Estructura y reacciones de los aminoácidos

Los aminoácidos y su estructura

Los aminoácidos (aa) son la unidad estructural de las proteínas. Estos compuestos se caracterizan por tener una estructura similar que contiene una parte ácida, conocida como grupo carboxilo, una parte básica que se conoce como grupo amino y una parte orgánica, llamada grupo radical (R). Las diferencias en los aa se deben a la naturaleza del radical, que puede tener solo hidrógeno (glicina), un grupo más de amina (lisina) u otro grupo carboxilo (ácido glutámico), etc.

1) Reacción de la Ninhidrina

Reacción para la detección de aa, actualmente acoplada a sistemas de valoración automática. La ninhidrina (hidrato de tricetohidrindeno) es un oxidante energético que por una desaminación oxidativa de los aa conduce a la formación de un aldehído que contiene un átomo de carbono menos que el compuesto original, con liberación de amoníaco, CO2 y formación de la ninhidrina reducida o hidrindantina. La molécula de hidrindantina, en presencia de otra de ninhidrina, se condensa a través del amoníaco produciendo una estructura denominada indanona o púrpura de Ruhemann, dando lugar a la formación de un producto de color azul o púrpura, excepto para la prolina, hidroxiprolina y en menor medida para la histidina. Recordar que la coloración azulada o púrpura será proporcional a la concentración del aminoácido. La ninhidrina, un agente oxidante poderoso, reacciona con todos los α-aminoácidos a un pH entre 4 y 8. Los iminoácidos prolina e hidroxiprolina (que estructuralmente no poseen el grupo amino libre, sino un grupo imino) también reaccionan con la ninhidrina, pero en este caso se obtiene un color amarillo en vez del azul o violeta.

2) Reacción Xantoproteica

La fenilalanina y la tirosina son aa monocíclicos, y por lo tanto poseen un núcleo bencénico que es responsable de la reacción. Cuando soluciones de estos aa son tratadas con ácido nítrico concentrado, éste nitra los núcleos bencénicos de estos aa u oxida sus cadenas laterales formando nitrofenoles cuyas sales de sodio son muy coloreadas. Una coloración amarilla fuerte indica la presencia de estos aa.

3) Reacción de los aa azufrados (Cisteína)

Se basa esta reacción en la separación mediante un álcali, del azufre de los aa, dando sulfuro de sodio, el cual al reaccionar con una solución de acetato de plomo, forma el sulfuro de plomo. Se pone de manifiesto por la formación de un precipitado negruzco de sulfuro de plomo.

4) Reacción de Millón (Tirosina)

En esta prueba los compuestos mercúricos en medio fuertemente ácidos (ácido nítrico del reactivo), se condensan con el grupo fenólico formando un compuesto de color rojo ladrillo o rojizo. Esta reacción es producida por el grupo fenólico de la tirosina. Debe tomarse en cuenta que en el caso que la solución a examinar es muy alcalina, debe ser previamente neutralizada, ya que el álcali precipitaría al ión mercurio en óxidos amarillos. La prueba no es satisfactoria para soluciones que contienen gran cantidad de sales inorgánicas, ya que el mercurio del reactivo de Millón es precipitado y se vuelve negativo, por esta razón este reactivo no se utiliza para medir albúmina en orina.

5) Reacción del ácido Nitroso sobre los aa

La reacción es general y no específica. Se observa el desprendimiento de N2.

6) Reacción de Sakaguchi (Arginina)

Reconoce el grupo guanidinio en medio alcalino.

7) Reacción de Adamkiewics (Triptófano)

Esta reacción es propia del Triptófano en combinación peptídica y es producida por el ácido glioxílico contenido como impureza en el ácido acético comercial y se debe al grupo indol del triptófano.

Las proteínas y su clasificación

Las proteínas constituyen un grupo de sustancias de gran valor biológico, se encuentran sin excepción en todos los organismos. El análisis de la constitución de las proteínas se realiza por hidrólisis tratando con ácidos, álcalis en caliente o enzimas como tripsina a temperatura ambiente. Cuando las proteínas se hidrolizan se obtienen sus aminoácidos, que se diferencian por sus grupos radical R. Clasificación de las proteínas por su solubilidad: para ello se emplea agua, soluciones salinas, ácidas, alcalinas y etanol.

Escleroproteínas

Son totalmente insolubles. Pertenecen al grupo de proteínas fibrosas y están presentes solo en tejidos animales: queratina, colágeno, elastina, etc.

Esferoproteínas

Se clasifican en 5 grupos:

• Albúminas: son proteínas solubles en agua y solución salina. Pertenecen al tipo de proteínas globulares cuya molécula es de PM relativamente bajo. Es más simétrica que las moléculas de globulinas. Se encuentran en tejidos animales y vegetales.
• Globulinas: son insolubles en agua pero solubles en soluciones salinas concentradas. Son de PM mayor que las albúminas. Son menos hidrófilas que las albúminas y precipitan más fácilmente por adición de sales. En el plasma sanguíneo existen gran variedad de globulinas.
• Glutelinas: son insolubles en agua y soluciones salinas, pero solubles en álcalis y ácidos. Se encuentran principalmente en granos de cereales.
• Prolaminas o gliadinas: son solubles en etanol (50-80%). No coagulan por el calor. Ejemplo: gliadina del trigo.
• Histonas: se encuentran unidos a los ácidos nucleicos. Son proteínas de bajo peso molecular con gran cantidad de aminoácidos básicos. Son solubles en agua y ácidos. Contienen alta proporción de aminoácidos como lisina, arginina e histidina.
• Protaminas: proteínas sencillas de bajo peso molecular solubles en agua, ácidos diluidos y álcalis. No coagulan por el calor. Predominantemente básicas. Están asociadas a ácidos nucleicos en esperma de peces.

Las moléculas proteicas son sensibles a un gran número de factores como la acción de agentes físicos (calor, radiaciones, congelamientos repetidos, grandes presiones, etc.) o químicos (ácidos o álcalis concentrados, solventes orgánicos, etc.), y pueden sufrir alteraciones en su conformación al afectarse las fuerzas que las mantienen. La desorganización de la estructura molecular, proceso que se conoce como desnaturalización, lleva a la pérdida de propiedades y funciones naturales de las proteínas. Las proteínas debido al gran tamaño de sus moléculas, forman con el agua soluciones coloidales.

Las proteosas, peptonas, gelatinas, caseína, etc. no coagulan por el calor. Las reacciones con ácidos minerales concentrados son complejas; la mayoría forma un precipitado denso por adición pequeña de ácidos, pero al adicionar más ácidos los cambios resultantes de la actividad de los hidrogeniones producen resultados que comprenden dilución e hidrólisis. Las proteínas pueden precipitar por acción del alcohol pero si la coagulación o precipitación se realiza a baja temperatura y el contacto con el reactivo es por poco tiempo, las proteínas pueden ser redisueltas agregando agua. Las reacciones de los metales pesados (Cu, Fe, Pb, Zn, etc.) precipitan las proteínas bajo determinadas condiciones de pH y temperatura. El Cl2Hg y el NO3Ag producen precipitados densos. El SO4Cu y el Cl3Fe precipitan las proteínas, pero en exceso las redisuelven. Estas sales sufren una disociación electrolítica, y por lo tanto, cuando se encuentran en exceso producen una acidez suficiente para la redisolución proteica. Las sales neutras hacen que las proteínas precipiten, especialmente en su punto isoeléctrico, en un proceso llamado “salazón”. Las sales empleadas más frecuentemente son: sulfato de amonio, sulfato de magnesio y cloruro de sodio. Algunas proteínas necesitan saturación completa de la sal y otras precipitan a bajas concentraciones. La separación de albúmina y globulinas puede hacerse con sulfato de magnesio o de sodio.

Acción del calor

La elevación de la temperatura produce coagulación de las proteínas tornándolas insolubles y el coágulo consiste en una masa gelatinosa. La escala de temperatura en que aparece la coagulación varía según las diferentes proteínas, entre 38°C – 75°C aproximadamente. Cuanto más se acerca al punto isoeléctrico, más completamente coagula la proteína.

Acción del alcohol

Las proteínas pueden ser precipitadas por acción del alcohol, pero solo es completa cuando estas se encuentran en el punto isoeléctrico. Fuera del mismo, se necesitan concentraciones elevadas del alcohol y tampoco es segura la precipitación completa. Si la coagulación o precipitación se efectúa a baja temperatura y el contacto con el reactivo es por poco tiempo, la proteína puede no alterarse y el coágulo redisuelto agregando agua, pero si estas dos condiciones no se observan, se produce la desnaturalización de la proteína y el coágulo es insoluble en agua. La gelatina y las proteosas son precipitadas por el alcohol. La acción antiséptica y desinfectante del alcohol etílico se debe, precisamente, a esta propiedad de coagular las proteínas que intervienen en la constitución de los gérmenes.

Acción de los metales pesados

Las reacciones con metales pesados precipitan las proteínas bajo determinadas condiciones de pH, temperatura, etc. El Cl2Hg y el NO3Ag producen precipitados densos que no se redisuelven con exceso de reactivo.

Acción de las sales

Determinadas proteínas necesitan saturación completa de la solución salina, mientras que otras precipitan a bajas concentraciones.

Reacción de Biuret

El nombre de la reacción procede del compuesto coloreado formado por la condensación de 2 moléculas de urea con eliminación de amoníaco. Esta reacción está dada por aquellas sustancias cuyas moléculas contienen dos grupos carbamino (-CONH) unidos directamente a través de un solo átomo de carbono o nitrógeno. El reactivo de Biuret contiene Cu2SO4 en solución acuosa alcalina (gracias a la presencia de NaOH o KOH). La reacción se basa en la formación de un complejo de coordinación entre los iones Cu++ y los pares de electrones no compartidos del nitrógeno que forma parte de los enlaces peptídicos. Esta última reacción provoca un cambio de coloración: violeta púrpura o violeta rosado. Debe señalarse que el color depende de la naturaleza de las proteínas; proteínas y péptidos dan un color rosado; la gelatina un color azul. La albúmina da resultado positivo en la acción del calor, de las sales, del ácido nítrico y del alcohol. La peptona da resultado positivo en sales y alcohol, pero negativo en calor y ácido nítrico.