
O
OH
R
Especie presente
en medio ácido
-H+
+H+
H3N
CH C
O
R
Zwitterión
Especie presente
en medio neutro
-H+
+H+
H2N
CH C
O
R
Especie presente
en medio básico
Propiedades
O
H3N
CH C
R
a
O
O
OH
-H+
+H+
H3N
CH C
O
-H+
+H+
H2N
CH C
O
R
R
b
c
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.
-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.
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.
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
- 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.
5. Algunas reacciones biológicas
- 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.
O
O
O
+
HO
OH
O
Ácido α-cetoglutárico
NH3
O
Enzima
Agente redutor
HO
OH
NH2
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.
- 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:
O
O
Enzimas
OH
OH
NH2
O
L-fenilanlanina
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 losO síntomas mediante el bloqueo de la acción de
la histamina. N
N
OH
HN
NH2
Histidina
Enzimas
-CO2
HN
Histamina
H2N
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
O
O
tirosina.
HO
OH
OH
NH2
NH2
HO
HO
Tirosina
3,4-dihidroxifenilalanina
HO
NH2
HO
Dopamina
HO
HO
NH2
HO
N
H
HO
OH
norepinefrina
(Noradrenalina
OH
Epinefrina
(Adrenalina)
6. Péptidos y proteínas
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.
Aminoácido N-terminal
Glicina
NH2
O
Aminoácido C-Terminal
H
N
Alanina
OH
O
Alanilglicina
- 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.
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.
La encefalina es un pentapéptido.
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.
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.
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.
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.
ESTRUCTURA
HEMOGLOBINA
CUATERNARIA
DE
LAS
PROTEÍNAS:
- 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 proteicas, dos llamadas α y dos β.