Aminoácidos, proteínas y enzimas: estructura, clasificación y función

Aminoácidos y punto isoeléctrico

Los aminoácidos (aa) son anfóteros. El punto isoeléctrico (PI) es el valor de pH al que la carga neta es 0; un aminoácido con carga neta 0 no se disuelve en agua y precipita.

• Si pH < PI: el grupo COOH capta H⁺, por lo que el aminoácido se comporta como base y su carga neta es positiva (+1).
• Si pH > PI: el grupo COOH cede H⁺ y el grupo NH₂ queda con carga negativa, por lo que se comporta como ácido y la carga neta es negativa (-1 o -2).

Los aminoácidos absorben luz a 280 nm: tirosina (Tyr), fenilalanina (Phe) y triptófano (Trp).

Clasificación de los aminoácidos

• Esenciales: Ile, Leu, Lys, Met, Phe, Trp, Val, Thr.
• Parcialmente esenciales: Cys, Tyr.
• No esenciales: Asp, Glu, Ala, Arg, Asn, Gly, Gln, Pro, Ser.

Aminoácidos apolares

• Alifáticos: glicina (Gly, H), alanina (Ala, CH₃), valina (Val, CH(CH₃)₂), leucina (Leu, CH₂-CH(CH₃)₂) e isoleucina (Ile).
• Aromáticos: fenilalanina (Phe, CH₂-benceno) y triptófano (Trp, CH₂-indol).
• Con azufre: metionina (Met, CH₂-CH₂-S-CH₃) y cisteína (Cys, CH₂-SH).
• Cíclico: prolina (Pro), cuya cadena lateral (CH₂-CH₂-CH₂) se une al nitrógeno del grupo amino y al carbono α.

Aminoácidos polares

• Polares sin carga: tirosina (Tyr, CH₂-benceno-OH), serina (Ser, CH₂OH), treonina (Thr, con OH y CH₃), asparagina (Asn, CH₂-CO-NH₂) y glutamina (Gln, CH₂-CH₂-CO-NH₂).
• Polares con carga negativa: aspartato (Asp, CH₂-COO⁻) y glutamato (Glu, CH₂-CH₂-COO⁻).
• Polares con carga positiva: lisina (Lys, (CH₂)₄-NH₃⁺), arginina (Arg, (CH₂)₃-NH-C(=NH₂⁺)-NH₂) e histidina (His).

Aminoácidos modificados

Se forman después de la síntesis proteica: carboxiglutamato, 3-hidroxiprolina, 5-hidroxiprolina y O-fosfoserina.

Estructura de las proteínas

Estructura secundaria

Alfa hélice: estabilizada por puentes de hidrógeno entre el grupo NH y el grupo CO del mismo péptido. Son frecuentes los aminoácidos Ala, Met, Glu y Leu. La prolina rompe la hélice y la glicina la desestabiliza; las cadenas laterales voluminosas y las de igual carga también la desestabilizan. Ejemplos: ferritina, receptor β-adrenérgico y queratina.

Hoja beta: se forma por puentes de hidrógeno entre cadenas. Puede ser paralela (más débil) o antiparalela (más estable).

Estructura terciaria y cuaternaria

Los dominios son tramos de la proteína con una función concreta. La estructura terciaria se estabiliza mediante enlaces covalentes (puentes disulfuro entre dos cisteínas) y enlaces no covalentes (puentes de hidrógeno, fuerzas de van der Waals, interacciones hidrofóbicas).

Tipos de proteínas

• Globulares: tienen forma de esfera, son solubles y realizan funciones de transporte. Ejemplos: hemoglobina y lisozima.
• Fibrosas: forman hebras, son insolubles, tienen función estructural y no se mueven. Están formadas por el mismo tipo de estructura secundaria.

Hormonas peptídicas

• Insulina: hormona pancreática que regula el metabolismo de los hidratos de carbono. Tiene 2 cadenas: una de 30 aa y otra de 21 aa, unidas por puentes disulfuro.
• Oxitocina: 9 aa. Induce el parto, la contracción de la musculatura uterina y la eyección de leche.
• Glucagón: 29 aa. Regula el metabolismo del glucógeno.
• Encefalinas: 5 aa. Actúan en el sistema nervioso, en la percepción del dolor y como analgésicos.

Enzimas

Las enzimas son proteínas (aunque algunas son ribozimas, de ARN) que actúan como catalizadores: aumentan la velocidad de las reacciones y son específicas.

Clasificación

• Oxidorreductasas: catalizan reacciones de oxidación-reducción. Ejemplo: deshidrogenasas (transfieren H).
• Transferasas: transfieren grupos funcionales entre moléculas. Ejemplo: quinasas (transfieren grupos fosfato).
• Hidrolasas: rompen enlaces éster, amida o glucosídicos añadiendo agua. Ejemplo: esterasas.
• Liasas: rompen enlaces C-C, C-N o C-O sin necesidad de agua ni energía. Ejemplos: descarboxilasas (rompen enlaces C-C).
• Sintasas: forman enlaces sin consumo de energía.
• Isomerasas: catalizan la conversión de un isómero en otro. Ejemplo: mutasas.
• Ligasas (sintetasas): catalizan la formación de enlaces C-C, C-S, C-O o C-N con consumo de energía.

Estructura de la enzima

Holoenzima = apoenzima (parte proteica) + cofactor (parte no proteica).

Coenzimas

Son cofactores de naturaleza orgánica. NAD y FAD acompañan a las deshidrogenasas (subclase de las oxidorreductasas). FMN es una flavina.

Vitaminas del complejo B y vitamina C

• Vitamina C: ácido ascórbico.
• B1: tiamina.
• B2: riboflavina, precursora de FAD y FMN; interviene en la oxidación de grasas e hidratos de carbono.
• B3: niacina, precursora de NAD y NADP; interviene en la glucólisis y la lipólisis.
• B5: ácido pantoténico, componente de la coenzima A.
• B8: biotina.
• B9: ácido fólico.
• B10: ácido paraminobenzoico.
• B12: cobalamina.

Preguntas de repaso

• Efecto de 325 aa: alteraria la estructura (1).
• Si el pI del péptido siguiente es mayor que 7, los aminoácidos se comportan como base; si el pH es inferior al pI, la carga neta es positiva.
• La tripsina hidroliza enlaces peptídicos en los que intervienen residuos básicos: Met, Arg, Val-Lys y Gly.
• Vmax: velocidad máxima de la reacción enzimática.
• En electroforesis a pH 7, Gly, Lys, Glu y Ala: no se mueven si su carga neta es 0.
• La lámina β: los residuos de Lys estabilizan la estructura.