Punto Isoeléctrico

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PROPIEDADES ACIDO BASE
PUNTO ISOELECTRICO DE UN AMINOÁCIDO
PROPIEDADES ACIDO BASE
Al disolverse en agua existen como un ión dipolar o zwitterion.
Carga neta de cero (neutral).
 
Actúan como ácidos o bases=sustancias
 anfotéricas; se llaman anfólitos.
 
Exhiben curvas de titulación.
Ionic forms of amino acids 
C
H
COO
-
H3N
+
R
C
H
COO
-
H2N
R
C
H
COOH
H3N
+
R
Zwitterion
pH 7 Net charge 0
pH 1 Net charge +1
pH 13 Net charge -1
H+
H+
Titration Solution of an amino acid
PROPIEDADES ACIDO BASE
Al disolverse en agua existen como un ión dipolar o zwitterion.
Carga neta de cero (neutral).
 
Actúan como ácidos o bases=sustancias
 anfotéricas; se llaman anfólitos.
 
Exhiben curvas de titulación.
La glicina se caracteriza por dos pKa: uno corresponde a la posición más ácida (pKa1) y el otro a la menos ácida (pKa2). Otros aminoácidos con cadenas laterales neutras presentan valores de pKa similares a los de la glicina.
 El punto isoeléctrico pI corresponde al valor de pH para el cual el aminoácido no tiene carga neta, corresponde a un máximo en la concentración del zwitterión.
4. Propiedades
	Aminoácido	pKa1	pKa2	pI
	Glicina	2.34	9.60	5.97
	Alanina	2.34	9.69	6.00
	Valina	2.32	9,62	5.96
	Leucina	2.36	9,60	5.98
	Isoleucina	2.36	9,60	6.02
	Metionina	2.28	9,21	5.74
	Prolina	1.99	10.60	6.30
	fenilalanina	1.83	9,13	5.48
	Triptofan	2.83	9,39	5.89
	Asparagina	2.02	8,80	5.41
	Glutamina	2.17	9,13	5.65
	Serina	2.21	9,15	5.68
	Treonina	2.09	9,10	5.60
pKa1:ionización del grupo carboxílico; 
pKa2: desprotonación del ión amonio
		Pka 1	pKa2	pKa3	pI
	Ácido Aspártico	1.88	3.65	9.60	2.77
	Ácido Glutámico	2.19	4.25	9.67	3.22
	Tirosina	2.20	9.11	10.07	5.66
	Cisteína	1.96	8.18	10.28	5.07
	Aminoácido Lisina 	2.18	8.95	10.53	9.74
	Arginina	2.17	9.04	12.48	10.76
	Histidina	1.82	6.00	9.17	7.59
Pka 3
Pka 2
pI = ½ (pK 1+pK 2)
 
pI =½ (pK 1+pK 3) 
 
pI = ½ (pK 2 +pK 3)
PUNTO ISOELECTRICO
 
Es el pH donde el amino ácido tiene una carga neta de cero.
Todos los amino ácidos, péptidos y proteínas tienen una carga neta positiva a pH bajo el pI y una carga neta negativa a pH sobre el pI.
 
Cada grupo disociable de un aminoácido tiene un pK característico y se puede estimar la proporción de moléculas disociadas y no disociadas a un pH cualquiera por la ecuación: pH = pK + log Forma protonada/ no protonada.
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pI =
pKax + pKay
2
pI =
pKa2 + pKa3
2
pI = 9.7
pI =
pKa1 + pKa3
2
pI = 2.7
pI =
pKa1 + pKa2
2
pI = 6.0
pH Fisiológico de los aminoácidos proteicos
		pK1	pK2
	pK3
	pI	Carga al pH Plásmático
	Neutros	2 a 3	9 a 10	-	6.0	δ (-)
	Cys	1.7	10.8	8.3	5.0	δ (-)
	Tyr	2.2	9.1	10.1	6.15	δ (-)
	Asp - Glu	2 a 3	9 a 10	3 a 4	3	 -1 neta
	Lys - Arg	2 a 3	9	10.5 –12.5	10.5	 + 1 neta
	His	1.8	9.2	6	7.6	Casi nula
Histidine has 3 pKa’s
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How to Calculate the pI When the Side Chain is Ionizable
Identify species that carries a net zero charge
Identify pKa value that defines the acid strength of this zwitterion: (pK2)
Identify pKa value that defines the base strength of this zwitterion: (pK1) 
Take the average of these two pKa values
What is the pI of histidine?
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Proteínas
 Composición 
 Estructura
Función
Son las macromoléculas biológicas más abundantes 
Se encuentran en todas las células y en todas partes dentro de las células
Existen miles de diferentes tipos y tamaños de proteínas
Exhiben una gran cantidad de diversidad de funciones
Función biológica de las proteínas
	Función	Ejemplo
	Enzimas	Hexoquinasas, isomerasas, hidrolasas
	Transporte	Ingreso de nutrientes en las bacterias
	Contráctiles	pilina (cilias y flagelos)
	Toxinas	Venenos, diftérica
	Estructurales	Recubrimiento viral, pared celular, 
	Hormonas	crecimiento
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Segundo nivel
Tercer nivel
Cuarto nivel
Quinto nivel
Función ESTRUCTURAL
-Algunas proteinas constituyen estructuras celulares:
Ciertas glucoproteinas forman parte de las membranas celulares y actuan como receptores o facilitan el transporte de sustancias.
Las histonas, forman parte de los cromosomas que regulan la expresión de los genes.
-Otras proteinas confieren elasticidad y resistencia a órganos y tejidos:
El colágeno del tejido conjuntivo fibroso.
La elastina del tejido conjuntivo elástico.
La queratina de la epidermis.
 Proteins- Levels of Structure
 
 Amino acids can undergo condensation reactions in any order, thus making it possible to form large numbers of proteins. 
 Structurally, proteins can be described in four ways. 
Primary 
Secondary
Tertiary
Quaternary structure.
23
23
El esqueleto de toda proteína esta constituido por una repetición de HN-Ca-C=O. Esta unidad de repetición está enlazada mediante enlaces peptídicos
Unidos al esqueleto del polipéptido encontramos, hidrógenos del grupo amino, oxígenos del grupo carbonilo e hidrógenos y las cadenas laterales de los carbonos alfa.
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Segundo nivel
Tercer nivel
Cuarto nivel
Quinto nivel
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Ser
Gly
Tyr
Ala
Leu
-COO y –NH están comprometidos en el enlace peptídico
La carga neta e hidrofobicidad de la proteína 
dependerá de los grupos R
Conformación de las proteínas
Todas las proteínas poseen un estado NATIVO, una forma tridimiensional característica conocida como CONFORMACIÓN.
La conformación se puede describir en términos de niveles estructurales
Estructuras 1ria, 2ria, 3ria y 4ria
Ordenamiento tridimensional
ESTRUCTURAS DE LAS PROTEINAS
	Las proteínas tienen 4 estructuras, la estructura primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria. A continuación son definidas y explicadas
ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS
La estructura primaria es la secuencia de aminoáciodos de la proteína. 
Nos indica qué aminoácidos componen la cadena polipeptí-dica y el orden en que dichos aminoácidos se encuentran. 
La función de una proteína depende de su secuencia y de la forma que ésta adopte.
insulina
ESTRUCTURA SECUNDARIA: ALFA HÉLICE
La estructura secundaria es la disposición de la secuencia de aminoácidos en el espacio. Los aminoácidos, a medida que van siendo enlazados durante la síntesis de proteínas y gracias a la capacidad de giro de sus enlaces, adquieren una disposición espacial estable, la estructura secundaria. 
alfa-hélice: se forma al enrollarse helicoidalmente sobre sí misma la estructura primaria. Se debe a la formación de enlaces de hidrógeno entre el -C=O de un aminoácido y el -NH- del cuarto aminoácido que le sigue.
ESTRUCTURA SECUNDARIA EN PÉPTIDOS Y PROTEÍNAS
 La estructura secundaria de un péptido consiste en la relación conformacional del aminoácido vecino más cercano con respecto a otro. 
 L. Pauling y R. B. Corey establecieron que ciertas conformaciones peptídicas eran más estables que otras.
 Dos disposiciones especialmente estables son: la hélice α y la hoja plegada β.
 Ambas conformaciones se basan en:
 La geometría del enlace peptídico es plana y la cadena principal se dispone en conformación anti.
 Se pueden formar enlaces de hidrógeno cuando el grupo N-H de un residuo y el grupo C=O de otro se encuentran próximos en el espacio. Aquellas conformaciones que maximizan el número de estos enlaces se encuentran particularmente estabilizadas.
6.3. Estructura de péptidos y proteínas
Hoja plegada β o lámina β
En esta disposición los aminoácidos forman una cadena en forma de zigzag, mediante la formación de enlaces de hidrógeno entre los grupos N-H y los C=O de cadenas adyacentes antiparalelas. Ej: fibroína de la seda.
Hélice α
Se forma al enrollarse la estructura primaria helicoidalmente sobre sí misma. Se debe a la formación de enlaces de hidrógeno entre el -C=O de un aminoácido y el -NH- del cuarto aminoácido que le sigue. Ej: queratina del pelo, cuernos,uñas, lana.
6.3. Estructura de péptidos y proteínas
ESTRUCTURA TERCIARIA EN PÉPTIDOS Y PROTEÍNAS
 La estructura terciaria de una proteína consiste en el plegamiento de la cadena. La forma en que se pliega la cadena afecta tanto a sus propiedades físicas como a su función biológica.
 Las proteínas estructurales, tales como las presentes en la piel, el pelo, los tendones, la lana o la seda, pueden tener una estructura secundaria tanto de hélice  como de hoja plegada β, pero en general tienen una forma alargada de longitud varias veces el diámetro de la cadena. Se denominan proteínas fibrosas y tienden a no ser solubles en agua.
 Otras proteínas, incluyendo la mayoría de los enzimas, operan en agua. Éstas se denominan globulares y tienen una forma más o menos esférica:
Mioglobina
6.3. Estructura de péptidos y proteínas
Estructura 3ria
Se refiere al modo en que la cadena
 polipeptídica se pliega o se curva para 
formar la estructura plegada 
o compacta de las proteínas solubles
ESTRUCTURA TERCIARIA
	Aparecen varios tipos de enlaces: 
puente disulfuro. 
puentes de hidrógeno 
puentes eléctricos 
interacciones hidrófobas. 
La estructura terciaria informa sobre la disposición de la estructura secundaria de un polipéptido al plegarse sobre sí misma originando una conformación globular. 
Esta conformación globular facilita la solubilidad en agua y así realizar funciones de transporte, enzimáticas, hormonales, etc. Se mantiene estable gracias a la existencia de enlaces entre los radicales R de los aminoácidos.
Puentes de H2
ESTRUCTURA CUATERNARIA
	Esta estructura informa de la unión , mediante enlaces débiles (no covalentes) de varias cadenas polipeptídicas con estructura terciaria, para formar un complejo proteico. Cada una de estas cadenas polipeptídicas recibe el nombre de protómero. 
	El número de protómeros varía desde dos como en la hexoquinasa, cuatro como en la hemoglobina, o muchos como la cápsida del virus de la poliomielitis, que consta de 60 unidades proteicas. 
La estructura terciaria de una proteína depende de diversos factores:
 Su estructura primaria y secundaria.
 Su entorno. En proteínas globulares la parte lipofílica se sitúa hacia el interior y los grupos polares en la superficie. El estado nativo de una proteína es la estructura terciaria en la cual expresan su actividad biológica.
- Conocer el plegamiento de la proteína permite entender el mecanismo por el que un enzima cataliza las reacciones. Ej: carboxipeptidasa.
 La región interna del enzima donde se localizan los grupos funcionales que participan en la actividad catalítica se conoce con el nombre de sitio activo.
6.3. Estructura de péptidos y proteínas
ESTRUCTURA CUATERNARIA DE LAS PROTEÍNAS: HEMOGLOBINA
 Algunas proteínas están formadas por ensamblaje de dos o más cadenas. La forma en que estas subunidades se encuentran organizadas se denomina estructura cuaternaria.
 La hemoglobina es una proteína de la sangre encargada del transporte de oxígeno, uniéndose a éste y transportándolo hasta los músculos donde se almacena en la mioblobina. La hemoglobina se une a oxígeno de la misma forma que la mioglobina, a través del grupo hemo, pero es mucho más grande que ésta. La hemoglobina es un ensamblaje de cuatro grupos hemo y cuatro cadenas protéicas, dos llamadas α y dos β.
 Algunas sustancias, por ejemplo CO, mucho más fuertemente al Fe que el oxígeno por lo que interfieren con el transporte y almacenamiento de oxígeno pudiendo provocar resultados letales.
hemoglobin protease, 
Escherichia coli
(http://www.pdb.org/)
 DOI:10.1074/jbc.M412885200
6.3. Estructura de péptidos y proteínas
ESTRUCTURA SECUNDARIA: ALFA HÉLICE
ESTRUCTURA SECUNDARIA: BETA PLANAR
Paralela
Antiparalela
hélice-vuelta-hélice
cremallera de leu
horquilla b
barril b
 b-a-b
CONFORMACIÓN DE LAS PROTEÍNAS estructura jerárquica
Estructura
 1ria
Estructura
 2ria
Estructura
3ria
Estructura
 4ria
Secuencia de aa del esqueleto del peptídico y S-S
Arreglo / distribución/ordenamiento del esqueleto y las cadenas laterales de la proteína en el espacio
Describe el ordenamiento tridimensional de las proteínas 
DESNATURALIZACIÓN
	Desnaturalización.
Consiste en la pérdida de la estructura terciaria, por romperse los puentes que forman dicha estructura. Todas las proteínas desnaturalizadas tienen una conformación muy abierta y con máxima interacción con el disolvente, por lo que una proteína soluble en agua cuando se desnaturaliza se hace insoluble.
	Se puede producir por cambios de temperatura, (huevo cocido o frito), variaciones del pH. En algunos casos, una proteína desnaturalizada puede renaturalizarse. 
CUANTIFICACION DE PROTEINAS
ELECTROFORESIS
Cuando se aplica un campo eléctrico a un medio que contiene partículas
cargadas, las partículas cargadas negativamente migran hacia el ánodo o polo
positivo mientras que, las cargadas positivamente migran hacia el electrodo
negativo (cátodo).
Este principio se puede aplicar para separar las fracciones de proteínas 
La cantidad de carga neta en la molécula es variable y depende del pH del
amortiguador. Si el pH del medio es menor que el punto isoeléctrico, las
proteínas se comportan como cationes y, si el pH del medio es superior al pI,
se comportan como aniones. La carga de la proteína se hace más negativa a
medida que el pH del amortiguador se hace más básico
.
ELECTROFORESIS
Los pasos a seguir en una electroforesis se pueden resumir en:
1.Separación electroforética mediante un campo eléctrico
2. Fijación de las proteínas sobre el soporte
3. Revelado de las proteínas para identificar su presencia y separación. Se realiza mediante colorantes ácidos, negro amido, rojo Ponceau... Que se fijan sobre las funciones básicas de las proteínas. El exceso de colorante se arrastra con mezclas acético-agua, o metanol-acético, según el colorante utilizado con tal de que se decolore el soporte sin elución del colorante fijado a las proteínas.
4. Cuantificación de las fracciones electroforéticas mediante fotómetros especiales (densitómetros) que permiten cuantificar el colorante fijado a diferentes distancias del punto de aplicación, y con ello la representación gráfica de la separación (proteinograma: gráfica que representa las fracciones proteícas del suero sanguíneo).
Propiedades Funcionales
 de las Proteínas
	Propiedad	Función
	Hidratación	Solubilidad, dispersión, absorción de agua, espesante, gelificante, viscosidad, formación de masas y propiedades reológicas en general. 
	Estructural y Reológica	Elasticidad, cohesión, formación de redes tridimensionales, formación de fibras, viscosidad, agregación, gelificación.
	Sensorial	Color, sabor, olor, textura, turbidez, arenosidad, etc.
	Superficie	Emulsificación, espumante, estabilización, formación de complejos lípido-proteínicos
	Otras	Compatibilidad con aditivos, acción enzimática y modificación de propiedades de los alimentos
PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS
CARGAS DE LAS PROTEÍNAS:
La cadena está salpicada de muchas cargas procedentes de los grupos ácidos y básicos colaterales de loa Aa y de los grupos –NH2 y COOH inicial y final.
Las cargas varía con el pH.
Hay un pH (punto isoeléctrico) en el que la molécula tiene mismo número de cargas + que – (proteína neutra).
PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS
SOLUBILIDAD:
Las proteínas aumentan su solubilidad a concentraciones salinas bajas y precipitan a concentraciones salinas altas.
El pH influye en la solubilidad. En el pI es mínima y la capacidad de cristalización es máxima; a pH extremos la solubilidad es máxima.
PROTEINAS EN ALGUNOS ALIMENTOS
PROTEÍNAS DEL HUEVO:
	El huevo está constituido por 10,5% cáscara; 58,5% de albumen o clara y 31% yema; los sólidos de su parte comestible (albumen +yema) están integrados básicamente por proteínas y lípidos. (95%materia seca)
	Componente	Huevo entero (%)	Yema (%)	Clara (%)
	Agua 	74	49	87,8
	Proteínas	12,9	16	10,9
	Hidratos de carbono	0,4	0,6	0,2
	Lípidos 	11,5	30,6	0,2
	Cenizas0,7	2	0,3
PROTEINAS EN ALGUNOS ALIMENTOS
La Ovoalbumina es la mas abundante.
	Albumen	Proteínas sin actividad biológica:	Ovoalbúmina		
			Globulinas	G2
G3
Macroglobulina	
		Proteínas con actividad biológica:
	Enzimática	Lisozima
Glucosidasas
Catalasas
Peptidasas
Esterasas	
			No Enzimática 	Quelantes	Conalbúmina
Flavoproteínas
Avidina
				Inhibidores	Ovomucoide
Ovoinhibidor
Ovomucina
				Otros	Ovoglucoproeína
PROTEINAS EN ALGUNOS ALIMENTOS
PROTEÍNAS DE LA CARNE:
Proteínas contráctiles o microfibriales: conforman estructuralmente el tejido muscular y transforman la energía química en mecánica durante la contracción y relajación de músculos. Miosina, actina, tropomiosina, troponina y actinina.
Proteínas solubles: miogeno (albúminas y globulinas que pertenecen a los sistemas del metabolismo celular, tal: glucólisis).
Proteínas insolubles: conforman el tejido conectivo fuerte de los tendones, la piel, el hueso y las capas más rígidas que envuelven y soportan los músculos.
	
	Componentes	Análisis aproximado de la mayoría de las carnes (%)
	Agua 	70
	Proteínas	20
	Hidratos de carbono y sustancias no nitrogenadas	1,5
	Lípidos 	6
	Sustancias nitrogenadas no proteicas	1,5
	Sales inorgánicas	0,7
PROTEINAS EN ALGUNOS ALIMENTOS
PROTEÍNAS DEL TRIGO:
Su capacidad de esponjamiento se debe a las proteínas, aunque influyen otros constituyentes como: el almidón y los lípidos.
La harina contiene entre 10 a 12% de proteínas.
Son básicamente glutelinas y prolaminas.(presentes en el citoplasma de las células del endospermo). Actúan como componentes estructurales y de reserva de nitrógeno para el crecimiento.
En menor proporción, hay albúminas y globulinas, que representan el 15% (favorecen las reacciones de oscurecimiento no enzimático responsables del color y del aroma típicos de los productos de panadería).
El gluten en su conjunto tiene una composición de aminoácidos de aproximadamente 6%ionizables, 45% polares y 49% apolares.
La tenacidad de las harinas se debe a la composición del gluten. 
	
CO2
CH3
H
H3NCO2H
CH3
H
H3N
low pH
CO2
CH3
H
H2N
+ +
high pH
pKa1
(2.3)
pKa2
(9.7)
CO2H
CH2
H
H3N
CO2H
pKa3
(3.6)
CO2
H
H3N
CH2
CO2H
CO2
H
H3N
CH2
CO2
pKa2
(9.6)
pKa1
(1.9)
CO2
H
H2N
CH2
CO2
low pH high pH
CO2H
(CH2)4
H
H3N
NH3
pKa2
(9.0)
CO2
H
H3N
(CH2)4
NH3
CO2
H
H2N
(CH2)4
NH3
pKa3
(10.5)
pKa1
(2.2)
CO2
H
H2N
(CH2)4
NH2
low pH high pH
H
3
N
C
H
C
C
H
3
N
H
O
P
é
p
t
i
d
o
C
H
C
O
O
R
O
H
H
Z
n
2
+
H
2
N
C
H
2
N
A
r
g
-
1
4
5