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Tema X
AMINOÁCIDOS, PÉPTIDOS Y PROTEÍNAS
Índice
1.
Introducción
2.
3.
4.
5.
6.
Clasificación de los aminoácidos
Estereoquímica
Propiedades
Algunas reacciones biológicas
Péptidos y proteínas
6.1. Introducción
6.2. Secuenciación de péptidos y
proteínas
6.3. Estructura de péptidos y
proteínas
1. Introducción
1. 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
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.
Ácido 1-aminociclopropanocarboxílico: es un α-aminoácido y es el precursor
biológico del etileno en la plantas.
NH3

CO2

CO2
H3N
Ácido 3-aminopropanoico: conocido como β-alanina. Es un β-aminoácido que
constituye una de la unidades estructurales de la coenzima A .


H3N

CO2

Ácido 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
2. Clasificación de los aminoácidos
Nombre
Abreviación
Estructura
Aminoácidos con extremos de cadenas non polares
Glicina
Abreviación
Prolina
Pro(P)
Estructura
O
O
Gly(G)
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
2-Clasificación de los aminoácidos
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
3. 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)
3. Estereoquímica
- 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
CO2
H3 N
L-Isoleucina
H3 C

H
H
H
H3C
CH2CH3

NH3
H
CH2CH3
D-Allo-Isoleucina
4. Propiedades
4. 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
4. Propiedades
O
H3N
CH C
R
a
O
O
OH
-H+
+H+
H3N
CH C
R
b
O
-H+
+H+
H2N
CH C
R
O
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.
4. Propiedades
-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
4. Propiedades
- 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
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.
5. Algunas reacciones biológicas
-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
OH
+
O
HO
O
Ácido pirúvico
L-Alanina
Ácido α-cetoglutámico
H-ácido
base
O
1º etapa
HO
H
O
O
N
O
2º etapa
O
O
N
O
O
O
HO
HO
HO
+
O
2º etapa: Un enzima cataliza la transferencia de l protón para
obtener un nuevo isómero de la imina
HO
NH2
OH
NH3
1era etapa: la formación de la imina
O
HO
O
ácido L-glutámico
HO
O
+
Enzimas
NH3
O
O
O
O
O
O
ácido L-glutámico
Ácido pirúvico
Imina
Imina reordenada
3º etapa: La hidrólisis de la iminia reordenada conduce al formación del anilina y ácido α-cetoglutámico
HO
HO
HO
HO
O
O
N
+ H2O
O
O
O
+
H2N
O
O
O
Imina reordenada
O
Ácido α-cetoglutárico
L-Alanina
5. Algunas reacciones biológicas
- 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 Lfenilalanina 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 los síntomas
mediante el bloqueo de la acción de la histamina.
O
N
N
OH
HN
NH2
Histidina
Enzimas
-CO2
HN
Histamina
H2N
5. Algunas reacciones biológicas
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.
O
O
HO
OH
OH
NH2
NH2
HO
HO
Tirosina
3,4-dihidroxifenilalanina
HO
HO
NH2
Dopamina
HO
HO
HO
NH2
HO
N
H
OH
norepinefrina
(Noradrenalina
OH
Epinefrina
(Adrenalina)
6. Péptidos y proteínas
6.1. Introducción
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.
6.1. Introducción
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 CN 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.
6.2. Secuenciación de péptidos y proteínas
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 10-510-7 g de péptido.
6.2. Secuenciación de péptidos y proteínas
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.
O
H
N
CH
R
C
O
H
N
CH
R'
C
O
H
N
CH
R''
C
El sitio catalizado de la Quimotripsina
cuando R’ es un grupo aromático
6.2. Secuenciación de péptidos y proteínas
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).
6.2. Secuenciación de péptidos y proteínas
NO2
O
F
O 2N
+
H 2N
CH
O
H
N
C
CH
CH(CH3)2
O
H
N
C
CH2 C
O
H
N
CH2C6H5
CH
C
OH
CH3
Val-Phe-Gly-Ala
1-fluoro-2,4-dinitrobenceno
NO2
O
CH
O2N
C
O
H
N
CH
CH(CH3)2
O
H
N
C
O
H
N
CH2 C
CH2C6H5
CH
C
OH
CH3
DNP-Val-Phe-Gly-Ala
NO2
O
O
CH
O 2N
COH
CH(CH3)2
DNP-Val
+ H2N
CH
COH
O
+ H2 N
CH2 COH +
CH2C6H5
Phe
Gly
O
H2N
CH
CH3
Ala
C
OH
6.2. Secuenciación de péptidos y proteínas
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.
6.2. Secuenciación de péptidos y proteínas
Mejora en la secuenciación de pétidos: degradación
de Edman y secuenciación automatizada.
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.
S
O
N
+ H2N
S
C
CH
C
H
N
PÉPTIDO
O
H
N
C
HN
CH
R
fenilisotiocyanato
H
N
S
N
H
N
HCl
C
C
N
S
O
+
H2N
PÉPTIDO
R
S
C
O
CH
R
C
PÉPTIDO
S
PÉPTIDO
CH
H
H
N
H
N
C
H
N
R
O
C
C
Cl-
H
N
H
O
C
N
C
N
O
Cl
S
S
C
C
C
C
Cl
H
N
CH
R
HN
Cl
CH
R
HN
CH
R
HN
CH
R
O
6.3. Estructura de péptidos y proteínas
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
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.
6.3. Estructura de péptidos y proteínas
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
6.3. Estructura de péptidos y proteínas
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.
6.3. Estructura de péptidos y proteínas
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.
6.3. Estructura de péptidos y proteínas
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