UNIDAD I TEMA 1: AMINOÁCIDOS, PÉPTICOS Y PROTEÍNAS
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UNIDAD I TEMA 1: AMINOÁCIDOS, PÉPTICOS Y PROTEÍNAS Introducción Los aminoácidos, péptidos y proteínas son moléculas nitrogenadas. Estudiaremos inicialmente a los aminoácidos respecto a sus características químicas y propiedades para seguir después con el estudio de péptidos y proteínas que están formados por aminoácidos unidos a través de enlaces peptídicos. Si bien a los aminoácidos se los relaciona inmediatamente con proteínas y péptidos, de los más de 200 identificados hasta el momento, sólo 20 forman parte de esas moléculas, que son en los que centraremos el estudio. Las proteínas son polímeros no ramificados de aminoácidos, y la secuencia de los mismos está determinada por la secuencia de bases en el ADN. De esta forma, cambios en la secuencia de bases del ADN pueden producir cambios en la secuencia de aminoácidos de las proteínas, y variaciones en la estructura – función de las mismas. Estos aspectos se complementarán en la Unidad III. Si bien las proteínas tienen funciones estructurales y de reserva, son moléculas con funciones “finas” como los transportadores, receptores, anticuerpos, y enzimas. El objetivo de este tema, además de la adquisición de conocimientos bioquímicos básicos, es introducir aspectos específicos necesarios para la comprensión de los procesos biológicos y relacionar la composición química de los seres vivos con sus funciones y su evolución. Secuencia de puntos a tratar en el subtema AMINOÁCIDOS 1. Clasificación de los aminoácidos: • Según características químicas del –R. • Según la polaridad del –R. 2. Comportamiento eléctrico de los aminoácidos a diferentes pH. • Electroforesis: fundamentos de la técnica y aplicación. 3. Curva de titulación y poder amortiguador: conceptos generales. 4. Actividad: Separación de aminoácidos por cromatografía líquida. ACTIVIDADES PROPUESTAS PARA EL DESARROLLO DEL SUBTEMA AMINOÁCIDOS 1. En el aminoácido cisterna (cis) cuya fórmula parece a continuación reconoce los grupos indicados como 1, 2 y 3. 1 2 3 cis ___ Grupo carboxilo. ___ Grupo amino. ___ Radical El primer aminoácido descubierto fue la asparagina (1806) y el último de los 20 aminoácidos proteicos fue la treonina (1938), En algunos casos la denominación deriva de donde fueron aislaron por ej.: asparagina (espárrago), ácido glutámico (gluten de trigo), tirosina (griego tyros: queso). 2. En solución acuosa, a pH próximo a la neutralidad, el grupo carboxilo se deprotoniza y el grupo amino capta el protón. Como consecuencia de esto se forma un dipolo. A partir de la forma no disociada formula a mano el dipolo, pero no envíes su fórmula, envía como respuesta la carga con que queda el grupo amino. Responde si el dipolo es o no un ión. COOH l H2N - C - H l CH3 3. a. A partir de la información que se presenta a continuación analiza las fórmulas de los aminoácidos fen, val, ser, y el asp y clasifícalos según la polaridad del -R. Explica en que te basaste para reconocer la polaridad de cada uno. b. Busca la característica de los aminoácidos ácidos, explícala e identifica uno de ellos entre las fórmulas presentadas. La clasificación de los aminoácidos según dos criterios: a. Naturaleza química del -R : ácido, básico o neutro. b. En función de la polaridad del -R: APOLARES con carga + o POLARES sin carga Ácido aspártico (Asp) Lisina (Lys) Asparragina (Asn) Arginina (Arg) Ácido glutámico (Glu) Histidina (His) Glutamina (Gln) Metionina (Met) Serina (Ser) Treonina (Thr) Cisterna (Cys) Prolina (Pro) Fenilalanina (Phe) Tirosina (Tyr) Triptófano (Trp) Glicina (Gly) Alanina (Ala) Valina (Val) Leucina (Leu) Isoleucina (Ile) 4. A un aminoácido en solución se agrega en la situación I un ácido y en la situación II una base. ¿Con qué carga queda el aminoácido en cada situación? Es importante que lo formules a mano, pero no envíes las fórmulas, envía como respuesta la carga con la que quedó como resultado de cada situación. situación I (H+) COOl + H3N - C - H l CH3 situación II (OH-) 5. Si un compuesto con carga (ión) se somete a la acción de un campo eléctrico se desplazará hacia el polo de signo contrario a su carga. En este principio, se basa una técnica: la electroforesis. Abajo está representada una cuba de electroforesis donde se observan los electrodos (señalados como ánodo y cátodo) a los que se conecta la fuente de poder, el soporte (donde está la muestra) y el tampón o buffer que determina el pH en que se realiza la electroforesis y llena todo el dispositivo. ¿Hacia qué polo migrará el aminoácido representado en la pregunta 5 en la situación I, II y en su forma dipolo? 6. a. Describe en términos generales el procedimiento para construir una curva de titulación. b. Analiza la curva de titulación presentada que corresponde a la de un aminoácido neutro. Explica en que te basas para reconocer las zonas con mayor poder amortiguador. ACTIVIDAD (COLABORATIVA O INDIVIDUAL) SEPARACION DE AMINOÁCIDOS POR CROMATOGRAFÍA LIQUIDA Una técnica ampliamente usada para separar y cuantificar aminoácidos de muestras animales, vegetales y bacterias es la cromatografía líquida e alta presión, designada como HPLC (de High Perfomance Liquid Chromatography). El equipo, un cromatógrafo, está formado básicamente según se ilustra a continuación. High-performance liquid chromatography (HPLC) is a form of liquid chromatography to separate compounds that are dissolved in solution. HPLC instruments consist of a reservoir of mobile phase, a pump, an injector, a separation column, and a detector. Compounds are separated by injecting a plug of the sample mixture onto the column. The different components in the mixture pass through the column at different rates due to differences in their partitioning behavior between the mobile liquid phase and the stationary phase. 1. En función del esquema y de la información al pie realiza una descripción general del proceso. 2. A continuación figura un cromatograma obtenido después de inyectar una muestra que contenía aminoácidos. Se ven claramente 5 aminoácidos (picos), separados de un grupo que salió antes (todos juntos y no se pueden identificar). a. ¿Cuál es la razón por la cual salen a diferentes tiempos? b. ¿Cuál está a mayor concentración? Explica en que te basaste para responder. La mayoría de los aminoácidos no forman parte de las estructuras proteicas. Estos aminoácidos no proteicos en las plantas pueden actuar como intermediarios de la síntesis de aminoácidos proteicos o como productos finales del metabolismo celular. Muchos aminoácidos no proteicos se encuentran en las semillas y son generalmente tóxicos para los animales. Tienen entonces al menos dos funciones, una como "repelente" para los herbívoros y al mismo tiempo sirven como reserva de C y N para la semilla. A su vez, aminoácidos que forman parte de proteínas son precursores en la síntesis de compuestos requeridos para el funcionamiento celular. Dos ejemplos son el triptofano y la tirosina. El primero es precursor del ácido indol acético (AIA), regulador de crecimiento en vegetales. El aminoácido tirosina es precursor de la hormona tiroidea: tetra iodo tiroxina (T4). Bibliografía y sitios de consulta sugeridos www.fagro.edu.uy/bioquimica Material de nivelación: Tema 3 AMINOACIDOS. http://www2.uah.es/sancho/farmacia/animaciones.htm http://www.hiperbiologia.net/macromoleculas/aminoaci.htm#aminoacidos Secuencia de puntos a tratar en el subtema PÉPTICOS Y PROTEÍNAS 1. Enlace peptídico, residuos -N terminal y -C terminal. 2. Estructura de las proteínas. • Estructura primaria: secuencia de AA. • Estructura secundaria: proteínas fibrilares. • Estructura terciaria: proteínas globulares. • Estructura cuaternaria: proteínas oligoméricas. 3. Desnaturalización. 4. Actividad: Anemia falsiforme. ACTIVIDADES PROPUESTAS PARA EL DESARROLLO DEL SUBTEMA PÉPTICOS Y PROTEÍNAS 1. Las proteínas cumplen diferentes funciones, a continuación se enumeran algunas, da un ejemplo para cada una. Función Catálisis Estructurales Transporte Inmunidad Ejemplo Función Ejemplo Hormonal Receptores Movimiento Almacenamiento 2. ¿Por qué las proteínas son macromoléculas? Atiende las características que tienen en común con otras macromoléculas que conozcas. 3. En los péptidos y proteínas los AA se encuentran unidos entre sí por enlaces covalentes establecidos entre el grupo carboxilo de un AA y el grupo amino de otro. a. Indica los productos de hidrólisis del dipéptido. Usa la tabla de aminoácidos para reconocer los –R. b. ¿Qué grupos reaccionan para formar el enlace peptídico? Explica el proceso de condensación. El dipéptido que formulaste es la aspartil fenilalanina, es una molécula con poder edulcorante 200 veces superior a la sacarosa, que se comercializa con el nombre de NutrasweetR Otros péptidos: Neurotransmisores: descubiertos en 1975 y denominados inicialmente encefalinas, tienen efectos analgésicos y algunos estarían relacionados con los estados de ánimo. Puedes encontrar una extensa bibliografía al respecto. Recuerda que el neurotransmisor más conocido es la acetilcolina, que no tiene naturaleza peptídica. Antibióticos peptídicos: muchos antibióticos naturales son péptidos, o tienen un componente peptídico en su molécula. La penicilina, gramicidina y bacitracina son antibióticos de este tipo. La ciclosporina A, con 11 residuos aminoacídicos, es un inmunosupresor usado en la terapia de transplantes porque inhibe la activación de los linfocitos T. 4. a. b. c. El esquema resume el mecanismo de síntesis de proteínas. A partir del mismo: Resume la relación entre la secuencia de bases del ADN y la secuencia de AA de un péptido. Indica cuántos AA codifica el ADN representado. ¿Qué entiendes por estructura primaria? 5. El citocromo c es uno de los tantos ejemplos de proteína conservada. El grado de homología de su secuencia está relacionado con el parentesco evolutivo entre distintos organismos: el citocromo c humano y el del chimpancé son idénticos. A continuación aparece la secuencia de residuos aminoacídcos (estructura primaria) del citocromo c humano. Las líneas debajo de los símbolos, además sobre iluminados en amarrillo, indican los AA que son idénticos en 35 especies de organismos diferentes. En otros 23 sitios de la molécula, que no están indicados en el esquema, hay homología funcional, es decir, los -R son del mismo tipo. ¿Qué -R tienen homología con la lis, glu y ala? La tabla de aminoácidos puede ayudarte a responder. gli – asp – val – glu – lis5 – gli – lis – lis – ile – fen10– ile – met – lis – cis15 – ser – gln – cis – his - tre – val – glu – lis – gli – gli – lis- his – lis 25- tre – gli – pro – asn – leu – his –gli – leu35 – fen – gli – arg – lis – tre40 – gli – gln – ala – pro – gli tir – ser – tir – tre – ala50 – ala – asn – lis55 – asn – lis – gli .- ile – ile – trp - gli 60– lis – asp – tre –leu – met65 – glu – tir – leu – glu – tir - pro – lis – lis – tir - ile75 pro – gli - tre – lis - met – ile – fen – val – gli - ile - lis - lis - lis - glu - glu arg - ala - asp - leu - ile95 - ala - tir - leu - lis – lis100 – ala – tre – tir - glu104 6. a. A partir del esquema que representa a una proteína con estructura secundaria en alfa hélice y hoja plegada, caracteriza esta estructura según sus fuerzas estabilizadoras y ordenamiento espacial. b. Busca ejemplos de proteínas con estructura secundaria y su función biológica. alfa hélice hoja plegada 7. ¿Qué entiendes por estructura terciaria? Describe tres tipos de interacciones que pueden estar presentes en esta estructura. Explica en qué consiste cada. 8. Reconoce en el esquema de una proteína globular las interacciones señaladas como 1, 2, 3, 4 y 5. 5 4 3 1 2 9. Caracteriza la estructura cuaternaria e indica sus posibles fuerzas estabilizadoras. 10. Redacta un pie de figura para el esquema que aparece a continuación. 11. Explica por qué se desnaturaliza una proteína globular por el agregado de: a. un ácido b. un solvente apolar Bibliografía y sitios de consulta sugeridos www.fagro.edu.uy/bioquimica Materiales: Tema 4 PEPTIDOS Y PROTEINAS. http://webpages.ull.es/users/bioquibi/bioquimica%20estructural/estructura_de_proteinas.htm http://www.telefonica.net/web2/temasbiologia/proteinas/proteinas.htm ACTIVIDAD (COLABORATIVA O INDIVIDUAL) LA ANEMIA FALSIFORME, UNA ENFERMEDAD "MOLECULAR" La anemia falsiforme o drepanocítica es un trastorno hereditario que afecta los glóbulos rojos. El mal funcionamiento es atribuible a la presencia de moléculas anormales de hemoglobina (HbS) en los glóbulos denominados drepanocíticos porque adquieren forma de hoz. Los eritrocitos normales tienen forma de disco. La molécula normal de hemoglobina humana consta de dos copias de la cadena polipeptidica α y dos copias de la cadena β ligeramente distintas (α2β2). El defecto de la hemoglobina (Hb) se relaciona con una mutación puntual en el gen que codifica la cadena β, que se traduce en el cambio de un solo residuo. La Hb del adulto normal (HbA) contiene glu en posición 6, mientras que la HbS presenta val en esa posición. Los otros residuos de la cadena son idénticos. La consecuencia de la sustitución β6 (glu) por β6 (val) es que las moléculas de HbS tienden a agregarse y a formar agregados que determinan cambio en la forma del eritrocito, y se reduce la capacidad de transporte de oxígeno. Como consecuencia de la forma celular, el pasaje de los eritrocitos por capilares se dificulta, y también el transporte de oxígeno. Además, como los eritrocitos se rompen con mucha facilidad se produce anemia. Todo esto ocurre porque un grupo R apolar (val) es sustituído por un R polar con carga negativa (glu) en la posición 6 de las cadenas β. No obstante es incorrecto concluir que cada aminoácido de la secuencia es imprescindible en la determinación de la estructura y función de una proteína. Por ejemplo, muchas de las 300 variantes encontradas en la secuencia de la hemoglobina no se acompañan de un funcionamiento anormal. En tales casos lo residuos aminoacídicos se consideran prescindibles en el sentido de que pueden ser sustituidos sin que se altere la molécula. A partir del texto que se presentó se propone como actividad buscar información y discutir las ventajas y desventajas de los individuos homocigotos y heterocigotos para HbS respecto al paludismo.
