INTRODUCCIÓN Los aminoácidos son sustancias cristalinas, casi siempre de sabor dulce; tienen carácter ácido como propiedad básica y actividad óptica; químicamente son ácidos carbónicos con, por lo menos, un grupo amino por molécula, 20 aminoácidos diferentes son los componentes esenciales de las proteínas. Aparte de éstos, se conocen otros que son componentes de las paredes celulares. Las plantas pueden sintetizar todos los aminoácidos, nuestro cuerpo solo sintetiza 16, aminoácidos, éstos, que el cuerpo sintetiza reciclando las células muertas a partir del conducto intestinal y catabolizando las proteínas dentro del propio cuerpo. Los aminoácidos son las unidades elementales constitutivas de las moléculas denominadas proteínas. Son pues, y en un muy elemental símil, los "ladrillos" con los cuales el organismo reconstituye permanentemente sus proteínas específicas consumidas por la sola acción de vivir. Las proteínas que son los compuestos nitrogenados más abundantes del organismo, a la vez que fundamento mismo de la vida. En efecto, debido a la gran variedad de proteínas existentes y como consecuencia de su estructura, las proteínas cumplen funciones sumamente diversas, participando en todos los procesos biológicos y constituyendo estructuras fundamentales en los seres vivos. De este modo, actúan acelerando reacciones químicas que de otro modo no podrían producirse en los tiempos necesarios para la vida (enzimas), transportando sustancias (como la hemoglobina de la sangre, s angre, que transporta oxígeno a los tejidos), cumpliendo funciones estructurales (como la queratina del pelo), sirviendo como reserva (albúmina de huevo), etc. Los alimentos que ingerimos nos proveen proteínas. Pero tales proteínas no se absorben normalmente en tal constitución sino que, luego de su desdoblamiento ("hidrólisis" o rotura), causado por el proceso de digestión, atraviesan la pared intestinal en forma de aminoácidos y cadenas cortas de péptidos, según lo que se denomina " circulación entero hepática".
1. Respecto a los aminoácidos: A. ¿Cuántos aminoácidos presentes en la naturaleza se han
reportado hasta el momento?
B. ¿Cuántos y cuáles aminoácidos forman parte de las proteínas?, ¿qué características tienen en común? Los 20 aminoácidos que forman parte de las proteínas son: Serina (Ser,S), Treonina (Thr,T), Cisteína (Cys,C), Asparagina (Asn,N), Glutamina (Gln,Q) y Tirosina (Tyr,Y), Glicina (Gly,G), 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), Ácido aspártico (Asp,D) y Ácido glutámico (Glu,E), Lisina (Lys,K), Arginina (Arg,R) e Histidina (His,H). Los aminoácidos, monómeros componentes del polímero proteína, son moléculas quirales constituidas por un átomo de carbono central, el Cα, 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.
C. Cómo se clasifican los aminoácidos según:
el tipo de cadena lateral. 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.
las propiedades de la cadena lateral. Neutros polares, polares o hidrófilos: serina (Ser, S), treonina (Thr, T), cisteína (Cys, C), glutamina (Gln, Q), asparagina (Asn, N), tirosina (Tyr, Y). b. 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), triptófano (Trp, W) y glicina (Gly, G). Con carga negativa o ácidos: ácido aspártico (Asp, D) y ácido glutámico (Glu, 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).
la capacidad de síntesis del organismo.
A los aminoácidos que deben ser captados como parte de los alimentos se los llama 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 (Glu, E) 2. Respecto a niveles de organización de las proteínas: A. ¿Qué estructuras puede presentar una proteína? Explique cada una de ellas. La organización de una proteína viene definida por cuatro niveles estructurales denominados: estructura primaria, estructura secundaria, estructura terciaria y estructura cuaternaria. Cada una de estas estructuras informa de la disposición de la anterior en el espacio.
Estructura primaria La estructura primaria de las proteínas se refiere a la secuencia de aminoácidos, 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 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. -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
dextrógira, 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. Todas las cadenas laterales de los aminoácidos están dispuestas hacia el exterior de la hélice.6 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 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. Esto provoca una estabilización por interacciones hidrofóbicas, de fuerzas de van der Waals y de puentes disulfuro1 (covalentes, entre aminoácidos de cisteína convenientemente orientados) y mediante enlaces iónicos. Estructura cuaternaria La hemoglobina es una proteína tetramérica que suele emplearse como ejemplo de proteína con 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, éste puede ser un homodímero, si los monómeros constituyentes son iguales, o un heterodímero, si no lo son.
B. ¿Qué fuerzas estabilizan la estructura tridimensional de una proteína? La estructura de las proteínas está estabilizada por diferentes tipos de enlaces, como enlaces covalentes (enlace peptídico, enlace por puentes disulfuro), enlaces por puentes de hidrógeno (interacciones dipolo-dipolo), interacciones hidrofóbicas, enlaces salinos (interacciones electrostáticas) o las fuerzas de los contactos de Van der Waals. Todos estos tipos de enlaces juegan un importante papel en la estabilización de la estructura tridimensional de las proteínas. 3. ¿Qué condiciones afectan el plegamiento correcto de las proteínas? El plegamiento de proteínas es el proceso por el que una proteína alcanza su estructura tridimensional. La función biológica de una proteína depende de su correcto plegamiento. Si una proteína no se pliega correctamente será no funcional y, por lo tanto, no será capaz de cumplir su función biológica. El proceso inverso es conocido como desnaturalización de proteínas. Una proteína desnaturalizada no es más que una cadena de aminoácidos sin una estructura tridimensional definida ni estable. A menudo, las proteínas desnaturalizadas pierden su solubilidad y precipitan. En algunos casos los procesos de plegamiento y desnaturalización son reversibles, aunque en otros no. Hasta el momento se cree que la estructura primaria de una proteína induce a establecer las estructuras secundaria, terciaria y cuaternaria ya que el ADN no sólo determinaría la estructura primaria sino también los niveles superiores de estructura. Sin embargo, la actividad biológica de la proteína depende en gran medida de su estructura terciaria específica mantenida por los enlaces mencionados anteriormente, de tal manera que cuando una proteína se somete a: Calor Determinadas sustancias químicas Cambios bruscos de pH, etc.
4. ¿Cómo está formado el sistema de control de plegamiento en los organismos? Uno de los componentes fundamentales de los sistemas de control del plegamiento son las chaperonas moleculares. Esta clase de proteínas, muy conservadas entre las diferentes especies, unen reversiblemente a las moléculas de proteína de reciente síntesis y, mediante mecanismos diversos que pueden requerir la hidrólisis de ATP, las ayudan a plegarse en su estado nativo. Algunas chaperonas pueden revertir el plegamiento de las moléculas que están plegadas incorrectamente, dándoles una nueva oportunidad de iniciar el proceso y potencialmente alcanzar su estado nativo funcional. Además de las chaperonas moleculares, los sistemas de control del plegamiento se componen de varias proteasas muy especializadas cuya distribución intracelular semeja a la de las chaperonas. Estas proteasas, cuya función está coordinada con la de las chaperonas, degradan a las moléculas de proteínas plegadas incorrectamente, generalmente una vez que chaperonas específicas las han desplegado convenientemente. La vía fundamental de eliminación de las proteínas incorrectamente plegadas en el compartimiento citoplasmático es el complejo del proteosoma. Este sistema degrada a las proteínas que han sido marcadas para tal fin mediante la unión covalente a su estructura de un número variable de moléculas de ubiquitina. La vía del proteosoma es también el destino de algunas de las proteínas sintetizadas en los ribosomas unidos al retículo endoplásmico y que por alguna razón no alcanzaron su estado nativo.
5. ¿A qué se denomina precursor amiloide? La amiloidosis es un grupo de enfermedades raras y de causa desconocida, que se caracterizan por el depósito de sustancia amorfa (amiloide), en los espacios extracelulares de diversos órganos y tejidos condicionando alteraciones funcionales y estructurales según la localización e intensidad del depósito. Alrededor del 75% de los pacientes que la padecen tienen una amiloidosis primaria, el 5% del total presenta amiloidosis secundaria (asociada a otra enfermedad), y menos del 5% desarrolla una forma de amiloidosis familiar. Las manifestaciones clínicas son inespecificas, determinadas por el órgano o el sistema afectado. El diagnóstico se basa en la sospecha clínica y la demostración de la presencia de la sustancia amiloide en los tejidos. La evolución de la amiloidosis, es difícil de comprobar debido a que casi nunca se conoce con precisión el inicio de la misma. En cuanto al tratamiento médico, se observa respuesta favorable con melfalán más prednisona, respecto al transplante de órganos, no se cuenta con un protocolo de aceptación universal, este depende de cada caso, extensión y estadio evolutivo de la enfermedad. 6. ¿Cuáles son las características generales de los amiloides? Son proteínas muy heterogéneas y se depositan en cuadros clínicos distintos. 95% proteínas fibrilares: AL (Amiloide Ligera):
Son cadenas ligeras de inmunoglobulinas producidas por células secretoras. Pueden estar completas, ser fragmentos o presentarse una mezcla. Su depósito se asocia a algunas formas de proliferación monoclonal de las células B. AA (Amiloide Asociada):
Son proteínas de 76 aminoácidos (8500 D) sintetizadas por el hígado. Derivan de un precursor de 12.000 D que se encuentra en el suero y se denomina SAA (proteína sérica-amiloide-asociada). La SAA circula asociada a lipoproteínas de la subclase HDL3. Estas proteínas se encuentra en los cuadros clínicos descritos como "amiloidosis secundarias". Transtirretina amiloide (TTRA):
Es una proteína sérica normal que se une y transporta tiroxina y retinol. Una forma mutante de transtirretina se deposita en un grupo de enfermedades conocidas como polineuropatías amiloides. Otra forma se deposita en la amilodosis relacionada con el envejecimiento.
ð2 microglobulina (ð2m):
Es una proteína sérica normal componente de las moléculas MHC clase I. Se ha identificado como la subunidad fibrilar amiloide en la amiloidosis que sufren los hemodializados. ð2 del amiloide (Að):
Es un péptido de 4000D, constituye el núcleo de las placas cerebrales observadas en la enfermedad de Alzheimer. Deriva de una glucoproteína transmembrana mucho más grande, la proteína precursora de amiloide (APP). 5% componente amiloide-P del suero (SAP):
Componente normal de la matriz asociado con las fibras elásticas y la membrana basal glomerular. Es una glicoproteína decamérica del plasma. Compuesta por subunidades idénticas que forman dos anillos pentaméricos. Se une a todas las fibrillas de amiloide conocidas. No se requiere para la fibrilogénesis del amiloide in vitro pero parece funcionar protegiendo las fibrillas de la degradación in vivo. Es la principal proteína del plasma capaz de unirse a ADN y cromatina. También se une a fibronectina y a glicosaminoglicanos. La unión de estos ligandos y la fibrilla de amiloide es dependiente de calcio. Podría ser necesario para que se produzca el depósito de las fibrillas de amiloide. Es la causa de que la tinción con ácido peryódico salga positiva. 7. Mencione las estructuras protéicas involucradas en las amiloidosis humanas conocidas. Los precursores de amiloide también difieren en la proporción de alimentos de estructura secundaria que caracteriza su plegamiento. Por ej. La insulina solo posee estructura secundaria tipo alfa-hélice, mientras otros como la beta2- microglobulina, son moléculas todo-beta; un tercer grupo como la lisozima y la anteriormente mencionada transtiretina, se caracterizan por una proporción diferente de ambas formas de plegamiento.
8. ¿Qué modelos se postulan para el posible mecanismo de conversión del estado nativo al estado fibrilar de una proteína amiloidea? No existe un modelo estructural único que explique las propiedades individuales de todas las fibras amiloides. En base a la información estructural obtenida mediante diversos métodos biofísicos, se propusieron tres modelos básicos, con sus variantes, que explican las propiedades identificadas en algunos tipos particulares, desde la perspectiva de los posibles mecanismos de conversión del estado de plegamiento inicial, representado por el estado nativo del precursor, en el estado fibrilar. Uno de estos modelos, denominado “de replegamiento”, postula que el estado nativo y el fibrilar del precursor son esencialmente diferentes, siendo el primero una entidad definida por las interacciones mediadas por las cadenas laterales de sus residuos constituyentes, mientras que en el segundo son las interacciones intra e intermoleculares, dependientes del esqueleto peptídico, las determinantes. Para que esta transición ocurra, la proteína debe desplegarse totalmente para luego adoptar el estado fibrilar, rico en estructura beta. Un tercer grupo de modelos, reunidos bajo la denominación común de “modelos de ganancia de interacciones”, propone que la formación de la f ibra amiloide requiere un reajuste estructural en el precursor que se limita a un segmento menor de su estructura, mientras que el resto de la molécula conserva su estado nativo.
CONCLUSIONES Las proteínas son materiales polímeros que se encuentran en las células vivientes. Sirven como materiales estructurales en el cuerpo y son fundamentales para muchos procesos vitales. Las proteínas son polímeros de aminoácidos y se producen en las células del cuerpo. Las proteínas de otros animales y de algunas plantas son un alimento importante, ya que proporcionan los aminoácidos que son esenciales para el cuerpo en la producción de las proteínas necesarias. La realización de este trabajo nos ha permitido tener una visión más clara y completa de cómo se lleva a cabo la síntesis de proteínas en los seres vivos, además de enseñarnos la importancia que tienen cada uno de los pasos insignificantes que puedan parecernos, ya que por ejemplo, el cambio de un aminoácido por otro en la síntesis de una determinada proteína podría ocasionar que la proteína resultante no realice su trabajo con eficacia o que, simplemente, no la realice. Los aminoácidos de los compuestos químicos más importantes pues son la base de la vida, además de su interesante actividad química. Por lo mismo es que se debe continuar su estudio en el futuro próximo para comprender más profundamente su comportamiento químico; lo que nos llevara no solo a adelantar en la investigación química sino también en el área de la bioquímica y por qué no soñar algún día con poder sintetizar la vida en un laboratorio. BIBLIOGRAFIA – 248.
University of South Florida 1997. Degradation. Cap 7 pág. 141. y Educación.1987.
