Teorias Del Origendelavida

Proteínas

Aminoácidos

Un '''aminoácido''' es una molécula orgánica con un grupo amino (NH2) y un grupo carboxilo (-COOH). Los aminoácidos más frecuentes y de mayor interés son aquellos que forman parte de las proteínas. Dos aminoácidos se combinan en una reacción de condensación entre el grupo amino de uno y el carboxilo del otro, liberándose una molécula de agua y formando un enlace amida que se denomina enlace peptídico; estos dos "residuos" de aminoácido forman un di péptido. Si se une un tercer aminoácido se forma un tripartido y así, sucesivamente, hasta formar un poli péptido. Esta reacción tiene lugar de manera natural dentro de las células, en los ribosomas.

Todos los aminoácidos componentes de las proteínas son L-alfa-aminoácidos. Esto significa que el grupo amino está unido al carbono contiguo al grupo carboxilo (carbono alfa) o, dicho de otro modo, que tanto el carboxilo como el amino están unidos al mismo carbono; además, a este carbono alfa se unen un hidrógeno y una cadena (habitualmente denominada cadena lateral o radical R) de estructura variable, que determina la identidad y las propiedades de cada uno de los diferentes aminoácidos. Sólo 22 forman parte de las proteínas y tienen codón codones específicos en el código genético.

La unión de varios aminoácidos da lugar a cadenas llamadas péptidos o poli péptidos, que se denominan proteínas cuando la cadena poli peptídica supera una cierta longitud (entre 50 y 100 residuos aminoácidos, dependiendo de los autores) o la masa molecular total supera las 5000 uma.

Estructura general de un aminoácido

La estructura general de un '''alfa-aminoácido''' se establece por la presencia de un carbono central (alfa) unido a un grupo carboxilo (rojo en la figura), un grupo amino (verde), un hidrógeno (en negro) y la cadena lateral (azul):

"R" representa la ''cadena lateral'', específica para cada aminoácido. Tanto el carboxilo como el amino son grupos funcionales susceptibles de ionización dependiendo de los cambios de pH.

A pH bajo (ácido), los aminoácidos se encuentran mayoritariamente en su forma catiónica (con carga positiva), mientras que a pH alto (básico) se encuentran en su forma aniónica (con carga negativa). Para valores de pH intermedios, como los propios de los medios biológicos, los aminoácidos se encuentran habitualmente en una forma de ion dipolar o [[zwitterión]] (con un grupo catiónico y otro aniónico).

Clasificación

Existen muchas formas de clasificar los aminoácidos; las dos que se presentan a continuación son las más comunes.

Según las propiedades de su cadena

Los aminoácidos se clasifican habitualmente según las propiedades de su cadena lateral:

* Neutros polares,molécula, polar|polares o hidrófilos : serina (Ser, S), treonina (Thr, T), cisteína (Cys, C), glutamina (Gln, Q), asparagina (Asn, N) , tirosina (Tyr, Y) y glicina (Gly, G).

* Neutros no polares, apolares o hidrófobos: alanina (Ala, A), valina (Val, V), leucina (Leu, L), isoleucina (Ile, I), metionina (Met, M), prolina (Pro, P), fenilalanina (Phe, F) y triptófano (Trp, W).

* Con carga negativa o ácidos: ácido aspártico (Asp, D) y ácido glutámico (Gula, E).

* Con carga positiva o básicos: lisina (Lys, K), arginina (Arg, R) e histidina (His, H). fenilalanina (Phe, F), tirosina (Tyr, Y) y triptófano (Trp, W) (ya incluidos en los grupos neutros polares y neutros no polares).

Según su obtención

A los aminoácidos que deben ser captados como parte de los alimentos se los llama Aminoácidos esenciales; la carencia de estos aminoácidos en la dieta limita el desarrollo del organismo, ya que no es posible reponer las células de los tejidos que mueren o crear tejidos nuevos, en el caso del crecimiento. Para el ser humano, los aminoácidos esenciales son:

* [[Valina]] (Val, V)

* [[Leucina]] (Leu, L)

* [[Treonina]] (Thr, T)

* [[Lisina]] (Lys, K)

* [[Triptófano]] (Trp, W)

* [[Histidina]] (His, H) *

* [[Fenilalanina]] (Phe, F)

* [[Isoleucina]] (Ile, I)

* [[Arginina]] (Arg, R) *

* [[Metionina]] (Met, M)

A los aminoácidos que pueden sintetizarse en el propio organismo se los conoce como ''no esenciales'' y son:

* [[Alanina]] (Ala, A)

* [[Prolina]] (Pro, P)

* [[Glicina]] (Gly, G)

* [[Serina]] (Ser, S)

* [[Cisteína]] (Cys, C) **

* [[Asparagina]] (Asn, N)

* [[Glutamina]] (Gln, Q)

* [[Tirosina]] (Tyr, Y) **

* [[Ácido aspártico]] (Asp, D)

* [[Ácido glutámico]] (Gula, E)

Según la ubicación del grupo amino

* Alfa-aminoácidos: El grupo amino está ubicado en el carbono n.º 2 de la cadena, es decir el primer carbono a continuación del grupo carboxilo (históricamente este carbono se denomina carbono alfa). La mayoría de las proteínas están compuestas por residuos de alfa-aminoácidos enlazados mediante enlaces amida (enlaces peptídicos).

* Beta-aminoácidos: El grupo amino está ubicado en el carbono n.º 3 de la cadena, es decir en el segundo carbono a continuación del grupo carboxilo.

* Gamma-aminoácidos: El grupo amino está ubicado en el carbono n.º 4 de la cadena, es decir en el tercer carbono a continuación del grupo carboxilo.

Aminoácidos codificados en el genoma

Los aminoácidos ''proteicos'', ''canónicos'' o ''naturales'' son aquellos que están codificados en el genoma; para la mayoría de los seres vivos son 20:

alanina, arginina, asparagina, aspartato, cisteína, fenilalanina, glicina, glutamato, glutamina, histidina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, prolina, serina, tirosina, treonina, triptófano y valina.

Hay excepciones: en algunos seres vivos el código genético tiene pequeñas modificaciones y puede codificar otros aminoácidos. El aminoácido número 21 es la [[selenocisteína]], que aparece tanto en eucariotas como procariotas y arqueas, y el número 22 es la [[pirrolisina]] que aparece sólo en arqueas.

Aminoácidos modificados

Las modificaciones postraduccionales de los 20 aminoácidos codificados genéticamente conducen a la formación de 100 o más derivados de los aminoácidos. Las modificaciones de los aminoácidos juegan con frecuencia un papel de gran importancia en la correcta funcionalidad de una proteína.

Algunos aminoácidos no proteicos tienen función propia, por ejemplo como neurotransmisores o vitaminas.

Ejemplos de estos aminoácidos no proteínicos son:

:* [[Sarcosina]]

:* [[Ácido α-aminobutírico|Etilglicina o ácido α-aminobutírico (AABA)]]

:* [[Ácido djencólico]]

:* [[Hipoglicina]]s A y B

:* [[Mimosina]]

:* [[Aliina]]

:* [[Canalina]]

:* [[Canavanina]]

:* [[Ornitina]]

:* [[Homometionina]]

:* [[Homoserina]]

:* [[Homoarginina]]

:* [[Homofenilalanina]]

:* [[Homocisteína]]

:* [[Homoleucina]]

:* [[Cistationina]]

:* [[Norvalina]]

:* [[Norleucina]]

:* [[Ciclopentenilglicina]]

:* [[β-Alanina]]

:* [[Ácido gamma-aminobutírico]]

:* [[Ácido iboténico]]

:* [[Ácido pipecólico]]

:* [[Ácido guanidinacético]]

:* [[Taurina]]

:* [[Ácido trans-2-amino-5-cloro-4-hexenoico]]

:* [[Ácido trans-2-amino-5-cloro-6-hidroxi-4-hexenoico]]

:* [[Ácido 2-amino-4-cloro-4-pentenoico]]

:* [[Ácido diaminopimélico]]

:* [[Semialdehído aspártico]]

:* [[Semialdehído glutámico]]

:* [[Citrulina]]

:* [[DOPA]]

:* [[Quinurenina]]

:* [[Nicotianina]]

:* [[Ácido 2-azetidincarboxílico]]

:* [[β-(4-hidroxibenzotiazol-6-il)alanina]]

:* [[β-(2-metil-4-hidroxibenzotiazol-6-il)-alanina]]

:* [[Indospicina]]

:* [[Nε-(indol-3-acetil)lisina]]

:* [[(p-hidroximetil)fenilalanina]]

:* [[0-etil-L-homoserina]], aislada de ''[[Corynebacterium ethanolaminophilum]]

:* [[5-Hidroxitriptófano]]

:* [[Ácido licopérdico]], aislado de ''[[Lycoperdon perlatum]]''

:* [[Ácido lentínico]]

:* [[Ácido estizolobínico]]

:* [[Ácido estizolóbico]]

:* [[Tiroxina]]

:* [[Azoxibacilina]]

== Propiedades ==

* Ácido-básicas.

: Se refiere al comportamiento de cualquier aminoácido cuando se ioniza. Cualquier aminoácido puede comportarse como ácido y como base, por lo que se denominan sustancias anfótero|anfóteras.

:Cuando una molécula presenta carga neta cero está en su punto isoeléctrico. Si un aminoácido tiene un punto isoeléctrico de 6,1 su carga neta será cero cuando el pH sea 6,1.

Los péptidos

Los ''péptidos'' son un tipo de moléculas formadas por la unión de varios aminoácidos mediante enlaces peptídicos.

Los péptidos, al igual que las proteínas, están presentes en la naturaleza y son responsables por un gran número de funciones, muchas de las cuales todavía no se conocen.

La unión de un bajo número de aminoácidos da lugar a un péptido, y si el número es alto, a una proteína, aunque los límites entre ambos no están definidos.

*''Oligopéptido'': de 2 a 10 aminoácidos.

*''Polipéptido'': entre 10 y 100 aminoácidos.

*''Proteína'': más de 100 aminoácidos.

Las proteínas con una sola cadena poli peptídica se denominan ''proteínas monoméricas'', mientras que las compuestas de más de una cadena poli peptídica se conocen como ''proteínas multiméricas''.

Los péptidos se diferencian de las proteínas en que son más pequeños tienen menos de diez mil o doce mil Unidad de masa atómica y que las proteínas pueden estar formadas por la unión de varios poli péptidos y a veces Grupo prostético|grupos prostéticos.

El enlace peptídico es un enlace covalente entre el grupo amino (–NH2) de un aminoácido y el grupo carboxilo (–COOH) de otro aminoácido. Los péptidos y las proteínas están formados por la unión de aminoácidos mediante enlaces peptídicos. El enlace peptídico implica la pérdida de una molécula de agua y la formación de un enlace covalente CO-NH.

Reacciones químicas de los péptidos==

Son las mismas las de los [[aminoácidos]], es decir, las que den respectivamente sus grupos amino, carboxilo y R.

Reacciones del grupo amino

En cuanto a las reacciones del grupo '''amino''', es muy interesante la reacción con el '''reactivo de Sanger''' para secuenciar, ya que si tenemos el 2,4-dinitrofenil-péptido y lo hidrolizamos por hidrólisis ácida, se hidrolizarán todos los enlaces peptídicos y obtendremos el dinitrofenil del primer aminoácido de la secuencia, el –NH2 terminal, más el resto de los aminoácidos disgregados en el medio.

Con esta reacción Sanger consiguió secuenciar la insulina.

En esta reacción, el núcleo coloreado de dinitrobenceno se une al átomo de nitrógeno del aminoácido para producir un derivado amarillo, el derivado 2,4-dinitrofenil o DNP-aminoácido. El compuesto DNFB reaccionara con el grupo amino libre del extremo amino de un poli péptido, así como también con los grupos amino de los aminoácidos libres. El enlace C–N que se forma es por lo general mucho más estable que un enlace peptídico. De esta forma, haciendo reaccionar una proteína nativa o un poli péptido intacto con el DNFB, hidrolizando la proteína en ácido y aislando los DNP-aminoácidos coloreados, puede identificarse el grupo amino terminal del aminoácido en una cadena poli peptídica. El grupo amino terminal de la lisina y algunos otros grupos funcionales de las cadenas laterales también reaccionarán con el DNFB.

Sin embargo, después de la hidrólisis, solo el derivado del grupo amino terminal del aminoácido original tendrá su grupo α-amino bloqueado; asimismo, tales DNP-α-aminoácidos pueden separarse de otros derivados DNP mediante procedimientos de extracción simples. Con cualquiera de los variados métodos cromatograficos se podrá identificar a los DNP-α-aminoácidos (este proceso consume mucha energía).

Proteínas

La '''estructura de las proteínas ''' reúne las propiedades de disposición en el espacio de las moléculas de proteína que provienen de su secuencia de aminoácidos, las características físicas de su entorno y la presencia de compuestos simples o complejos que las estabilicen y/o conduzcan a un plegamiento de proteínas específico.

Estructura de los aminoácidos

Los aminoácidos, monómeros componentes del polímero proteína, son moléculas quirales constituidas por un átomo de carbono central, el C-, que portan en éste un grupo amino y un grupo carboxilo, lo cual les da su nombre, además de un átomo de hidrógeno y una cadena lateral que les confiere sus características definitorias, y en función de la cual se clasifican.

Los 20 α-L-aminoácidos proteinogénicos son los listados en la siguiente tabla:

| [[Alanina]]

| [[Arginina]]

| [[Asparagina]]

| [[Aspartato]]

| [[Cisteína]]

| Cys

| [[Glutamato]]

| [[Glutamina]]

| [[Glicina]]

| [[Histidina]]

| [[Isoleucina]]

| [[Leucina]]

| [[Lisina]]

| [[Metionina]]

| [[Fenilalanina]]

| [[Prolina]]

| [[Serina]]

| [[Treonina]]

| [[Triptófano]]

| [[Tirosina]]

| [[Valina]]

Interacciones hidrofóbicas

Por definición, cualquier sustancia hidrofóbica en contacto con él [[agua]] provoca que ésta huya y se agrupe en estructuras denominadas [[clatrato]]s.<ref name="lodish" /> Esta ordenación corresponde a una disminución de la entropía del sistema. En el caso de las proteínas, los residuos hidrofóbicos de los aminoácidos quedan orientados, en su plegamiento, hacia el interior de la molécula, en contacto con sus semejantes y alejados del agua. En consecuencia, la internalización de los grupos hidrófobos aumenta la aleatoriedad del sistema 'proteína más agua' y, por consiguiente, produce un aumento de entropía al doblarse. Este aumento de entropía produce una contribución negativa a la energía libre del plegado y aumenta la estabilidad de la estructura proteica.

== Niveles de estructuración ==

La estructura de las proteínas puede jerarquizarse en una serie de niveles, interdependientes. Estos niveles corresponden a:

#''Estructura primaria'', que corresponde a la secuencia de aminoácidos.

#''Estructura secundaria'', que provoca la aparición de motivos estructurales.

#''Estructura terciaria'', que define la estructura de las proteínas compuestas por un sólo poli péptido.

#''Estructura cuaternaria'', si interviene más de un poli péptido.

Estructura primaria

La estructura primaria de las proteínas se refiere a la secuencia de [[aminoácido]]s, es decir, la combinación lineal de los aminoácidos mediante un tipo de [[enlace covalente]], el [[enlace peptídico]]. Los aminoácidos están unidos por enlaces peptídicos siendo una de sus características más importantes la coplanaridad de los radicales constituyentes del enlace.

La estructura lineal del [[péptido]] definirá en gran medida las propiedades de niveles de organización superiores de la proteína. Este orden es consecuencia de la información del material genético: Cuando se produce la traducción del [[Ácido ribonucleico|RNA]] se obtiene el orden de aminoácidos que van a dar lugar a la proteína. Se puede decir, por tanto, que la estructura primaria de las proteínas no es más que el orden de aminoácidos que la conforman.

Estructura secundaria

La estructura secundaria de las proteínas es la disposición espacial local del esqueleto proteico, gracias a la formación de [[puentes de hidrógeno]] entre los átomos que forman el [[enlace peptídico]], es decir, un tipo de enlace no covalente, sin hacer referencia a la cadena lateral.

Existen diferentes tipos de estructura secundaria:

- Estructura secundaria ordenada, ( repetitivos donde se encuentran los hélices alfa y cadenas beta, y no repetitivos donde se encuentran los giros beta y comba beta)

-Estructura secundaria no ordenada

-Estructura secundaria desordenada

Los motivos más comunes son la [[hélice alfa]] y la [[beta lámina]] (Hoja plegada beta).

; Hélice alfa

Los aminoácidos en una hélice α están dispuestos en una estructura helicoidal Regla de la mano derecha, con unos 3.6 aminoácidos por vuelta. Cada aminoácido supone un giro de unos 100° en la hélice, y los carbonos α de dos aminoácidos contiguos están separados por 1.5Å. La hélice está estrechamente empaquetada, de forma que no hay casi espacio libre dentro de la hélice.

El grupo amino del aminoácido (n) puede establecer un enlace de hidrógeno con el grupo carbonilo del aminoácido (n+4). De esta forma, cada aminoácido (n) de la hélice forma dos puentes de hidrógeno con su enlace peptídico y el enlace peptídico del aminoácido en (n+4) y en (n-4). En total son 7 enlaces de hidrógeno por vuelta. Esto estabiliza enormemente la hélice. Esta dentro de los niveles de organización de la proteína.

; Lámina beta

La beta lámina se forma por el posicionamiento paralelo de dos cadenas de aminoácidos dentro de la misma proteína, en el que los grupos amino de una de las cadenas forman enlaces de hidrógeno con los grupos carboxilo de la opuesta. Es una estructura muy estable que puede llegar a resultar de una ruptura de los enlaces de hidrógeno durante la formación de la hélice alfa. Las cadenas laterales de esta estructura están posicionados sobre y bajo el plano de las láminas. Dichos sustituyentes no deben ser muy grandes, ni crear un [[impedimento estérico]], ya que se vería afectada la estructura de la lámina.

Estructura terciaria

Es el modo en que la cadena poli peptídica se pliega en el espacio, es decir, cómo se enrolla una determinada proteína, ya sea globular o fibrosa. Es la disposición de los [[dominio proteico|dominios]] en el espacio.

La estructura terciaria se realiza de manera que los aminoácidos apolares se sitúan hacia el interior y los polares hacia el exterior en medios acuosos.

Estructura cuaternaria

La estructura cuaternaria deriva de la conjunción de varias cadenas peptídicas que, asociadas, conforman un ente, un multímero, que posee propiedades distintas a la de sus monómeros componentes. Dichas subunidades se asocian entre sí mediante interacciones no covalentes, como pueden ser puentes de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas o puentes salinos. Para el caso de una proteína constituida por dos monómeros, un [[Dímero (química)|dímero]], éste puede ser un homodímero, si los monómeros constituyentes son iguales, o un [[heterodímero]], si no lo son.

pH

El pH afecta al estado iónico de los aminoácidos, [[zwitterion]]es en definitiva, que no tienen implicado su grupo amino ni carboxilo en el enlace peptídico y, especialmente, a aquéllos polares, con algún grupo cargado en su cadena lateral. El estado de ionización de éste afecta a la reactividad y posibilidad, por tanto, de producir un enlace químico.<ref name="lehninger" />

Clasificación estructural

Muchos métodos han sido desarrollados para la clasificación estructural de las proteínas; la recopilación de datos es almacenada en el [[Banco de Datos de Proteínas]]. Muchas bases de datos existentes clasifican las proteínas usando diferentes métodos. El [[SCOP]], [[CATH]] y [[FSSP]] son los más usados.

Los métodos usados podrían clasificarse en: puramente manuales, manuales y automáticos y puramente automáticos. El mayor problema de estos métodos es la integración de los datos. La clasificación es constante entre SCOP, CATH Y FSSP para la mayoría de las proteínas que han sido clasificadas, pero hay todavía algunas diferencias e inconsistencias.

== Determinación de la estructura proteica ==

Alrededor del 90% de las estructuras de las proteínas disponibles en el [[Banco de Datos de Proteínas]] han sido determinadas por [[cristalografía de rayos X]]. Este método permite medir la densidad de distribución de los [[electrón|electrones]] de la proteína en las 3 dimensiones (en el estado de cristalización), lo que permite obtener las coordenadas 3D de todos los átomos para determinar su posición con certeza. Aproximadamente el 9% de las estructuras de proteínas conocidas han sido obtenidas por técnicas de [[resonancia magnética nuclear]], que también pueden ser usadas para identificar estructuras secundarias.

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