Taller 1 y 2 1. ¿Qué es un un aminoácido aminoácido? ? ¿Por qué qué los aminoácid aminoácidos os presentan presentan activi actividad dad óptica? Los aminoáci aminoácidos dos son los monómeros de las proteínas proteínas.. Dos aminoácidos se combinan en una reacción de condensación que libera agua formando un enlace peptídico. peptídico . Los aminoácidos están formados por un carbono unido a un grupo carboxilo carboxilo,, un grupo amino amino,, un hidrógeno y una cadena R de composición variable, que determina las propiedades de los diferentes aminoácidos; existen cien ciento toss de cade cadena nass R por por lo que que se cono conoce cen n cien ciento toss de amin aminoá oáci cido doss diferentes. En los aminoácidos naturales, el grupo amino y el grupo carboxil se unen al mismo carbono que recibe el nombre de alfa asimétrico. Estos dos restos aminoácidos forman un dipéptido dipéptido.. Si se une un tercer aminoácido se forma un tripéptido y así, sucesivamente para formar un polipéptido polipéptido.. Son sustancias cristalinas, casi siempre de sabor dulce; tienen carácter ácido como propiedad básica y actividad óptica. Actividad optica: optica: Todos los aminoácidos excepto la glicina, glicina, tienen el carbono alfa asimétrico lo que les confiere actividad óptica; esto es, que desvian el plano de polarización cuando un rayo de luz polarizada se refracta en la molécula. molécula . Si el plano es a la derecha, se denominarán dextrógiras y las que lo desvian a la izquierda se denominan levógiras. Además, cada aminoácido aminoácido puede presentar configuración D o L dependiendo de la posicion del grupo amino en el plano. Esta última configuracion D o L es independiente de las formas dextrógira o levógira. Según Según el isómer isómero, o, desvi desviará ará el rayo rayo de luz polar polariza izada da hacia hacia la izqui izquierd erda a (levógiro levógiro)) o hacia la derecha (dextrógiro ( dextrógiro)) el mismo número de grados que su esteroisómero.. El hecho de que sea dextrógiro no quiere decir que tenga esteroisómero configuración D. La configuración D o L depende de la posición del grupo amino (L si está a la izquierda según la representación de Fisher). 2. Dibu Dibuje je el amin aminoá oáci cido do Alan Alanitita a ¿Cuá ¿Cuáll es la form forma a de este este amin aminoá oáci cido do que que predomina ph neutro?
3. Los aminoácidos pueden clasificarse según la polaridad de los grupos R. •
Complete la siguiente lista utilizando el código de 3 letras: No polares: Gli-Ala-Val-Leu-lie-Met-Prop-Fen-Trp Polares sin carga: Ser-Tre-Asn-Gln-Tir-Cis Polares con carga: Lis-Arg-His-Asp-Glu
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Complete la siguiente lista utilizando el codigo de 1 letra: No polares: G-A-V-L-l-M-P-F-W Polares sin carga: S-T-N-Q-Y-C Polares con carga: K-R-H-D-E
4. La glicina puede obtenerse comercialmente en 3 formas: Clorhidrato de glicina, glicina isoelectrica(“glycine,free base”) y la sal sodica (glicinato de sodio). •
Dibuje las 3 estructuras de estas 3 formas:
Una solución de clorhidrato de glicina (cuyo pH inicial era 1.72) fue titulada con una solución de NaOH 1M, de la siguiente forma: Sobre 50 mL de solución de clorhidrato de glicina se agregó 0.5 mL de NaOH 1M; luego de mezclar bien la solución, se midió el pH con un pH-metro. El agregado de NaOH se repitió sucesivamente hasta que el pH registrado fue cercano a 12. Los valores experimentales obtenidos están en la tabla siguiente: V(ml) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
Ph 1.82 2.15 2.24 2.30 2.33 2.36 2.37
V(ml) 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0
Ph 2.41 2.75 5.95 8.05 8.98 9.22 9.51
V(ml) 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0
Ph 9.58 9.62 9.68 10.00 10.96 11.80
Trazar la curva de titulación (variación de pH en función del volumen de NaOH agregado). Analizar las especies predominantes en cada región de la curva de titulación con sus correspondientes ecuaciones. A partir de la curva experimental, determinar los valores de pKa y el pI del aminoácido. ¿A qué pH es máximo el poder amortiguador? ¿A qué pH es mínimo?
5. Esquematice las curvas de titulación que esperaría para los aminoácidos His, Ala, Glu y Lys. (b) Calcule el punto isoeléctrico de cada uno de ellos. (c) ¿Cuál es la forma que predomina a pH neutro? 6. Cuáles de los aminoácidos tienen capacidad reguladora de pH en la zona fisiológica (entre pH6 y pH 8)? 7. Indique el o los rangos de amortiguación de los aminoácidos Gly,Asp,Lys. 8. Elija aminoácidos que amortiguen a ph 4,ph 6,ph 9 y ph 12. 9. Para el grupo e-amino de Lys, ¿Qué fraccion estara protonada a ph 9.5?
10. Investiga sobre: a. Electroforesis:
La electroforesis es una técnica para separar tipos de moléculas relativamente similares. El proceso comienza colocando una muestra en el extremo del gel con un tampón adecuado. Se hace pasar la corriente eléctrica a través del gel, de manera que las moléculas migran según propiedades como el tamaño, la forma o el punto isoeléctrico. La electroforesis en gel se utiliza generalmente con propósitos analíticos, pero puede ser una técnica preparativa para purificar moléculas parcialmente antes de aplicar una espectroscopía de masas, una PCR, una clonación o una secuenciación de ADN. La primera parte del nombre, electroforesis, se refiere a la fuerza electromotriz que es empleada para desplazar las moléculas a través del gel. Al situar las moléculas en el gel y aplicar una diferencia de potencial eléctrico, las moléculas se mueven a diferentes velocidades, hacia el cátodo, si están cargadas positivamente, y hacia el ánodo, si están cargadas negativamente (en una electroforesis, los electrodos se comportan igual que en una cubeta electrolítica). La segunda parte del nombre, gel se refiere a la matriz usada para separar las moléculas. En muchos casos un gel es un polímero entrelazado de porosidad controlable. Cuando la separación es de proteínas, ADN o ácidos nucleicos pequeños ( ADN, ARN o ribonucleótidos ), el gel está compuesto por diferentes concentraciones de acrilamida/bis-acrilamida y un iniciador de la polimerización, para producir redes de poliacrilamida de diferentes tamaños. Para separar ácidos nucleicos grandes (más de unos centenares de bases), la matriz empleada es agarosa purificada. En ambos casos, el gel forma una matriz sólida pero porosa. La acrilamida, en contraste con la poliacrilamida, es una neurotoxina y debe ser manejada cuidadosamente para evitar envenenamientos. Fundamento: Cuando una mezcla de moléculas ionizadas y con carga neta son colocadas en un campo eléctrico, estas experimentan una fuerza de atracción hacia el polo que posee carga opuesta, dejando transcurrir cierto tiempo las moléculas cargadas positivamente se desplazaran hacia el cátodo (el polo negativo) y aquellas cargadas positivamente se desplazaran hacia el ánodo (el polo positivo). El movimiento de las moléculas esta gobernado también por dos fuerzas adicionales; inicialmente la fricción con el solvente dificultará este movimiento originando una fuerza que se opone , por otro lado las moléculas tienen que moverse en forma aleatoria o movimiento browniano debido a que poseen energía cinética propia denominado difusión. La energía cinética de las moléculas aumenta con la temperatura, por ello a mayor temperatura mayor difusión. La suma de todas estas fuerzas provoca que las moléculas no migren de una manera homogénea, de tal manera que, si las moléculas son colocadas en un cierto lugar de solución, los iones comenzaran a moverse formando un frente cuya anchura aumentara con el tiempo. Para reducir la anchura de este frente podemos reducir el movimiento de las moléculas empleando un medio que oponga mas resistencia a dicho movimiento. Una forma común de hacer esto es formar un gel. El gel consiste de un polímero
soluble de muy alto peso molecular que atrapa moléculas de agua y forma un tamiz que dificulta el movimiento de los solutos, consecuentemente, la migración electroforética de las moléculas será mas lenta, pero el ensanchamiento del frente se vera reducido también. Métodos electroforeticos zonales: Son los más comunes, dada su alta aplicabilidad en diferentes campos. Son útiles para lograr la separación de mezclas complejas. Se aplican pequeñas cantidades de la disolución de proteínas a un soporte sólido, que se impregna con una solución tampón. Los soportes son en general polímeros y forman un gel poroso que restringe el movimiento de las moléculas a través del medio durante la electroforesis y disminuyen los flujos de convección del solvente. Como soporte han sido utilizados papel (celulosa), almidón, poliacrilamida, agarosa y acetato de celulosa, entre otros. Este método tiene gran poder resolutivo por que se aplica una cantidad pequeña de proteína a una zona estrecha, mientras que la longitud del trayecto es mucho mayor que la zona de aplicación. El equipamiento requerido es simple, fuente de poder, cubeta vertical u horizontal donde se colocan el soporte y dos electrodos Los más utilizados son: Electroforesis en gel de poliacrilamida. Electroforesis en geles de gradientes. Electroforesis en geles de agarosa. Electroforesis capilar. Isoelectroenfoque. Electroforesis bidimensional. b. Aminoácidos:
Los aminoácidos (aa) son moléculas orgánicas pequeñas con un grupo amino ( NH2) y un grupo carboxilo ( COOH). La gran cantidad de proteínas que se conocen están formadas únicamente por 20 aa diferentes. Se conocen otros 150 que no forman parte de las proteínas. Todos los aminoácidos tiene la misma formula general:
Generalmente, el número de AA que forman una proteína oscila entre 100 y 300. Los enlaces que participan en la estructura primaria de una proteína son covalentes: son los enlaces peptídicos. El enlace peptídico es un enlace amida que se forma entre el grupo carboxilo de una AA con el grupo amino de otro, con eliminación de una molécula de agua. Independientemente de la longitud de la cadena polipeptídica, siempre hay un extremo amino terminal y un extremo carboxilo terminal que permanecen intactos.
Propiedades: •
Ácido-básicas.
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Comportamiento de cualquier aminoácido cuando se ioniza. Cualquier aminoácido puede comportarse como ácido y como base, se denominan sustancias anfóteras. Cuando una molécula presenta carga neta cero está en su punto isoeléctrico. Si un aminoácido tiene un punto isoeléctrico de 6,1 a este valor de pH su carga neta será cero Los aminoácidos y las proteínas se comportan como sustancias tampón. Ópticas.
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Todos los aminoácidos excepto la glicina, tienen el carbono alfa asimétrico lo que les confiere actividad óptica; esto es, que desvian el plano de polarización cuando un rayo de luz polarizada se refracta en la molécula. Si el plano es a la derecha, se denominarán dextrógiras y las que lo desvian a la izquierda se denominan levógiras. Además, cada aminoácido puede presentar configuración D o L dependiendo de la posicion del grupo amino en el plano. Esta última configuracion D o L es independiente de las formas dextrógira o levógira. Según el isómero, desviará el rayo de luz polarizada hacia la izquierda (levógiro) o hacia la derecha (dextrógiro) el mismo número de grados que su esteroisómero. El hecho de que sea dextrógiro no quiere decir que tenga configuración D. La configuración D o L depende de la posición del grupo amino (L si está a la izquierda según la representación de Fisher) Químicas. Las que afectan al grupo carboxilo (descarboxilación ). Las que afectan al grupo amino (desaminación). Las que afectan al grupo R.
Clasificación según su cadena:
Los aminoácidos se clasifican habitualmente según las propiedades de su cadena lateral: •
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Neutros polares, polares o hidrófilos : Serina (Ser,S), Treonina (Thr,T), Cisteína (Cys,C), Asparagina (Asn,N), Glutamina (Gln,Q) y Tirosina (Tyr,Y). Neutros no polares, apolares o hidrófobos: 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). 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). Aromáticos: Fenilalanina (Phe,F), Tirosina (Tyr,Y) y Triptofano (Trp,W) (ya incluidos en los grupos neutros polares y neutros no polares).
11. Cuando los aminoácidos están formando cadenas polipeptídicas, los pK de las cadenas laterales están influenciados por el contexto de la molécula de la cual forman parte, y por lo tanto los pK pueden diferir de los valores observados en los aminoácidos libres. (a) A los fines de este ejercicio, suponga que estos pK son los que se dan en la tabla, y calcule el punto isoeléctrico de los tripéptidos del ejercicio anterior. (b) ¿En cada caso, cuál sería la carga de las especies que espera encontrar a pH 6.5?
12. Cuando los aminoácidos estan formando cadenas polipeptidicas, los pk de las cadenas laterales estan influenciados por el contexto de la molécula de la cual forman parte, y por lo tanto los Pk pueden diferir de los valores observados en los aminoácidos libres. a. A los afines de este ejercicio, suponga que estos Pk son los que se dan en la tabla y calcule el punto isoelectricode los tripeptidos del ejercicio anterior. b. ¿en cada caso,cual seria la carga de las especies que espera encontrar a ph 6.5?
Investiga sobre la estructura de las proteínas en: http://depa.pquim.unam.mx/proteinas/estructura/index.html http://www.biorom.uma.es/contenido/av_biomo/material.html http://www.wiley.com/legacy/college/boyer/0470003790/chapter/chapter.htm
(2) Enumere las características del enlace peptídico. (3) Dibuje el dipéptido Gly-Ala. Señale el enlace peptídico, los enlaces que pueden rotar y los que no pueden rotar.
(4) Se consideran cuatro niveles de organización en la estructura de las proteínas. ¿Cuáles son?. Describa brevemente cada uno.
Nombre dos tipos de conformaciones regulares que representan la estructura secundaria de una proteína. Descríbalos brevemente.
(6) Complete los siguientes párrafos: ! La hélice á es una configuración regular donde hay .................. aminoácidos por cada vuelta de hélice, con un paso de rosca de ............ nm. La distancia axial entre los aminoácidos es de .............. nm. Las cadenas laterales de los residuos aminoacídicos se ubican en forma ....................... con respecto al eje mayor de la hélice. Se forman ................ de ................. entre grupos peptídicos. En ellos participan átomos de ............ y de .......... separados por ............. restos aminoacídicos en la secuencia peptídica. Previenen la formación de la hélice á los residuos de .............., o la presencia de residuos consecutivos con cargas ........... ! La hoja plegada â se forma entre cadenas polipeptídicas conectadas por .............. de ................. Las cadenas laterales de los restos aminoacídicos se disponen hacia ............... y hacia ............... del plano de la hoja. La distancia entre dos residuos es de .......... nm. Las cadenas polipeptídicas pueden orientarse en forma ............... o ........... .... Las hojas plegadas â suelen formarse en regiones con grupos R compactos.
Suponga que la estructura de una proteína globular determina que las cadenas laterales de algunos de los siguientes aminoácidos de su secuencia queden expuestas hacia la superficie: Glutamato Asparagina Lisina Alanina Serina ¿Qué tipo de interacciones podrían ocurrir entre esas cadenas laterales y el agua? (8) ¿Verdadero o falso? ! Los grupos amino y carboxilo terminales constituyen un porcentaje alto de los grupos cargados en la proteína. (V) (F) ! Toda la información necesaria para la estructura espacial de todas las proteínas está determinada por su estructura primaria. (V) (F) ! Los disolventes orgánicos desnaturalizan las proteínas porque impiden las interacciones iónicas. (V) (F) ! Los puentes disulfuro se establecen fundamentalmente entre residuos de cisteína próximos en el espacio. (V) (F)
