Introducción
Se había planteado anteriormente que la alta
organización y la baja entropía son las características más destacables de los
biosinstemas. Estas propiedades están necesariamente ligadas
a una gran cantidad de información; que en el caso de los sistemas vivos, está
almacenada en forma de organización química macromolécular que se conoce con el
nombre de ácido nucleico. En la mayoría de los casos la información biológica
(que también se nombra como
información genética) está contenida en forma de ADN y en pocos casos como ARN. Conceptualmente
la información es importante solo en la medida que se hace operativa; y en el
sentido biológico esta operatividad se entiende como la perpetuación de la misma información a
través de los mecanismos de autorreplicación y construcción, que a su vez se
ven reflejados en el mantenimiento del
orden. En orden biológico la información genética se constituye en el
instructivo para el mantenimiento del sistema, y las proteínas son
su componente operacional. El proceso informativo más generalizado en la vida va desde la instrucción (ADN) pasando por un mediador (ARN)
y finaliza con la síntesis de las proteínas. En este
capítulo se plantean los procesos básicos moleculares que dan origen a las
biomoléculas más dinámicas: LAS PROTEINAS
Definiciones
Las proteínas son polímeros lineales producto de la deshidratación de 
aminoácidos (a.a.) que se fusionan constituyendo lacolumna vertebral mediada
por un enlace covalente que recibe el nombre de enlace peptídico. La
característica más preponderante de estos biopolimeros es su alta
variabilidad estructural y una funcionalidad muy dispar. Cuando este biopolímero posee menos de 100 monómeros (a.a.)
usualmente se denomina péptido y si posee más de 100 se nombra como PROTEINA. El primer
aminoácido reportado (1806) fue la asparragina y el último la (treonina) data
de 1938. En la figura 6-1 se da cuenta de la representación de la
estructura básica de un aminoácido. Con la excepción
de la glicina, el carbono  de los aminoácidos posee los cuatro sustituyentes
diferentes, lo que implica que todos están regidos por la estereoquímica. El
patrón de referencia para la clasificación en D y L se basa en la posición del
grupo amino, una vez se ubica la molécula a la manera de Fisher. El carboxilato
se ubica en la parte superior, el R en la inferior y en consecuencia solo resta
por definir las posiciones derecha e izquierda, que serán ocupadas por amino o
hidrógeno. La tabla 6-1 presenta las diferentes propiedades y convenciones que
permiten identificar a los aminoácidos codificables, mientras que la figura 6-2
describe los 20 aminoácidos que están codificados para las proteínas y las
formas observadas en soluciones acuosas.
Tabla 6-1. Aminoácidos proteogénicos y sus
características
Figura 6-2 Estructura de los aminoácidos
Los aminoácidos son moléculas orgánicas anfotéricas, lo queimplica que se
comportan como ácidos y
como bases;
hecho que es responsable de muchas de las características que identifican a las
proteínas. En la figura 6-3 se presenta la curva de
valoración para el aminoácido glicina.
Péptidos
Los péptidos se forman por una reacción de condensación entre aminoácidos.
El grupo amino del
aminoácido 2 actúa como nucleófilo, desplazando
el grupo hidroxilo del
aminoácido 1. El enlace peptídico es un proceso endergónico con un cambio de
energía libre de aproximadamente 21 kJ/mol. En la figura 6-4 se presenta el
enlace peptídico, la estructura de un pentapéptido y un mecanismo general
orgánico que da luces sobre el mecanismo bioquímico que opera en la síntesis
biológica. Un péptido se nombra comenzando por el
residuo amino terminal, que se coloca por convención a la izquierda.
Síntesis de péptidos (No leer esta parte).
Si se toma como
referencia el polipéptido que se presentó en la figura 6-4, la probabilidad de
obtener la secuencia citada es de 3.1x10-7 lo que hace inviable el uso de
técnicas tradicionales en los protocolos de síntesis de péptidos. Aunado a lo anterior, en las últimas décadas se ha hecho evidente
la importancia de la síntesis de péptidos dada la trascendencia de algunos de
estos productos en diferentes procesos metabólicos entre los que se pueden
mencionar los péptidos antimicrobianos. El problema de la obtención de un solo producto ha sido atacado tanto desde laperspectiva
biotecnológica como
desde la sintética. En el segundo caso, las técnicas modernas
de síntesis están basadas en los desarrollos metodológicos propuestos por Merrifield
en 1962 sobre ciclos sucesivos de síntesis y que se describen a continuación
.
El protocolo se basa en la existencia de una matriz sobre la
que se soporta el material de síntesis. En una columna semejante a las
empleadas en cromatografía, con una matriz como soporte (fase estacionaria) tal y como el que se presenta en la figura siguiente
A través de la columna se hacen fluir paso a paso los aminoácidos protegidos en
los extremos reactivos (amino y carboxilato) tal y como se describen en el paso (2).
El procedimiento comienza cuando sobre la columna que posee la matriz reactiva
(1), se hace circular una solución del
primer aminoácido del
péptido a sintetizar y que corresponde a (2). En este
caso se da un ataque del
grupo carboxilato sobre el metileno de la matriz considerando que el cloro es
un buen grupo saliente.
Terminada esta primera fase, se procede a la desprotección del grupo amino con una solución básica, de tal
manera que se facilite el ataque del segundo
aminoácido del péptido problema tal y como se presenta en el
siguiente esquema. Antes de proceder al segundo paso se
establecen las condiciones apropiadas de pH.
De manera paralela se requiere preparar el segundo aminoácido, que
adicionalmente a la protección del grupo amino, requiere la activación
delcarboxilato con diciclohexilcarbodiimida (DCC) para posteriormente agregarla
en solución a la matriz que ahora contiene el aminoácido desprotegido.
El grupo amino del
aminoácido sujeto a la matriz ataca el carboxilato protegido del
segundo aminoácido, forzando la salida del
biciclohexilurea. Los pasos denominados 2 y 4 se
pueden repetir las veces que sean necesarias hasta lograr la longitud
requerida. Una vez alcanzada la longitud deseada, se desprotege el producto
final tal y como se
indicó en el paso
2 para finalmente romper la unión a la matriz con acido fluorhídrico.
TALLER 6
1. Calcule el punto isoeléctrico para los aminoácidos
ácidos y los aminoácidos básicos
2. Dibuje el aminoácido L-fenilalanina y su
correspondiente enantiómero
3. Escriba el mecanismo de formación de enlace
peptídico entre la glicina y la metionina, donde en el péptido formado la
metionina sea el extremo N-terminal.
4. Para el punto anterior, muestre las
estructuras resonantes y nombre el dipéptido.
5. Para el siguiente péptido realice lo que se solicita a continuación
a. Nombre el péptido
b. Identifique los extremos N- y C-terminales
c. Señale los enlaces peptídicos y muestres sus estructuras resonantes
d. Determine el punto isoeléctrico para el péptido
e. Determine el número de péptidos diferentes que se pueden formar con los
mismos aminoácidos
f. Utilice la síntesis propuesta por Merrifield para mostrar cómo se
sintetizaría el péptido (No se hace)
