Yasara: Aminoácidos

UNIVERSIDAD INTERAMERICANA
BAYAMON – CIENCIAS NATURALES Y MATEMATICAS
QUIM 4220 Laboratorio
Amino ácidos y enlaces péptidos
I. Amino ácidos
Los amino ácidos tienen un grupo carboxilo en un terminal y un grupo amino en al
otro. Al terminal con el grupo carboxílico se le llama el terminal-C y al terminal con el
amino se le llama el terminal-N. Entre medio de estos dos terminales se encuentra un
carbono que se identifica como  por estar contiguo al carbono del grupo carboxilo. A
este carbono se enlazan diferentes grupos, R, los cuales diferencian un amino ácido de
otro.
A. Construcción del modelo
1. Vaya a Edit → Build → Residue in protein. Seleccione Ala en la ventana que
aparece. Por default, saldrá seleccionado el amino ácido “L”. Luego presione OK.
2. Presione F3 en el teclado para cambiar la representación del modelo.
3. Presione el botón derecho del mouse y arrástrelo para acercar su modelo.
4. Vaya a Clean → All para añadirle hidrógenos al modelo. Retenga el modelo para la
próxima parte.
Preguntas: ¿Porqué se deja la selección del amino ácido “L”? ¿Cuántos hidrógenos
tiene el nitrógeno? ¿Cuál es la carga eléctrica en el terminal-N? ¿Cuántos hidrógenos
tienen los oxígenos? ¿Cuál es la carga eléctrica en el terminal-C? ¿Cuántos átomos
hay entre el nitrógeno y el carbono ? ¿Cuántos átomos hay entre uno de los
oxígenos del grupo carboxílico y el carbono ?
B. Energía de solvatación del zwitterion
La energía (o entalpía) de solvatación, Hsolv, es una medida de la solubilidad de un
compuesto en agua. Mientras más alta es esta energía, mayor es la solubilidad. Esta se
calcula restando la entalpía de formación en estado gaseoso, Hf(g), de la entalpía de
formación en estado acuoso, Hf(ac), o sea: Hsolv = Hf(ac) – Hf(g). Debido a que las
energías de formación tienden a ser negativas, la energía de solvatación mayor será la
más negativa.
1. Vaya a Edit → Optimize → All y presione OK en la ventana que aparece.
2. Anote el valor y las unidades que muestras la consola que aparece en la parte de
debajo de la ventana de YASARA. Note que este valor fue calculado en estado
acuoso. Por lo tanto, este será Hf(ac).
3. Vaya a Options → Default pH y haga un click con el mouse en el recuadro de
Disable pH model and work in vacuo y remueva la marca de cotejo en Adjust
bond orders and hydrogens con un click sobre la misma. Luego presione OK. La
primera opción de Default pH le permite trabajar en el vacío, o sea, estado gaseos; la
segunda de Disable pH… le retiene la estructura que tiene en pantalla.
4. Repita los pasos 1 y 2. Note que esta vez obtiene la energía de formación al vacío.
5. Calcule la energía de solvatación como se le indicó anteriormente.
Preguntas: ¿Cuál es más negativa, Hf(ac) o Hf(g)? ¿Cómo es más estable la molécula,
en estado gaseoso o en estado acuoso? Basándose en la ecuación Hsolv = Hf(ac) –
Hf(g) y los datos que obtuvo, ¿la energía de solvatación debiera ser positiva o
negativa? Explique porqué.
C. Energía de solvatación de amino ácidos en forma no-iónica
1. En Options → Default pH vea que Disable pH model and work in vacuo esté
activado (o sea, que tenga una marca de cotejo) y active Adjust bond orders and
hydrogens poniendo una marca de cotejo en el recuadro al lado. Luego presione OK.
Preguntas: ¿De qué manera se re-arregló la molécula? ¿Cuántos hidrógenos hay en el
nitrógeno y el carbón de los terminales N y C respectivamente? ¿Qué carga hay en
cada uno de los grupos terminales?
2. Repita los pasos 1 y 2 de la parte B.
Pregunta: ¿A qué entalpía corresponde el valor que obtuvo en este paso?
3. En Options → Default pH, quítele las marcas de cotejo a Disable pH model and
work in vacuo y a Adjust bond orders and hydrogens. Luego presione OK.
4. Repita los pasos 1 y 2 de la parte B.
Preguntas: ¿A qué entalpía corresponde el valor que obtuvo en este paso?
5. Calcule la energía de solvatación como se le indicó anteriormente.
Preguntas: Compare las energías de solvatación de las partes C y D. De acuerdo a sus
resultados, ¿cuál de las dos formas de amino ácido sería más favorecida en estado
acuoso y cuál en estado gaseoso?
D. Punto isoeléctrico
1. Suba el modelo de cualquier aminoácido como lo hizo en la parte anterior.
2. Represente el amino ácido en la forma de zwitterion en estado acuoso usando las
opciones de Default pH que usó en la parte anterior.
3. Volviendo a la ventana de Default pH, suba el pH en intervalos de 0.5 con las flechas
al lado del recuadro de pH hasta que observe un cambio en la molécula. Anote el pH
donde observó el cambio.
Preguntas: ¿Qué cambio observó? Explique ese cambio en términos del pKa de ácidos
y del pKb de bases.
4. Regrese a pH 7.0 en la ventana de Default pH y repita el paso anterior, esta vez
disminuyendo el pH.
Preguntas: ¿Qué cambio observó? Explique ese cambio en términos del pKa de ácidos
y del pKb de bases.
5. Busque en la literatura la fórmula para calcular el punto isoeléctrico de un amino
ácido y calcúlelo para su modelo.
6. Busque en la literatura el punto el punto isoeléctrico de su modelo y compárelo con el
que obtuvo del YASARA.
7. Repita el procedimiento con dos otros aminoácidos.
II. Enlaces peptídicos
Un enlace péptido se forma de una reacción de condensación entre el terminal-N de un
amino ácido y el terminal-C de otro amino ácido.
A. Construcción del modelo
1. Vaya a Edit → Build → Residue in protein. Por default, saldrá seleccionado el
amino ácido “L”. Seleccione Ala en la ventana que aparece y presione OK.
2. Presione F3 en el teclado para cambiar la representación del modelo.
3. Presione el botón derecho del mouse y arrástrelo para acercar su modelo.
4. Vaya a Clean → All para añadirle hidrógenos al modelo.
5. Vaya a Edit → Add → Residue to protein. En la ventana que aparece, seleccione
Peptide en cualquiera de las columnas y luego Ala, L-amino acid, C-terminal y
Add with helical dihedral angle en la próxima ventana.
Preguntas: ¿Cuál es el ángulo aproximadamente entre los metilos de las dos alaninas?
¿En qué forma se encuentra el amino ácido? ¿Qué le sucedió a uno de los oxígenos del
primer amino ácido?
B. Optimización del modelo
1. Vaya a Edit → Optimize → All y presione OK en la ventana que aparece. Anote le
energía de formación y el estado en que se calculó esta energía.
C. Geometría de enlace péptido
a. Longitud del enlace péptido
1. Seleccione el nitrógeno del grupo amida.
2. Seleccione el carbono del grupo amida.
3. Al final de la tabla de la derecha de la ventana de YASARA, busque el valor del
ángulo que marcó al lado de Marked Distance.
4. Repita los pasos anteriores con el enlace C – N del terminal-N.
Preguntas: ¿Cómo comparan las longitudes de enlaces C – N del grupo amida y del
terminal-N? Busque en la literatura la longitud de enlaces C – N sencillos y dobles.
¿Cómo comparan las longitudes que usted obtuvo de los enlaces C – N con los de la
literatura? ¿Cómo clasificaría usted el enlace C – N del grupo amida?
b. Ángulos de enlace del nitrógeno del grupo amida
1.
Seleccione uno de los átomos enlazados al nitrógeno del grupo amida.
2. Seleccione el nitrógeno y luego cualquiera de los otros dos átomos enlazados al
nitrógeno.
3. Al final de la tabla de la derecha de la ventana de YASARA, busque el valor del
ángulo que marcó al lado de Marked Angle.
4. Repita los pasos anteriores con los otros dos ángulos de enlace alrededor del
nitrógeno del grupo amida.
Preguntas: ¿Qué valores obtuvo para los ángulos de enlace alrededor del nitrógeno
del grupo amida? ¿Cuál es la geometría alrededor del nitrógeno del grupo amida? ¿A
qué hibridación corresponde esta geometría?
c. Ángulo diedro
El ángulo diedro es el ángulo entre dos planos que se intersecan. Dos planos que no
son paralelos se intersecan en una línea recta, o sea, tienen dos puntos en común. Tres
puntos definen un plano. Un cuarto punto define un segundo plano junto con los dos
que tiene en común con el primer plano. Un ángulo diedro de 0° o 180° significa que
los planos están paralelos.
1. Seleccione el hidrógeno enlazado al nitrógeno del grupo seguido de ese mismo
nitrógeno.
2. Con los dos átomos anteriores seleccionados, seleccione uno de los carbonos
enlazado al nitrógeno y luego el otro.
3. Al final de la tabla de la derecha de la ventana de YASARA, busque el valor del
ángulo que marcó al lado de Marked Dihedral.
Preguntas: ¿A qué geometría se aproxima este ángulo? En base a esa geometría, ¿cuál
sería la hibridación del nitrógeno?
D. Energía de rotación del enlace péptido
Podemos ver el enlace peptídico como la línea donde se intersecan dos planos
definidos por los átomos O, C, N y C, N, H.
1. Seleccione los átomos del grupo amida en el siguiente orden: O, C, N y H.
2. Lleve la flecha sobre el oxígeno que seleccionó primero y presione el botón derecho
del mouse.
3. Vaya a Geometry → Dihedral y en la ventana que aparece, lleve el valor en el
recuadro de Dihedral angle a -180° con la barra debajo del recuadro.
4. Vaya a Analyze → Energy y, bajo Formation energy, seleccione All. Anote el valor
que aparece en la consola en la parte de debajo de la ventana de YASARA.
5. Repita los pasos 3 y 4 ajustando el ángulo diedro a intervalos de 30° hasta llegar a 0°.
Debe terminar con nueve puntos de ángulo y energía de formación.
6. Haga una gráfica en EXCEL de energía de formación vs. Ángulo diedro.
Preguntas: ¿Cuál es el ángulo diedro más favorable? Resuma los resultados que
obtuvo en las partes C y D de este ejercicio y explique a qué conclusiones llevan esos
resultados acerca del enlace péptido.