Aminoacidos

Los aminoácidos y
la estructura primaria
de las proteínas

Estructura general de los aminoácidos

Todos los organismos emplean los mismos 20 aminoácidos como bloques constructivos para armar las moléculas de proteína. A estos 20 aminoácidos se les llama aminoácidos comunes, estándar o normales. A pesar de la poca cantidad de los aminoácidos, se puede obtener una variedad enorme de distintos polipéptidos al unir los 20 aminoácidos comunes para formar distintas combinaciones. Los aminoácidos se llaman así porque son derivados aminados de ácidos carboxílicos. En los 20 aminoácidos comunes, los grupos amino y carboxilo están unidos al mismo átomo de carbono: el átomo de carbono a. Así, todos los aminoácidos estándar que contienen las proteínas son a-aminoácidos. Al carbono ase unen otros dos sustituyentes: un átomo de hidrógeno y una cadena lateral (R) que es única para cada aminoácido. En los nombres químicos de los aminoácidos, los átomos de carbono se identifican con números que comienzan en el átomo de carbono del grupo carboxilo.

El sistema RS de nomenclatura de configuración también se

usa a veces para describir los centros quirales en los aminoácidos.

Este sistema RS se basa en asignar una secuencia de

prioridades a los cuatro grupos unidos a un átomo de carbono

quiral. Una vez asignadas, las prioridades de grupo se usan

para establecer la configuración de la molécula. Las prioridades

se numeran del 1 al 4 y se asignan a grupos.

 Grupos R alifáticos

La glicina (Gly, G) es el aminoácido más pequeño porque su grupo R no es más que un átomo

de hidrógeno; en consecuencia, el carbono a de la glicina no es quiral. Los dos átomos

de hidrógeno del carbono a de la glicina imparten poco carácter hidrofóbico a la molécula.

Después habrá oportunidad de comprobar que la glicina desempeña un papel único en la

estructura de muchas proteínas porque su cadena lateral es lo bastante pequeña como para

tener cabida en nichos en los que a otros aminoácidos les resultaría imposible hacerlo.

Hay cuatro aminoácidos: alanina (Ala, A), valina (Val, V), leucina (Leu, L) y el

isómero estructural de la leucina, isoleucina (Ile, I), que tienen cadenas laterales alifáticas

saturadas. La cadena lateral de la alanina es un grupo metilo, mientras que la valina

presenta una cadena lateral ramificada con tres carbonos, y la leucina y la isoleucina

contienen una cadena lateral ramificada de cuatro carbonos cada una. Los átomos de

carbono a y b de la isoleucina son asimétricos. Ya que la isoleucina tiene dos centros

quirales, posee cuatro estereoisómeros posibles. El estereoisómero que presentan las

proteínas se denomina L-isoleucina, y el aminoácido que difiere en el carbono a se llama

L-aloisoleucina. Los otros dos estereoisómerosson la D-isoleucina y la D-aloisoleucina. La alanina, valina, leucina e isoleucina desempeñan un papel importante en el establecimiento

y mantenimiento de las estructuras tridimensionales de las proteínas por

su tendencia a agruparse lejos del agua.

Grupos R aromáticos

La fenilalanina (Phe, F), tirosina (Tyr, Y) y el triptófano (Trp, W) presentan cadenas laterales

con grupos aromáticos. En el caso de la fenilalanina es una cadena hidrofóbica

bencílica. La tirosina se parece estructuralmente a la fenilalanina; en la tirosina, un grupo

hidroxilo sustituye al hidrógeno para de la fenilalanina lo que la convierte

en un fenol. El grupo hidroxilo de la tirosina es ionizable, pero bajo condiciones fisiológicas

normales retiene su hidrógeno. La cadena lateral del triptófano contiene un grupo

indol bicíclico. La tirosina y el triptófano no son tan hidrofóbicos como la fenilalanina

porque en sus cadenas laterales hay grupos polares.

Los tres aminoácidos aromáticos absorben luz ultravioleta (UV) porque, a diferencia

de los aminoácidos alifáticos, los aromáticos contienen electrones p deslocalizados.

A pH neutro tanto el triptófano como la tirosina absorben luz a una longitud de onda de

280 nm, mientras que la fenilalanina es casi transparente a 280 nm y absorbe débilmente

luz a 260 nm. Dado que la mayor parte de las proteínas contienen triptófano y tirosina

éstas absorben luz a 280 nm. La absorbencia a 280 nm se usa en forma rutinaria para

estimar la concentración de proteínas en las soluciones.

 Grupos R sulfurados

La metionina (Met, M) y la cisteína (Cys, C) son los dos aminoácidos azufrados. La

metionina contiene un grupo tioéter metilo, no polar, en su cadena lateral, lo que la convierte

en uno de los aminoácidos más hidrofóbicos. La metionina desempeña un papel

especial en la síntesis de proteínas porque casi siempre representa el primer aminoácido

en una cadena de polipéptido. La estructura de la cisteína se parece a la de la alanina,

con un átomo de hidrógeno reemplazado por un grupo sulfhidrilo

Aunque la cadena lateral de la cisteína es algo hidrofóbica, también es muy reactiva.

Debido a que el átomo de azufre es polarizable, el grupo sulfhidrilo de la cisteína

puede formar puentes de hidrógeno débiles con el oxígeno y el nitrógeno. Además, el

grupo sulfhidrilo de la cisteína es un ácido débil, lo cual le permite perder un protón y

transformarse en un ion tiolato con carga negativa.

Cadenas laterales con grupos alcohol

La serina (Ser, S) y la treonina (Thr, T) tienen cadenas laterales polares sin carga que

contienen grupos b-hidroxilo. Estos grupos alcohol dan carácter hidrofílico a las cadenas

laterales alifáticas. Además de la cadena lateral fenólica más ácida de la tirosina, los

grupos hidroxilo de la serina y la treonina despliegan las propiedades débiles de ionización

de los alcoholes primarios y secundarios. El grupo hidroximetilo de la serina

(—CH2OH) no se ioniza en forma apreciable en soluciones acuosas; empero, este alcohol

puede reaccionar dentro de los sitios activos de varias enzimas como si estuviera

ionizado. La treonina, como la isoleucina, cuenta con dos centros quirales, los átomos

de carbono a y b. La L-treonina es el único de los cuatro estereoisómeros que se encuentra

con frecuencia en las proteínas. (Los otros estereoisómeros son D-treonina,

L-alotreonina y D-alotreonina).

Grupos R básicos

La histidina (His, H), lisina (Lys, K) y arginina (Arg, R) presentan cadenas laterales

hidrofílicas que son bases nitrogenadas y tienen carga positiva a pH 7. La cadena lateral

de la histidina contiene un sustituyente de anillo de imidazol. La forma protonada de

este anillo se llama ion imidazolio. La lisina es un diaminoácido y tiene

grupos amino a y e al mismo tiempo. El grupo e-amino existe como ion alquilamonio a pH neutro y confiere una carga positiva a las proteínas.

 La argininaes el más básico de los 20 aminoácidos porque su cadena lateral de ion guanidinio está

protonada bajo todas las condiciones que se encuentran de manera habitual dentro

de una célula. Las cadenas laterales de arginina también aportan cargas positivas a

las proteínas.

Hidrofobicidad de las cadenas laterales de aminoácidos

Las diversas cadenas laterales en los aminoácidos van desde muy hidrofóbicas hasta muy

hidrofílicas pasando por débilmente polares. La hidrofobicidad o hidrofilicidad (o hidrofilia)

relativas de cada aminoácido se llama hidropatía. Hay varias formas de medir la

hidropatía, pero la mayor parte de ellas se basa en calcular la tendencia del desempeño de

un aminoácido en un ambiente hidrofóbico o uno hidrofílico.

Unión de aminoácidos por enlaces peptídicos

en las proteínas

La secuencia lineal de aminoácidos en una cadena polipeptídica se llama estructura

primaria de una proteína. A los niveles más altos de estructura se les llaman estructura

secundaria, terciaria y cuaternaria. La estructura de las proteínas se describirá con más

detalle en el siguiente capítulo, pero es importante comprender los enlaces peptídicos y

la estructura primaria antes de describir algunos de los temas restantes en este capítulo.

El enlace que se forma entre los aminoácidos es un enlace de amida y se llama enlace

peptídico, o enlace de péptido (figura 3.9). Esta unión se puede concebir como el

resultado de una condensación simple del grupo carboxilo a de un aminoácido con el

grupo amino a del otro. Observe que se pierde una molécula de agua de los aminoácidos

que se condensan en la reacción. (Recuérdese, de la sección 2.6, que esas reacciones

sencillas de condensación son en extremo desfavorables en soluciones acuosas debido

al gigantesco exceso de moléculas de agua. La ruta real de síntesis de proteína implica

intermediarios reactivos que superan esta limitación). A diferencia de los grupos carboxilo

y amino de los aminoácidos libres en solución, los grupos que intervienen en los

enlaces peptídicos no tienen cargas iónicas.

Ionización de los aminoácidos

Las propiedades físicas de los aminoácidos reciben influencias de los estados iónicos

de los grupos a-carboxilo y a-amino y de todos los grupos ionizables que haya en las

cadenas laterales. Cada grupo ionizable guarda relación con un valor específico de pKa,

que corresponde al pH al que son iguales las concentraciones de las formas protonada y

no protonada . Cuando el pH de la solución es menor que el pKa, predomina

la forma protonada y el aminoácido es entonces un ácido real, capaz de donar un

protón. Cuando el pH de la solución es mayor que el pKa del grupo ionizable, la forma

no protonada de ese grupo predomina, y el aminoácido existe en forma de base conjugada,

que es aceptora de protones. Cada aminoácido tiene al menos dos valores de pKa

que corresponden a la ionización de los grupos a-carboxilo y a-amino. Además, siete

de los aminoácidos comunes tienen cadenas laterales ionizables con valores adicionales

y medibles de pKa. Esos valores difieren entre los aminoácidos. Así, a determinado pH,

con frecuencia los aminoácidos tienen cargas netas diferentes.