AMINOÁCIDOS SON COMPUESTOS QUE CONTIENEN COMO INDICA SU








PROTEÍNAS

AMINOÁCIDOS


Son compuestos que contienen, como indica su nombre, los siguientes grupos:


- NH2 + - COOH


A continuación se relacionan los aminoácidos más usuales, expresando entre paréntesis la forma de denominarlos de forma abreviada:



AMINOÁCIDOS  SON COMPUESTOS QUE CONTIENEN COMO INDICA SU


De los aproximadamente 25 aminoácidos obtenidos por hidrólisis de las proteínas, la mayoría son α-aminoácidos en los que la diferencia estriba en el resto alquilo, aunque hay excepciones como la prolina e hidroxiprolina, en los que el grupo amino forma parte de un anillo pirrolidínico, Esta característica común les confiere un conjunto de propiedades químicas que también le son comunes, entre las que destaca su capacidad para formar largas cadenas poliamídicas, característica de las proteínas.

En otros aspectos, las estructuras de estos compuestos varían considerablemente. Además del grupo carboxilo y del amino en α, algunos de estos aminoácidos tienen un segundo carboxilo u otro potencial en forma de carboxamida. Estos se denominan aminoácidos ácidos. Otros contiene un segundo grupo básico que puede ser amino, guanidino o el anillo del imidazol. Estos se denominan básicos. Además, algunos contienen sistemas bencénicos o heterocíclicos, grupos fenólicos o alcohólicos o átomos de halógeno o de azufre. Cada uno de estos sistemas anulares o grupos funcionales sufren su propio conjunto de reacciones.

Propiedades especiales de los α-aminoácidos

- A excepción de la glicina, los aminoácidos tienen un átomo de carbono quiral, que da lugar a enantiómeros. (Todos tienen configuración L del gliceraldehido).


- Aminoácidos como iones dipolares (anfóteros):

Las propiedades físicas (punto de fusión, solubilidad, momento dipolar considerable, solubilidad en agua e insolubilidad en disolventes apolares o de baja polaridad) de los aminoácidos son las que deben suponer para una sal generada por una estructura de ión dipolar:

H3N+ - CHR – COO-

Esto hace comprensible las propiedades ácido-base si se entiende que la Ka medida se refiere en realidad a la acidez del ión amonio, RN+H3. (Constantes de acidez y basicidad extremadamente pequeñas para grupos – COOH y – NH2).

H+ H+

HAMINOÁCIDOS  SON COMPUESTOS QUE CONTIENEN COMO INDICA SU AMINOÁCIDOS  SON COMPUESTOS QUE CONTIENEN COMO INDICA SU AMINOÁCIDOS  SON COMPUESTOS QUE CONTIENEN COMO INDICA SU AMINOÁCIDOS  SON COMPUESTOS QUE CONTIENEN COMO INDICA SU 2N – CHR – COO- H3N+ - CHR - COO- H3N+- CHR - COOH

OH- OH-

II I III



La concentración de ión hidrógeno de la solución para la cual un aminoácido determinado no migra en un campo eléctrico (formado por ánodo y cátodo) se denomina punto isoeléctrico de dicho aminoácido. Este no corresponde necesariamente a pH = 7 y, además, es diferente para cada aminoácido.

Un aminoácido por lo general tiene la solubilidad más baja cuando su solución se encuentra en el punto isoeléctrico, puesto que ahí se encuentra la concentración más alta del ión dipolar. A medida que la solución se hace más alcalina o más ácida, aumenta la concentración de uno de los iones más solubles, sea de II o de III.

Síntesis de aminoácidos:


Br2/P NH3

CAMINOÁCIDOS  SON COMPUESTOS QUE CONTIENEN COMO INDICA SU AMINOÁCIDOS  SON COMPUESTOS QUE CONTIENEN COMO INDICA SU H3CH2COOH CH3CH(Br)COOH CH3CH(NH2)COOH

(alanina, 70%)



Evidentemente, los aminoácidos sintéticos obtenidos son ópticamente inactivos, y deberán ser resueltos si se quieren comparar los materiales activos con los ácidos naturales, o si se desean para sintetizar péptidos. Hay un creciente interés en síntesis enantiotópicas, que generan directamente aminoácidos ópticamente activos: una preparación de este tipo debe ser realizada, desde luego, en un medio quiral. Así por ejemplo, se puede considerar el caso de obtención de aminoácidos mediante hidrogenación homogénea de forma enantioselectiva:



H2 H2O

CAMINOÁCIDOS  SON COMPUESTOS QUE CONTIENEN COMO INDICA SU AMINOÁCIDOS  SON COMPUESTOS QUE CONTIENEN COMO INDICA SU H2 = C(COOH)NHCOCH3 CH3CH(COOH)NHCHCH3 Cat. H+

Ác. 1-acetamidapropenóico (1) Acetilamina (2)



AMINOÁCIDOS  SON COMPUESTOS QUE CONTIENEN COMO INDICA SU CH3CH(COO-)+ NH3 Alanina (3)



  1. Materia prima aquiral (el grupo acetilo se utiliza para proteger el grupo amino).

  2. Se genera centro quiral. El enantiómero obtenido depende de la cara a la que se añade el hidrógeno en (1).

Es por tanto importante la característica del catalizador. Así, si se utiliza el catalizador de Wilkinson ordinario, ópticamente inactivo, cabe esperar que la adición a ambas caras sea igualmente probable, obteniendo así la modificación racémica. Es lo que ocurre realmente.

Si suponemos la modificación del catalizador para que sea ópticamente activo: los reactivos unidos al metal estarían reaccionando ahora en un medio quiral (la esfera de coordinación quiral del metal), es de suponer que habrá formación preferente de uno de los dos enantiómeros; esto es, habrá enatioselectividad. ¿Cómo se hace que un complejo se vuelva ópticamente activo?. Se prepara un catalizador que contenga un ligante ópticamente activo. Esto llevaría a que o bien se formaría preferentemente un complejo π diastereómero en lugar de otro por haber enlazamiento preferencial del metal a una de las caras del alqueno o bien se formarían ambos complejos π, pero uno es más reactivo que el otro, la transferencia de hidrógeno es más rápida dentro de él, quizás porque hay mejor relación espacial entre el hidrógeno y el alqueno.

Se han desarrollado complejos metálicos para catalizar muchas reacciones distintas a la hidrogenación con la cualidad especial, en muchos casos, de la estereoselectividad.



PÉPTIDOS


Los péptidos son amidas formadas por interacción entre grupos amino y carboxilo de aminoácidos. En estos compuestos se acostumbra a describir el grupo amida – NHCO – como la “unión petídica”.

Debido a la geometría del enlace, tanto el C como el N y O presentan hibridación sp2, lo que implica una disposición triangular plana de los cinco orbitales enlazantes tipo π.


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AMINOÁCIDOS  SON COMPUESTOS QUE CONTIENEN COMO INDICA SU AMINOÁCIDOS  SON COMPUESTOS QUE CONTIENEN COMO INDICA SU AMINOÁCIDOS  SON COMPUESTOS QUE CONTIENEN COMO INDICA SU C N C == N+

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R R



Determinación de la estructura de los péptidos


La estructura de los péptidos se determina mediante:

1.- Cuántos residuos de aminoácidos constituyen la molécula y cuántos de cada uno de ellos.

Para ello se realiza hidrólisis ácida (el álcali racemiza) y se determina la cantidad de cada uno, por ejemplo mediante cromatografía y vía metilésteres utilizando la cromatografía de gases.

2.- Secuencia a lo largo de la cadena.

Se determina mediante el análisis de residuos terminales (identificación de los residuos de aminoácidos en los extremos de la cadena peptídica). Se hace una hidrólisis parcial:



Síntesis de péptidos

Es importante tanto desde el punto de vista de comprobación de estructuras como de obtención de polipéptidos, que no se pueden obtener industrialmente de fuentes naturales.

El problema básico de la síntesis de polipéptidos es el de la protección del grupo amino. Debe evitarse la combinación entre el carboxilo y el amino del mismo aminoácido.

Las síntesis se realizan en muchas fases: se bloquea el grupo - NH2 del primer aminoácido y se une a su - COOH un grupo activador; se bloquea el - COOH del segundo aminoácido (generalmente en forma de éster) y se hace reaccionar el - COOH activado del primero con el - NH2 libre del segundo. A continuación se desbloquea el - NH2 o el - COOH del dipéptido y se repite el proceso para cada eslabón.


Ejemplos de reactivos bloqueantes y activadores:



Bloq. grupo - NH2 Bloq. grupo - COOH Activ. - COOH


Cloruro de p-toluensulfonilo Metanol Cloroformiato de isobutilo

Cloruro de trifenilmetilo Etanol Diciclohexilcarbodiimida Cloroformiato de terc-butilo Alcohol bencílico



Estos complicados procesos se simplificaron con el método desarrollado por Merrifield (1965). Se efectúa la síntesis con el péptido creciente unido a una fase sólida: resina de poliestireno con grupos - CH2Cl en forma de microesferas. Después de cada fase, la resina se filtra y se lava con lo que se eliminan todos los reactivos excedentes e impurezas, sin afectar al péptido unido a la resina que queda listo para otro ciclo. Ya se fabrican sintetizadores automatizados en los que las adiciones y lavados se dosifican sucesivamente con bombas automáticas.

El interés industrial de la síntesis de polipéptidos activos ha disminuido al descubrirse las técnicas de ingeniería genética, que permiten introducir el gen correspondiente en una bacteria y producir el polipéptido por cultivo de la misma.






PROTEÍNAS


Las proteínas son polímeros grandes; corresponden a poliamidas cuyos monómeros son los α-aminoácidos. A diferencia de los polisacáridos, que suelen ser polímeros repetitivos de uno o dos monómeros, con periodicidad constante, casi todas las proteínas contienen unos 20 α-aminoácidos diferentes sin periodicidad alguna, pero con una ordenación precisa. El número de combinaciones distintas, es decir el número de moléculas proteínicas diferentes que pueden existir, es casi infinito.

No existe solución de continuidad entre los conceptos de polipéptidos y proteínas. Arbitrariamente, se consideran proteínas aquellos polipéptidos formados por un número de α-aminoácidos próximo al centenar. Algunas proteínas están formadas por una sola cadena polipeptídica; otras están constituidas por varias cadenas asociadas; por último, es frecuente que las proteínas contengan algún fragmento no peptídico.


• Métodos basados en diferencias de solubilidad.

• Métodos basados en diferencias de cargas. (Cromatografía cambio iónico; electroforesis).

• Métodos basados en diferencias de pesos moleculares. (Diálisis; tamices moleculares; centrifugación).


- Determinación cuantitativa de proteínas:

Las proteínas tienen prácticamente una composición uniforme, lo que hace posible analizarlas determinando únicamente el % de N (aproximadamente el 16 %). Se utiliza:


Método de Kjeldahl:

H2SO4 NaOH Valorac.

AMINOÁCIDOS  SON COMPUESTOS QUE CONTIENEN COMO INDICA SU AMINOÁCIDOS  SON COMPUESTOS QUE CONTIENEN COMO INDICA SU AMINOÁCIDOS  SON COMPUESTOS QUE CONTIENEN COMO INDICA SU N (NH4)2SO4 NH3/H3BO3 % N

Cu+2, Se de NH3



Método de Lowry:


Color azul con reactivo Folin (Cu2+, tartrato, molibdeno). Absorbancia a 750 nm proporcional a la concentración.


Método de fluorescamina:


Color azul; espectrofotómetro: absorbancia a 280 nm.



- Clasificación de proteínas:


Las proteínas las podemos clasificar como:

* Fibrosas: Insolubles en agua (largas y en forma de hilos, y tienden a juntarse para dar fibras).

* Globulares: Solubles en agua o soluciones acuosas de ácidos, bases o sales (soluciones coloidales), (están dobladas formando unidades compactas en forma esferoide).


- Conocimiento de la estructura de una proteína:


Hay que conocer sucesivamente:

1) Su peso molecular

2) Clase y número de aminoácidos que contiene

3) Secuencia de los aminoácidos en la cadena o en las cadenas que están unidas por enlaces covalentes (estructura primaria); (enlaces peptídicos).

4) El tipo de hélice α o de hoja plegada (conformación β) que forman las cadenas (estructura secundaria); (enlaces puente de hidrógeno C = O y NH de diferentes aminoácidos).

5) Los plegamientos y la estructura tridimensional que producen (estructura terciaria); (puentes disulfuro, electrostáticos, etc).

6) Asociación de dos o más moléculas protéicas en una estructura compleja (estructura cuaternaria); (enlaces por fuerzas en general no covalentes: puentes de hidrógeno y enlaces iónicos). La hemoglobina tiene una estructura cuaternaria.


- Desnaturalización:


La desnaturalización consiste en la pérdida total o parcial de los niveles de estructuraciones superiores al primario. Puede ser reversible o irreversible según los casos. Desenrolla la proteína, destruye su forma característica y, junto con ella, su actividad biológica específica.




ENZIMAS


Son proteínas globulares solubles, enrolladas de forma que sus partes hidrófobas se dirigen a su interior, lejos del agua, y que permite la máxima formación de puentes de hidrógeno intramoleculares.

Los enzimas son catalizadores biológicos que se caracterizan por las siguientes propiedades:

-Son proteínas con una conformación específica y exigida.

-Su actividad catalítica es mucho mayor que la de los demás catalizadores.

-Son específicas (cada enzima cataliza una reacción o un grupo restringido de reacciones biológicas).

-Catalizan limpiamente a bajas concentraciones y temperaturas con reacciones muy específicas.

-Se autorregulan en respuesta a cambios de concentración de los reactivos o productos y su conformación no es rígida sino flexible.


Además de la importancia de los enzimas desde el punto de vista del funcionamiento normal de los organismos vivos, los enzimas también tienen importancia industrial. Muchos enzimas purificados se usan en las industrias químicas y de alimentos para conseguir reacciones específicas, y la fabricación industrial de enzimas tiene un volumen importante y creciente.

Se conocen unos 220 enzimas (purificados e identificados por su actividad específica). Todos son proteínas de peso molecular 104 - 106, y se conoce la estructura primaria, secundaria y terciaria de unos 30. Recientemente se ha descubierto que ciertos ácidos

nucléicos tienen actividades enzimáticas.


Reacción enzimática:


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(enzima) (sustrato) (paso que exige mayor activación) (enzima) (producto)



Los enzimas no modifican ni la constante de equilibrio ni la variación de la entalpía de la reacción total.


Clasificación de enzimas (Comisión Intern. de enzimas):


Clase Nombre Tipo de reacción que cataliza


1 Oxidoreductasas Oxidorreducción

2 Transferasas (quinasas) Transferencia de grupos

3 Hidrolasas Hidrolizan enlaces

4 Liazas Formación de dobles enlaces o adición

5 Isomerazas Isomerización

6 Ligazas Formación de enlace entre moléculas



Extracción y purificación:


Se utilizan los mismos métodos aplicables a las proteínas, evitando la desnaturalización.

Como criterios de pureza se utiliza: electroforesis en gel; alta actividad enzimática y constante; cristalización (si es posible).


Actividad enzimática:


Corresponde a la velocidad con que se consume el substrato o se produce el producto, en presencia de la enzima, con concentraciones y condiciones adecuadas y definidas.

Los factores a tener en cuenta en la actividad enzimática son: producto transformado; tiempo de transformación y cantidad de enzima o de preparación enzimática.

Las unidades de medida de la actividad son (entre otras):


Proteínas enzimáticas y cofactores:

Un buen número de enzimas están constituidas exclusivamente por una proteína (muchas veces de estructura cuaternaria), pero otras tienen unido a ella un ión o una molécula no proteica, que se llama cofactor o coenzima. La parte proteica de estas enzimas compuestas se llama apoenzima. Los iones metálicos encontrados como cofactores son todos los oligoelementos necesarios para la nutrición animal, vegetal o microbiana (B+3, Na+, K+, Ca+2, Mg+2, Mn+2, Fe+2, Fe+3, etc).

Entre los cofactores orgánicos están las vitaminas.

Las funciones del cofactor son:

- Contribuir a la estabilidad de la estructura terciaria de la proteína.

- Contribuir al acoplamiento ES y a la estabilidad de la unión.

- Intervenir en el mecanismo de la reacción, por ejemplo como dador -aceptor de electrones, iones o radicales.


Producción industrial de enzimas:


La vía más general es la de microorganismos en cultivo sumergido (Bacillus y Aspergillus).

De la producción mundial, el 90 % lo generan unas 9 compañias, correspondiendo el 50 % del mercado a las proteasas y el 30 % a amilasas.

Las industrias consumidoras de enzimas corresponden a:

- Alimentos (panadería, cerveza, vino, zumos de fruta, lácteos, almidón).

- Detergentes (detergentes biológicos: proteasas para hidrolizar manchas de proteínas).

- Farmacéutica.

- Papelera.

- Textil.

- Síntesis orgánica (ej. obtención de penicilina semisintética).









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