Material elaborado por F. Agius, O. Borsani, P.Díaz, S. Gonnet, P. Irisarri, F. Milnitsky y J. Monza. Bioquímica. Facultad de Agronomía.

AMINOACIDOS Las proteínas de bacterias, hongos, plantas y animales están constituidas a partir de las mismas 20 unidades o monómeros: los á-aminoácidos.

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Los aminoácidos tienen un grupo amino y un grupo carboxilo unidos al mismo carbono

Los á-aminoácidos, moléculas de tamaño pequeño, se denominan así por tener un grupo amino (-NH2) y un grupo carboxilo (-COOH), un átomo de hidrógeno y un grupo distintivo, el radical (–R), unidos al mismo átomo de carbono: el carbono á. Se denomina carbono á el siguiente al carboxilo.

COOH H2 N- C – H R Aminoácido

COOH H2 N- C – H

Observe que el – R de la glicina es un H

H Glicina

El carbono á se muestra en verde, - R (en rojo) representa al radical que es diferente para cada aminoácido. En todos los aminoácidos excepto la glicina, el átomo de carbono á tiene cuatro grupos sustituyentes diferentes; es un centro quiral.

El –R de los veinte aminoácidos puede diferenciarse en: tamaño, forma, carga, capacidad de formar puentes de hidrógeno o por su reactividad química. Para su denominación se usan las tres primeras letras de su nombre común, por ejemplo glicina, Gli, etc. No todos los aminoácidos pueden ser sintetizados por los animales y por eso deben ser ingeridos con la dieta. Esos aminoácidos que no se pueden sintetizar, se conocen como esenciales y son distintos según la especie, la edad y el estado fisiológico.

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Los aminoácidos pueden agruparse de acuerdo a la polaridad del – R

Según la característica del radical, los aminoácidos se pueden agrupar en apolares, polares sin carga, polares con carga positiva y polares con carga negativa. Los aminoácidos apolares componen un grupo que se caracterizan porque su –R es una cadena alifática. Debido la naturaleza alifática del –R, no se generan zonas electronegativas o electropositivas en esa región de la molécula y cuando forman parte de proteínas tienden a alejarse del medio acuoso e interaccionar entre sí en zonas internas de la molécula.

Material elaborado por F. Agius, O. Borsani, P.Díaz, S. Gonnet, P. Irisarri, F. Milnitsky y J. Monza. Bioquímica. Facultad de Agronomía.

Aminoácidos apolares

Los aminoácidos con –R polar son aquellos que tienen posibilidades de tener asimetría en la distribución de las cargas, por la presencia de un átomo de O, N o S. Como consecuencia, el -R presenta regiones polares que permiten que se formen puentes de hidrógeno con otros – R polares.

Aminoácidos polares sin carga

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Por otro lado, hay aminoácidos que tienen – R con carga por la presencia de un grupo adicional ácido o base en la molécula. Los aminoácidos ácidos, (aspartato y el glutamato) tienen grupos - R cargados negativamente a pH 7.0 por la presencia del grupo -COOH en el radical. A su vez los aminoácidos básicos, que contienen uno o más –NH2 en el radical, tienen - R cargados positivamente a pH 7.0.

Aminoácidos con carga negativa Aminoácidos con carga positiva

De las distintas propiedades de los – R, la polaridad o la apolaridad de los mismos, o sea la tendencia a interactuar o no con el medio acuoso, es una característica clave para el ordenamiento en el espacio de las proteínas.

+

RECUERDE que los ácidos son compuestos que en solución liberan H . Los ácidos presentes en el medio celular sólo se disocian parcialmente, son ácidos débiles. La reacción general es: -C=O

-C=O

+

H

+

-

OH

O +

Las bases son sustancias que captan H y en las células se encuentran parcialmente disociadas porque son bases débiles. Un ejemplo son los compuestos que presentan un grupo amino (-NH2), que + tiene tendencia débil a aceptar reversiblemente un H del agua: +

- NH2 + H

+

- NH3

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A pH fisiológico los aminoácidos se encuentran ionizados

Los aminoácidos en solución, a pH neutro, están predominantemente bajo la forma de dipolo. Esto se debe a que los grupos carboxilo y amino se ionizan, según se observa abajo.

COOH

COO-

H2 N- C – H

+ H3 N – C – H

R

Observe que están ionizados los grupos carboxilo y amino, pero la molécula es electricamente neutra: no es un ión.

R

Forma no disociada

Dipolo

Cuando el aminoácido está en solución el grupo carboxilo se comporta como un ácido, cede un protón mientras que el grupo amino se comporta como una base captando un protón. La consecuencia del fenómeno descrito conduce a la formación de un dipolo.

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La carga de los aminoácidos varía con el pH

Los compuestos como los aminoácidos, que son capaces de aceptar o ceder protones, se denominan anfóteros o anfolitos. Por esto, cuando se agrega a una solución de aminoácido un ácido o una base, el pH no varía bruscamente: son amortiguadores. Observe el comportamiento del aminoácido a distinto pH:

R + |

+

H3 N- C – COOH | H Forma predominante a pH 1 •

R |

H3 N – C – COO | H

-

Forma predominante a pH 7

R | H2 N – C – COO | H

-

Forma predominante a pH 11

Los aminoácidos tienen curvas de titulación características

La representación gráfica de la variación del pH de una solución debida al agregando de una base o un ácido se denomina curva de titulación. La curva de titulación surge entonces de la relación entre la cantidad de ácido o base agregada a una solución y la variación del pH de la misma. A pH ácido la mayoría de los aminoácidos se encuentran como un ácido diprótico (ver forma predominante a pH 1) . Por lo tanto, son posibles dos ionizaciones la del grupo carboxilo (pKa) y la del grupo amino (pKb). A pH 1 el 100% de las moléculas de aminoácido están como ion positivo. El valor de pH en el cual el 100% del aminoácido se encuentra como dipolo, se denomina punto isoeléctrico. A pH proximo a 14 el 100% del aminoácido estará como ión negativo.

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Electroforesis: uno de los métodos de separación más utilizados en bioquímica

La electroforesis consiste en la migración de moléculas con carga por acción de un campo eléctrico. Al generarse la diferencia de potencial, las moléculas se desplazarán al polo positivo (ánodo) o negativo (cátodo), dependiendo de su carga eléctrica. La velocidad de migración electroforética, depende la carga eléctrica, de las dimensiones moleculares y del soporte empleado. La electroforesis se realiza con un equipo que consta de una fuente de poder, una cuba y un soporte (papel o diferentes geles). Para moléculas pequeñas como los aminoácidos, se emplea la electroforesis en papel. Una muestra de la solución problema (por ejemplo aminoácidos) se coloca sobre el papel que “conecta” los dos dispositivos de la cuba, llenos de tampón a pH determinado. Después de un tiempo de encendida la fuente y por lo tanto de aplicada la corriente eléctrica, se retira el papel, se revela con un reactivo apropiado y se identifican los componentes de la mezcla.