QUÍMICA ORGÁNICA III

TEMA III

AMINOÁCIDOS,
PÉPTIDOS Y PROTEÍNAS

Francisco Llanes Lazo

Departamento de Química Orgánica
Facultad de Química
Curso 2008-2009
 Aminoácidos, péptidos y proteínas.

Introducción.

Los llamados biopolímeros o polímeros biológicos, son las proteínas, los polisacáridos y
los ácidos nucleicos. Entre ellas, son las proteínas (del griego Proteios = lo primero) las
que tienen más diversas funciones.

- Como enzimas y hormonas, catalizan y regulan las reacciones

- Como músculos y tendones, proveen al cuerpo de los medios para el movimiento.
- Como piel, pelos y uñas, recubre y protege la parte exterior.
- Como hemoglobinas, transportan el oxígeno a las mas recónditas porciones del
cuerpo.
- Como anticuerpos, protegen al organismo contra enfermedades.
- Como huesos, en combinación con otras sustancias, proveen al cuerpo de un soporte
estructural.

Las proteínas se encuentran en muy diversas formas y tamaños. Son moléculas muy
grandes y hasta las consideradas pequeñas, tienen pesos moleculares elevados, como la
enzima lisozima, una proteína pequeña de peso molecular 14600.

Sin embargo, a pesar de tal diversidad en tamaños, formas y funciones, todas las
proteínas de origen animal tienen en común que son poliamidas y cuyas unidades
estructurales son 20 aminoácidos en los que el grupo amino se encuentra unido al
carbono , o sea, son -aminoácidos.

Enlaces amídicos

R R* R** R*** R****

CH CH CH CH CH
N C N C N C N C N C
H O H O H O H O H O
Cadena proteínica (poliamida)

La hidrólisis de las proteínas con ácidos o bases, dan una mezcla de -aminoácidos.

R
CH
H N C OH
H O
-Aminoácido
Aminoácidos. Definición. Clasificación.

Los aminoácidos son aquellos compuestos orgánicos en los que se encuentran, al

menos, un grupo amino y un grupo ácido. En dependencia del carbono al cual se
encuentre unido el grupo amino, será , , , etc.
R CH COOH R CH CH2 COOH R CH CH2 CH2 COOH
NH2 NH2 NH2
-aminoácido  -aminoácido -aminoácido

De diversas fuentes naturales se han aislado cerca de 100 aminoácidos de estructuras

muy diversas. De ellos, los de mayor interés e importancia son los obtenidos como
productos de la hidrólisis de las proteínas de origen animal y que son 20 -aminoácidos
de la serie L.

Se han aislado unos pocos aminoácidos de la serie D por hidrólisis de algunas bacterias
y antibióticos.

La designación de L o D aminoácidos, se relaciona también con el gliceraldehido. La

glicina, el más simple -aminoácido, no tiene centro quiral, pero la alanina tiene un
carbono quiral y por lo tanto forma una pareja de enantiómeros.

CHO COOH COOH COOH

HO C H H2N C H H2N C H H2N C H
CH2OH R H CH3

D-Gliceraldehido L-Aminoácido Glicina L-Alanina

[(S)-Gliceraldehido] [(S)-Alanina]

COOH COOH
H2N C* H H C* NH2
CH3 CH3

L-Alanina D-Alanina
[(S)-Alanina] [(R)-Alanina]

Enantiómeros
* Carbono quiral
Nomenclatura.

Los aminoácidos se pueden nombrar, siguiendo las indicaciones de la UIQPA:

 H2N CH2 COOH CH3 CH COOH H2N CH2 CH2 COOH
Acido aminoetanoico NH2 Acido 3-aminopropanoico
Acido 2-aminopropanoico
CH3 CH2 CH COOH CH3 CH CH2 COOH CH2 CH2 CH2 COOH
NH2 NH2 NH2
Acido 2-aminobutanoico Acido 3-aminobutanoico Acido 4-aminobutanoico

En el caso de los -aminoácidos se utilizan nombres comunes que reflejan el origen o

alguna propiedad del aminoácido o una letra.

H2N CH2 COOH

Glicina (Gly)
G
La glicina (Gly) es el primer miembro de los -aminoácidos. Fue aislada en 1820 por
Braconnot, quien pensó que, tal como en la hidrólisis de la celulosa se obtiene un azúcar
simple, en la hidrólisis de la gelatina se obtenía un azúcar y como el producto obtenido
tenía un ligero sabor dulzón, la llamó azúcar de gelatina o glicina (glycine), tomando la
expresión del griego Glykys, que significa dulce.

Hay aminoácidos aromáticos como la fenilalanina (Phe) y la tirosina (Tyr), o con otros
grupos funcionales como hidroxilo, tiol, disulfuro, etc.

CH2 CH COOH
NH2
Fenil alanina (Phe)
F
La tirosina fue aislada del
HO CH2 CH COOH queso y de ahí su nombre
NH2 (griego Tyros = queso)
Tirosina (Tyr)
Y
 OH CH COOH Serina (Ser)
NH2 S

La treonina recibió ese nombre

CH3 CH CH COOH por su similitud con la treosa
O
OH NH2
C CH CH CH2 OH
Treonina (Thr) H
T OH OH

CH2 CH COOH CH2 CH COOH

La cistina fue aislada de los cálculos
SH NH2 S NH2
renales y a ello debe su nombre
Cisteina (Cys) S NH2 (griego Kystys = vejiga)
C
(-SH grupo tiol) CH2 CH COOH
Cistina (Cys-Cys)
(-S-S- grupo disulfuro)

Los aminoácidos que contienen igual número de grupos amino que de grupos ácido, se
clasifican como neutros, los que tienen más grupos amino que ácido, son básicos y los
que tengan más grupos ácido que amino, son ácidos.

OH CH COOH CH2 (CH2)3 CH COOH HOOC CH2 CH COOH

NH2 NH2 NH2 NH2
Serina (Ser) S Lisina (Lys) K Acido aspártico (Asp) D
Aminoácido neutro Aminoácido básico Aminoácido ácido

Otros aminoácidos tienen heterociclos como la prolina (Pro) y el triptófano (Try).

COOH
N En este caso el grupo amino está
H en forma de anillo.
Prolina (Pro) P
Aminoácido neutro

CH2 CH COOH
NH2
N
H
Triptófano (Try) W
Aminoácido básico

Aminoácidos esenciales.
Desde el punto de vista biológico, los -aminoácidos humanos se clasifican en
esenciales y no esenciales. Los esenciales son 10 y es necesario asimilarlos en la dieta
pues el organismo no puede sintetizarlos.
Valina (Val)
Leucina (Leu) CH3
-
Isoleucina (Ileu) CH3CH2CHCHCOO
Treonina (Thr)
Aminoácidos Fenilanina (Phe) S CH3 + NH3
Esenciales Metionina (Met) -
CH2CH2CHCOO
(10) Triptofano (Try) +
Lisina (Lys) + NH2 NH3 + NH3
Arginina (Arg) -
H2N C NH (CH2)3 CH COO
Histidina (His)
N -
CH2 CH COO
N + NH3
H
Algunos autores no consideran la arginina y la histidina como esenciales.

Propiedades. Estructura.

Los aminoácidos tienen características muy particulares.

a) Son sólidos cristalinos que se descomponen sin fundir a altas temperaturas.

b) Son apreciablemente solubles en agua, pero insolubles en solventes orgánicos
apolares.
c) Tienen carácter anfótero, o sea, forman sales con los ácidos y con las bases.
d) Sus soluciones acuosas se comportan como las de las sustancias con elevado
momento dipolar.
e) Las constantes de acidez y de basicidad son muy bajas para un grupo ácido y un
grupo amino.

Estas características de los aminoácidos sólo pueden explicarse si se representa la

molécula como una molécula dipolar o zwitterion, molécula en la cual, el
comportamiento ácido lo tendrá el grupo amino protonado (ácido conjugado débil) y el
básico, el grupo carboxilato (base conjugada muy débil).

-
R CH COO
NH3
+
Molécula en forma de ión dipolar o zwitterion

Propiedades ácido-base.

Si planteamos la disociación de los aminoácidos en agua y planteamos sus constantes de

acidez (Ka) y de basicidad (Kb), tendremos:
 - - -
R CH COO + OH R CH COO + H2O
NH3 NH2
+ NH2
-
[RCHCOO ] [H2O]
Ka = - -
[RCHCOO ] [ OH]
+NH3
La constante de acidez (Ka)
corresponde al grupo - +NH3 (ácido)

- +
R CH COO + H3O R CH COOH + H2O
NH3 NH3
+ +

+ NH3
[RCHCOOH] [H2O]
Kb = - +
[RCHCOO ] [H3O ]
+NH3
La constante de basicidad (Kb)
-
corresponde al grupo -COO (base)

Lo que está plenamente de acuerdo con los valores tan bajos de las constantes en los
aminoácidos, pues el grupo amino protonado (aminio) es el que funciona como ácido y
el grupo carboxilato es el que funciona como base.

La glicina tiene una Ka = 1.6 x 10 -10 y una Kb = 2.5 x 10 -12, correspondiendo la Ka al

grupo aminio y la Kb al grupo carboxilato. Estos valores son bajos, para una Ka de un
grupo carboxilo y para una Kb de un grupo amino, si se comparan con las Ka del ácido
acético 1.75 x 10-5 y con la Kb de la etilamina 5.1 x 10-4.

Para expresar la fortaleza de un ácido o una base, se utiliza también el pKa, que es el
logaritmo negativo base diez de la constante de acidez (- log10 Ka). Esto permite la
utilización de números pequeños, que mientras más pequeño, indica mayor la fortaleza.

Como los aminoácidos tienen un grupo básico y un grupo ácido en la molécula serán
anfóteros, reaccionando con ácidos y bases para formar sales.
- -
CH2 COO + HCl CH2 COOH Cl
+ +
NH3 NH3
- - +
CH2 COO + NaOH CH2 COO Na + H2O
+ +
NH3 NH3

Los aminoácidos se pueden valorar con una base a partir de una solución ácida. Al
iniciar la valoración, predominará la forma catiónica, en los aminoácidos neutros, por lo
que se irá neutralizando el grupo carboxilo (pKa1) sin aumento considerable del pH.
Cuando se haya añadido un equivalente de base, el pH dará un salto brusco, indicando
que el aminoácido se encuentra en forma de ión dipolar y nuevamente ascenderá
lentamente hasta completar el segundo equivalente, indicando que se neutraliza el grupo
aminio (pKa2).

El punto isoeléctrico será la media entre el pKa1 y la Ka2.

pKa1 + pKa2
pI =
2

Aminoácido PKa1 PKa2 PKa3 pI

Glicina 2.34 9.60 - 5.97
Fenilalanina 1.83 9.13 - 5.48
Acido aspártico 1.88 3.65 9.60 2.77
Lisina 2.18 8.95 10.53 9.74

Equilibrio de los aminoácidos en solución.

Sin embargo, cuando los aminoácidos se encuentran en solución, se establece un

equilibrio entre las formas dipolar, aniónica y catiónica, ocurriendo que el equilibrio
podrá estar desplazado hacia la forma aniónica o hacia la forma aniónica, en
dependencia del aminoácido en particular.

- -
OH OH
- -
R CH COOH R CH COO R CH COO
+ + +
NH3 +H NH3
+ +H NH2
Forma catiónica Ión dipolar Forma aniónica
(Predominante a (Predominante a
pH muy ácido) pH muy básico)

En los aminoácidos neutros, ocurre un ligero desplazamiento hacia la forma aniónica, ya

que la constante de acidez es ligeramente mayor que la de basicidad. En esta situación,
si se añade una base, o sea, se aumenta el pH, el equilibrio se desplaza totalmente hacia
la forma aniónica, pero si se añade un ácido, el equilibrio se desplaza a la forma de ión
dipolar primero a la forma catiónica después.

En el caso de los aminoácidos ácidos, el grupo ácido adicional se disociará cediendo el

protón, lo que desplazará el equilibrio hacia la forma aniónica, mientras que en los
aminoácidos básicos, el grupo amino adicional aceptará protones, lo que desplazará el
equilibrio hacia la formación de la forma catiónica.

La lisina es un aminoácido básico y en solución, el equilibrio estará desplazado hacia la

forma dicatiónica, mientras que el ácido aspártico es ácido y el equilibrio estará
desplazado hacia la forma dianiónica.
 -
+ OH -
H3N CH2 (CH2)3 CH COOH H3N CH2 (CH2)3 CH COO
+
NH3 H NH3
+ +
Forma catiónica (pKa = 8.95)
Forma dicatiónica (pKa = 2.18)
+ -
H OH
-
- OH -
H2N CH2 (CH2)3 CH COO H2N CH2 (CH2)3 CH COO
+
NH2 H NH3
+
Forma aniónica (pKa = 10.58) Ión dipolar (pI = 9.7)

-
OH -
HOOC CH2 CH COOH HOOC CH2 CH COO
+
H
NH3 NH3
+ +
Ión dipolar (pI = 2.98)
Forma catiónica (pKa = 2.10)
+ -
H OH
-
- -
OH - -
OOC CH2 CH COO OOC CH2 CH COO
+
NH2 H NH3
+
Forma dianiónica (pKa = 9.82) Forma aniónica (pKa = 3.86)

Como los aminoácidos en forma catiónica o aniónica tienen una carga neta, si se
someten a la acción de un campo eléctrico, se desplazarán hacia el cátodo o hacia el
ánodo, según sea la forma en que se encuentre, aniónica o catiónica. Solamente, el
aminoácido no migrará, cuando la forma predominante sea el ión dipolar.

Influencia del pH en el equilibrio.

Cuando se varía el pH de la solución de un aminoácido. Ocurrirá el desplazamiento del

equilibrio, hacia la forma aniónica si el pH es fuertemente alcalino y hacia la forma
catiónica si el pH es fuertemente ácido.

- -
OH - OH -
R CH COOH R CH COO R CH COO
+ NH3 + NH3 NH2
Forma aniónica
(predominante)
 + +
- H - H
R CH COO R CH COO R CH COOH
NH2 + NH3 + NH3
Forma catiónica
(predominante)

En el caso de los aminoácidos básicos, a pH fuertemente alcalino, predominará la forma

aniónica y a pH fuertemente ácido, la forma dicatiónica, mientras que en los
aminoácidos ácidos, a pH fuertemente alcalino, predominará la forma dianiónica y a pH
fuertemente ácido, la forma catiónica.

-
+ OH -
H3N CH2 (CH2)3 CH COOH H3N CH2 (CH2)3 CH COO
+
Forma dicatiónica + NH3 H Forma catiónica + NH3
+ -
H OH
-
- OH -
H2N CH2 (CH2)3 CH COO H2N CH2 (CH2)3 CH COO
+
NH2 H Ión dipolar + NH3
Forma aniónica

-
OH -
HOOC CH2 CH COOH HOOC CH2 CH COO
+
H + NH3
+NH3
Forma catiónica Ión dipolar
+ -
H OH

-
- -
OH - -
OOC CH2 CH COO OOC CH2 CH COO
+
NH2 H + NH3
Forma dianiónica Forma aniónica

Punto isoeléctrico.

Al desplazar el equilibrio de un aminoácido en solución con el pH, a un cierto valor se

logrará la máxima concentración del ión dipolar con la mínima concentración de las
formas catiónica y aniónica. Al valor del pH en el cual la concentración del ión
dipolar es máxima y las de las formas catiónica o aniónica son mínimas, se
denomina Punto Isoeléctrico o pH Isoeléctrico.

El Punto Isoeléctrico de cada aminoácido dependerá de su estructura y será diferente

para cada aminoácido.
 Aminoácidos Tipo Punto Isoeléctrico
(+) Alanina (Ala) A Neutro no esencial 6.00
(+) Arginina (Arg ) R Básico esencial 10.76
(-) Asparagina (Asn) N Básico no esencial 5.41
(+) Acido aspártico (Asp) D Acido no esencial 2.77
(-) Cisteina (Cys) C Neutro no esencial 5.07
(-) Cistina (Cys-Cys) Básico no esencial 5.00
(-) Acido glutámico (Glu) E Acido no esencial 3.22
(+) Glutamina (Gln) Q Básico no esencial 5.65
(+) Glicina (Gly) G Neutro no esencial 5.97
(-) Histidina (His) H Básico esencial 7.59
(-) Hidroxilisina (Hyl) Básico no esencial 9.15
(-) Hidroxiprolina (Hyp) Neutro no esencial 5.70
(+) Isoleucina (Ileu) I Neutro esencial 6.22
(-) Leucina (Leu) L Neutro esencial 5.98
(+) Lisina (Lys) K Básico esencial 9.74
(-) Metionina (Met) M Neutro esencial 5.74
(-) Fenilalanina (Phe) F Neutro esencial 5.48
(-) Prolina (Pro) P Neutro no esencial 6.30
(-) Serina (Ser) S Neutro no esencial 5.68
(-) Treonina (Thr) T Neutro esencial 5.60
(-)Triptofano (Trp) W Neutro esencial 5.89
(-) Tirosina (Tyr) Y Neutro no esencial 5.66
(-) Valina (Val) V Neutro esencial 5.96
 Aminoácidos más comunes.

a) Aminoácidos neutros.

- - - -
CH2 COO CH3 CH COO CH2 CH COO HO CH2 CH COO
+ NH + + NH
3
+ NH
3 NH3 3
G lic ina ( G ly, G )Ala nina ( Ala , A) F e nila la nina ( P he , F )
P I = 6.00 S e rina ( S e r, S)
P I = 5.97 P I = 5.48
P I = 5.68
( e s e nc ia l)
CH3
- -
CH3 CHCH2 CH COO CH3 CH2 CHCH COO -
N COO
CH3 + NH + NH
3 3
H
Le uc ina ( Le u, L) Is ole uc ina ( Ile u, I) P rolina ( P ro, P )
P I = 5.98 P I = 6.02
P I = 6.30
( e s e nc ia l) ( e s e nc ia l)
OH
O - -
- CH3 S CH2 CH2 CH COO CH3 CHCH COO
H2 N C CH2 CH COO + NH + NH
3 3
+ NH3
Me tionina ( Me t, M) Tre onina ( Thr, T)
As pa ra gina ( As n, N) P I = 5.74 P I = 5.60
P I = 5.41 ( e s e nc ia l) H ( e s e nc ia l)
- N O
( C H3 ) 2 CHCH COO
-
+
NH3 H2 N C CH2 CH2 CH COO
+
Va lina ( Va l, V) CH2 CH COO
- NH3
P I = 5.96 Triptofa no ( Try,W) + NH G luta mina ( G ln, Q )
3
( e s e nc ia l) P I = 5.89 PI = 5.65
( e s e nc ia l)

b) Aminoácidos ácidos

- - -
HOOC CH2 CH2 CH COO HOOC CH2 CH COO HS CH2 CH COO
+ NH3 + NH3 + NH
3
Ac ido G lutá mic o ( G lu, Q ) Ac ido As pá rtic o ( As p, D) Cis te ina ( Cys , C)
P I = 3.22 P I = 5.41 PI = 5.07

-
HO CH2 CH COO
+ NH
3
Tiros ina ( Tyr, Y)
P I = 5.66
 c) Aminoácidos básicos

NH
C -
- CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH COO
H2 N NH CH 2 CH 2 CH 2 CH COO
NH 2 +NH
+ NH 3
Arginina ( Arg, R) 3 H
P I = 10.76 N - Lis ina ( Lys , K)
CH 2 CH COO
( e s e nc ia l) P I = 9.74
+ NH
3 ( e s e nc ia l)
N
His tidina ( His , H)
P I = 7.59
( e s e nc ia l)

Electroforesis.

Teniendo en cuenta las diferencias entre los valores del Punto Isoeléctrico, los
aminoácidos contenidos en una mezcla pueden separarse mediante la técnica conocida
con el nombre de electroforesis.

La electroforesis se basa en la migración de los aminoácidos bajo los efectos de un

campo eléctrico. La mezcla se coloca en el centro de una lámina de gel de acrilamida o
papel de filtro, humedecida con una solución buffer y conectada en los extremos a los
electrodos (cátodo y ánodo). Cuando se aplica un potencial eléctrico de varios miles de
voltios, los aminoácidos en forma catiónica migrarán al cátodo y los de forma aniónica
al ánodo, mientras que los que estén enforma de ión dipolar no se moverán.
Fuente

Cátodo (-) Anodo (+)

Buffer pH 6
Mezcla de aminoácidos ( Ala, Lis, Asp)

Fuente

Cátodo (-) Anodo (+)

Lis Asp
Ala
Esquema de separación de una mezcla
de aminoácidos por electroforesis.
Existen otros métodos para la separación e identificación de aminoácidos, como la
cromatografía de papel bidimensional, la cromatografía de gases y la cromatografía de
intercambio iónico.

En la actualidad se han desarrollado equipos analizadores totalmente automáticos,

basados en la cromatografía de intercambio iónico. Estos aparatos poseen una columna
rellena con un polímero sintético insoluble con grupos sulfonatos (resina de intercambio
iónico) como soporte, por donde se pasa la solución ácida de la mezcla de aminoácidos.
Cada aminoácido se adsorberá a la resina de acuerdo a su fortaleza como base y al pasar
una solución buffer a un pH determinado, los aminoácidos se van liberando de la resina
y fluyen (eluyen), saliendo uno a uno por la columna. Al salir cada aminoácido
reacciona con la ninhidrina y se va midiendo su absorbancia en función del volumen de
eluyente (solución buffer) utilizado.

Con estos datos se obtiene un gráfico donde cada señal o pico corresponde a un
aminoácido diferente y el área bajo cada pico es un indicador de su concentración
relativa.

Síntesis de -aminoácidos.

 Aminación de alfa haloácidos (Reacción de Hofmann).

X2/P(rojo) NH3
R CH2 COOH R CH COOH R CH COOH
exceso
(H-V-Z) X NH2
Acido con hidrógeno Alfa haloácido -Aminoácido
en el carbono alfa

Br2/P(rojo) NH3
CH3 CH2 COOH CH3 CH COOH CH3 CH COOH
exceso
Br NH2
Acido propanoico
Acido -bromo propanoico Alanina

 A partir de aldehidos o cetonas (Síntesis de Streker).

+ - NH2 + NH2
NH4 Cl / NaCN H2O/H
C O C CN C COOH

Aldehido o
cetona -Aminoácido
En esta reacción, el cloruro de amonio reacciona con el cianuro de sodio formando el
cianuro de amonio, el cual se disocia en amoníaco y ácido cianhídrico.

+ -
NH4 Cl + Na+ -CN + - +
Na Cl + NH4 CN
-

+ -
NH4 CN NH3 + HCN

Este último ataca el carbono carbonilo, formando una cianhidrina, que en presencia de
amoníaco, forma la cianoamina
CH3 OH NH2
NH3
C O + HCN CH3 C CN CH3 C CN
H
H H
Etanal Cianhidrina +
H2O/H

NH2
CH3 C COOH
H
Alanina

O OH
CH2 C + HCN CH2 C CN
H
H
Feniletanal
NH3

NH2 + NH2
H2O/H
CH2 C COOH CH2 C CN
H H
Fenilalanina

 Síntesis malónica.
 a) COOCH2CH3 - + COOCH2CH3 COOCH2CH3
CH3CH2O Na - (CH3)2CHBr
CH2 CH CH CH(CH3)2
CH3CH2OH
COOCH2CH3 COOCH2CH3 COOCH2CH3
Malonato de etilo Carbanión Ester alquilado
b) COOCH2CH3 + COOH
H
CH CH(CH3)2 CH2 CH(CH3)2
calor
COOCH2CH3
Ester alquilado Acido 3-metil butanoico

Br2/P(rojo)
c) CH3 CH CH2 COOH CH3 CH CH COOH
CH3 (H-V-Z) CH3 Br
Acido -bromobutanoico
NH3
exceso

CH3 CH CH COOH
CH3 NH2
Valina

Reacciones de los aminoácidos.

Los aminoácidos dan las reacciones típicas de las aminas formando sales, acilándose,
alquilándose, etc., y de los ácidos carboxílicos, formando ésteres, haluros, amidas, etc.

Reacción de acilación.

La reacción de acilación de un aminoácido requiere que el grupo amino no esté

protonado, de forma que pueda funcionar como nucleófilo. Como en los aminoácidos
neutros el equilibrio está ligeramente desplazado hacia la forma aniónica, la reacción
transcurre normalmente.

-
- OH -
CH2 COO CH2 COO
+
H
+ NH3 NH2
 O
O
-
CH3 C
CH2 COO + O CH3 C NH CH2 COOH + CH3 COOH
NH2 CH3 C N-acetilglicina Acido acético
O

Glicina Anhídrido acético

 Formación de ésteres.

La formación de ésteres requiere que el grupo carboxilato se encuentre en forma de

ácido, por lo que el medio deberá ser ligeramente ácido.

+
- H
CH3 CH COO CH3 CH COOH
+ NH3 + NH3

O
HCl -
CH3 CH COOH + CH3 CH2 OH CH3 CH C O CH2 CH3 Cl
+ NH3 + NH3
Alanina Etanol Clorhidrato del éster
etílico de la alanina

Reacción con la ninhidrina.

Los aminoácidos reaccionan con la ninhidrina dando un producto con intensa coloración
violeta.
+ -
O O Na O
R
OH - NaOH
2 + CH COO N
OH
+ NH3
Ninhidrina O Aminoácido O O
Anión de la sal de color violeta
+ RCHO + CO2 + H2O
La prolina y la hidroxiprolina no reaccionan de la misma forma con la ninhidrina porque
su grupo amino forma parte de un anillo de 5 miembros (amina secundaria).
 O O

+H2O OH
O
-H2O OH

O O
Ninhidrina
Indano-1,2,3-triona (Indano-1,2,3-triona hidratado)

 Reacción con el 2,4-dinitrofluorbenceno.

Los halógenos en anillos aromáticos fuertemente desactivados, son sustituidos con

facilidad por los grupos amino. Así, los aminoácidos reaccionan con el 2.4-
dinitrofluorbenceno para formar el N-(2,4-fenil) derivado del aminoácido.

NO2 NO 2

-
+ R CH COO + HF
NO2 NH2 NO2
-
F NH CH COO
Aminoácido
R
2.-dinitrofluorbenceno N-(2,4-dinitrofenil) derivado
del aminoácido
Péptidos. Introducción.

Cuando se realiza la hidrólisis total de una proteína, se obtiene una mezcla de los
aminoácidos constituyentes, pero cuando se realiza una hidrólisis parcial, se obtiene una
mezcla de fragmentos con algunos aminoácidos individuales.

HIDRÓLISIS
PROTEÍNA FRAGMENTOS
PARCIAL (PÉPTIDOS)

A esos fragmentos de la cadena de aminoácidos constituyentes de la proteína, se les

denomina PÉPTIDOS y pueden ser de diferente tamaño. Si el péptido tiene 2
aminoácidos, se denomina dipéptido, si tiene 3 tripéptido, si tiene 4 tetrapéptido, si pasa
de 10 oligopéptido y si pasa de 100, polipéptido.
 O
+ -
NH3 CH2 C NH CH2 COO
O O
Dipéptido + -
NH3 CH2 C NH CH C NH CH COO
CH3 CH2

Tripéptido

Por convención, las estructuras de los polipéptidos se escriben con el grupo amino en el
extremo izquierdo, denominándolo grupo N-terminal y el grupo carboxilato en el
extremo derecho, denominándolo grupo C-terminal.

Estructura.

El enlace amídico en los péptidos se denomina ENLACE PEPTÍDICO y tiene una

geometría plana, caracterizada porque el enlace C-N tiene cierto carácter de doble
enlace ya que el enlace C-N normal tiene una distancia de 1.47A, por 1.32A en el enlace
peptídico.

H O H R
121° 125°

N C C
1.32A
C N 1.47A
C
114°
H R H O

Nomenclatura.

La nomenclatura de los péptidos es relativamente simple. Comenzando de izquierda a

derecha se menciona el o los aminoácidos con la terminación il y el último normal.
 O
+ -
NH3 CH2 C NH CH2 COO
O O
+ -
NH3 CH2 C NH CH C NH CH COO
Glic il glicina CH3 CH2
(Gly-Gly)

Glic il alanil fenilalanina

(Gly-Ala-Phe)

O O
+ -
NH3 CH CH2 CH2 C NH CH C NH CH2 COO
COOH CH2
SH

Glutam il cistein il glicina

Determinación de la secuencia de aminoácidos en un péptido.

El orden o secuencia en que se encuentran los aminoácidos en una proteína es la

ESTRUCTURA PRIMARIA, por lo tanto la determinación de la secuencia en las
cadenas peptídicas es el primer paso para la determinación de la estructura primaria en
las proteínas.

Para lograr este objetivo es necesario determinar la masa molecular del péptido,
identificar y cuantificar los aminoácidos que lo constituyen y, lo más difícil, determinar
el orden o secuencia en que se encuentran.

El peso molecular del polipéptido o de la proteína se puede determinar por diferentes

métodos analíticos como la ultracentrifugación, la dispersión de la luz, la presión
osmótica o la difracción de Rayos X. Con este dato y conociendo los aminoácidos
componentes, se puede determinar la fórmula molecular del polipéptido o de la proteína.

La determinación de la secuencia es una tarea sumamente difícil. Hay que tener presente
que si un tripéptido tiene los aminoácidos A, B y C, las combinaciones posibles serían
ABC, BCA, CAB, CBA, ACB y BAC, entonces un tetrapéptido con los aminoácidos A,
B, C y D, las posibles combinaciones serían 24, y para un pentapéptido, las posibles
combinaciones serían 120, o sea, el número de combinaciones posibles es el factorial
del número de aminoácidos presentes en el péptido (n! Factorial de n).

A pesar de estas dificultades, se han desarrollado varios métodos para determinar la

secuencia de aminoácidos en un péptido, entre los que se destacan, el análisis de los
residuos terminales y la hidrólisis parcial.
 Análisis de los residuos terminales.

En un péptido, siempre encontraremos un grupo N-terminal y un grupo C-terminal,

correspondiendo a los residuos de aminoácidos en cada extremo.

 Método de Sanger.

Cuando se trata un péptido con el 2,4- dinitroflúorbenceno (DNFB) a pH ligeramente

alcalino, el grupo amino sustituye al fluor mediante una sustitución nucleofílica
aromática.

O2N NO2 O O
+ H2N CH C NH CH C etc.
F R R´
DNFB
O2N NO2
NaHCO3
O O
NH CH C NH CH C etc.
R R´
Derivado del N-Terminal

Este derivado, con el grupo 2,4-dinitrofenilo enlazado al nitrógeno, se somete a una

hidrólisis ácida y se obtiene una mezcla de aminoácidos y el 2,4-dinitrofenil derivado
del aminoácido N-terminal.

O2N NO2
O O +
H3O
NH CH C NH CH C etc.
R R´
Derivado del N-Terminal

O2N NO2
O O
NH CH C OH + NH CH C OH
R R´
Derivado del aminoácido N-terminal Mezcla de aminoácidos

El 2,4-dinitrofenil derivado del aminoácido se separa y se identifica el aminoácido.

 Método de degradación de Edman.

El método de degradación de Edman se basa en la reacción del grupo amino con el

isotiocianato de fenilo en medio alcalino, formando un derivado que se hidroliza
fácilmente y se transforma en una feniltiohidantoina. En este método el resto de la
cadena del péptido no se hidroliza y puede ser sometida nuevamente a la degradación
para identificar el siguiente aminoácido.

O O
pH = 9
N C S + H2N CH C NH CH C etc.
R R´
Isotiocianato de fenilo
S O O +
H
NH C NH CH C NH CH C etc.
R R´
S
O
S C Reordenamiento C
N NH
C CH
N N C CH
R
H O R
Feniltiocarbanoil derivado (Intermediario Feniltiohidantoina
inestable) + resto del péptido.

La degradación de Edman no puede repetirse indefinidamente porque siempre se

produce la hidrólisis del resto de la cadena del péptido en alguna extensión, por lo que
se liberan aminoácidos durante el proceso y al acumularse, interfieren en los análisis.

 Métodos enzimáticos.

El mejor método para la identificación del residuo C-terminal es la utilización de

enzimas proteolíticas, las que provocan la hidrólisis del enlace peptídico. Las enzimas
proteolíticas que provocan la ruptura del enlace peptídico del C-terminal se denominan
carboxipeptidasas, miemtras que las endopeptidasas provocan la ruptura de enlaces
específicos no C-terminales.

Quimotripsina
Phe, Try o Tyr (rápido)
Endopeptidasas Asn, Glu, Leu, Met (lento)
(Provocan la hidrólisis de Tripsina
enlaces peptídicos no Arg, Lys
Enzimas terminales)
Proteolíticas Exopeptidasas
(Provocan la hidrólisis de Carboxipeptidasas
enlaces peptídico del Sin especificidad
residuo terminal)
 O O
Carboxipeptidasa
-
etc. NH CH C NH CH C NH CH COO
H2O
R´´ R´ R
O O
+ - -
H3N CH COO + etc. NH CH C NH CH C O
R R´´ R´
Aminoácido C-terminal Resto de la cadena

 Hidrólisis parcial.

La hidrólisis parcial de un péptido da como resultado una mezcla de fragmentos. Esta

hidrólisis se puede lograr por vía química con un ácido diluido o por vía enzimática,
utilizando enzimas endopeptidasas.

El glutatión es un tripéptido que se encuentra en la mayoría de las células. Cuando se

trata con 2,4-dinitrofluorbenceno y se somete a una hidrólisis ácida, da el 2,4-
dinitrofenil derivado del ácido glutámico, glicina y cisteina, y cuando se realiza una
hidrólisis enzimática con una carboxipeptidasa, se obtiene glicina y el dipéptido
restante.

Con esta información, se deduce que el glutatión es la glutamil cisteinil glicina (Glu-
Cys-Gly).

O O
+ -
H3N CH C NH CH C NH CH2 COO
COOH CH2
SH
Glutamil cisteinil glicina (Glu-Cys-Gly)
Glutatión

 Ruptura de los puentes o enlaces disulfuro.

Otro paso importante en la determinación de la estructura consiste en romper los enlaces

disulfuro que unen cadenas en el péptido.

Los enlaces disulfuro se rompen fácilmente por reducción de la cistina (Cys-Cys) a

cisteina (Cys), pero como la cisteina tiene una fuerte tendencia a unirse nuevamente, es
mucho mejor la oxidación pues, además de romper el enlace disulfuro, el tiol se oxida y
no puede enlazarse nuevamente.
 O O
NH CH C NH CH C
CH2 O CH2
S H C O OH SO3H
S (Acido peroxifórmico) SO3H
CH2 CH2
NH CH C NH CH C
O O
Enlace disulfuro Acido cisteico

La Oxitocina es una hormona de naturaleza peptídica segregada por la glándula

pituitaria que causa las contracciones del útero en el proceso del parto. La secuencia de
la oxitocina fue determinada por el investigador francés V du Vigreaud (Premio Nobel
de 1955).

- El peso molecular de la oxiticina es de 1000 unidades.

- Después de una hidrólisis total, se identificaron cantidades equimoleculares
de cistina, glicina, leucina, isoleucina, prolina, ácido aspártico, ácido
glutámico y tirosina, observándose el desprendimiento de 3 moles de
amoníaco.
- Después de una hidrólisis enzimática con una carboxipeptidasa se identificó
la glicilamida como aminoácido terminal.
- La hidrólisis parcial permitió identificar losfragmentos:

1) Asp-Cys 4) Leu-Gly
2) Cys-Tyr 5) Tyr-Ile-Glu
3) Ile-Glu 6) Cys-Pro-Leu

Con estos datos, se pudo deducir que un fragmento de la cadena es Cys-Tyr-Ile-Glu y

otro Cys-Pro-Leu-Gly y además, como hay un puente disulfuro Cys-Cys , la glicina es
C-terminal en forma de amida y hay Asp-Cys. Y como se desprendieron 3 moles de
amoníaco, además de la glicina, el ácido aspártico y el glutámico estarán también en
forma de amida.
 OXITOCINA
Cys-Tyr-Ile-Glu(NH 2)-Asp(NH2)-Cys-Pro-Leu-Gly(NH 2)

Puente de azufre

OH
Tyr Leu
Glu(NH 2)Asp(NH 2) O CH2CH(CH3)2
Ile
O C NHCHCNHCH2CNH2
H3C CH2CH3
O CH2 CH O CH2CNH2 O O O
+
H3N CHCNHCHCNHCHCNHCHCNHCHCNHCH C N Gly(NH 2)
CH2 O O CH2CNH2 O CH2
Pro
O
Cys Cys
S S

Utilizando estos métodos, en 1954 el investigador inglés Frederick Sanger determinó la

secuencia de la Insulina, pequeña hormona de naturaleza peptídica que regula el
metabolismo de los carbohidratos y está constituida por 51 aminoácidos, distribuidos en
dos cadenas unidas por un enlace disulfuro.

Síntesis de péptidos.

Una vez determinada la secuencia de los aminoácidos en una cadena peptídica, el reto
mayor lo constituye la síntesis del péptido que si bien es difícil, no es imposible.

Uno de los primeros métodos para la síntesis de péptidos fue elaborado por Emil
Fischer (1901-1903), logrando sintetizar un octapéptido.

Todos los métodos desarrollados hasta el presente se basan en el hecho de que los
ácidos reaccionan con las aminas para formar amidas. De la misma forma, el grupo
amino de un aminoácido puede reaccionar con el grupo carboxilo de otro aminoácido
para formar un dipéptido.
 O
R COOH + H2N R´ R C NH R´ + H2O
Amida
O
+ - + - + -
H3N CH COO + H3N CH COO H3N CH C NH CH COO
R R´ R R´
Aminoácido A Aminoácido B Dipéptido A-B

Sin embargo, la reacción descrita puede ocurrir a la inversa también y obtenerse B-A,
además de que la presencia de otros grupos reactivos en las cadenas laterales de los
aminoácidos, puede provocar otras reacciones colaterales.

Para evitar las reacciones no deseadas, se debe “bloquear” o “proteger” los grupos
reactivos que no intervendrán en la formación del enlace peptídico, como el otro grupo
carboxílico, el otro grupo amino y los otros grupos amino, carboxilo, tiol, hidroxilo,
etc., que encuentren en la cadena lateral.

Grupos a proteger
R R´
+ - -
H3N CH COO + H3N CH COO

Aminoácido A Aminoácido B

El “bloqueo” o “protección” de un grupo se realiza mediante una reacción que forme un

derivado que después sea fácil de eliminar.

 Agente protectores del grupo N-terminal.

Como agentes bloqueadores o protectores existen una amplia variedad, los más
utilizados para bloquear el N-Terminal es el cloroformiato de fenilo y la
terbutoxicarbonilazida.

O
Catalizador
CO + Cl2 Cl C Cl
200°C
Cloruro de carbonilo
(Fosgeno)
O O
Cl C Cl + CH2OH CH2 O C Cl

Cloruro de carbonilo Cloroformiato de fenilo

(Fosgeno)

El cloroformiato de fenilo reacciona con los aminoácidos para formar el

carbobenzoxiderivado.
 O O
-
CH2 O C Cl + H2N CH COO CH 2 O C NH CH COO-
R R
Clorof ormiato de f enilo Carbobenzoxideriv ado del aminoácido

La terbutoxicarbonilazida (carboterbutoxiazida) reacciona de forma similar con los

aminoácidos.

O
-
(CH3)3C O C N3 + H2N CH COO
R O
Terbutoxicarbonilazida
-
(CH3)3C O C NH CH COO
R
Terbutoxicarbonil derivado
del aminoácido

 Activación del grupo C-terminal.

Tanto con el cloroformiato de fenilo como con la terbutoxicarbonilazida el aminoácido

queda con el grupo N-terminal protegido, pero para realizar la reacción con el otro
aminoácido es conveniente incrementar la reactividad del grupo carboxilo. Para ello, el
derivado con el N-terminal protegido se puede tratar con cloruro de tionilo y formar el
cloruro de ácido del derivado.

O
- SOCl2
CH2 O C NH CH COO
R O O
CH2 O C NH CH C Cl
R
Cloruro de ácido del carbobenzoxiderivado

O SOCl2 O O
-
(CH3)3C O C NH CH COO (CH3)3C O C NH CH C Cl
R R
Terbutoxicarbonil derivado Cloruro de ácido del terbutoxicarbonil
del aminoácido derivado

 Ejecución de la síntesis.

Una vez protegidos los grupos reactivos y activado el grupo carboxilo, se procede a
realizar la síntesis. La síntesis comtemplará 4 pasos: Protección, Activación, Formación
del dipéptido y Desprotección.
 a) Protección
O
CH2 O C Cl + H2N CH COO- O
R
CH2 O C NH CH COO-
R

b) Activación
O
SOCl2
CH2 O C NH CH COO-
O
R
CH2 O C NH CH COCl
c) Formación del dipéptido CH3 R
O
H2N CH COO-
CH2 O C NH CH COCl
R O O CH3
CH2 O C NH CH C NH CH COO-
R
d) Desprotección
O O CH3
H2/Pd
CH2 O C NH CH C NH CH COO-
R O CH3
H3N CH2 C NH CH COO-

Glicil alanina

 Síntesis en fase sólida.

En 1962 el inglés R. Bruce Merrifield reportó un método para la síntesis de péptidos

utilizando el polímero sintético poliestireno clorometilado, denominándola Síntesis en
Fase Sólida.
 H H
C C
H

Estireno

CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2

CH CH CH CH CH CH

CH2 CH2 CH2

Cl Cl Cl
Poliestireno clorometilado

El aminoácido con el grupo N-terminal y todos los demás grupos reactivos protegidos,
excepto el grupo carboxilo, reaccionará con el polímero mediante una sustitución
nucleofílica.

-
CH2 Cl + OOC CH NH P
R O
CH2 O C CH NH P
R
El grupo protector se elimina lavando el polímero con solución acuosa diluida de ácido
clorhídrico o ácido acético y se vuelve a lavar con abundante agua para eliminar los
restos de ácido.

O +
H /H2O
CH2 O C CH NH P
O
R
CH2 O C CH NH2
R

El segundo aminoácido con el grupo N-terminal y los demás grupos reactivos

protegidos, excepto el grupo carboxilo, se hace reaccionar con la N,N´-
diciclohexilcarbodiimida para activar el grupo carboxilo y después se hace reaccionar
con el aminoácido ya unido al polímero.
 N O N O
-
C + O C CH NH P C O C CH NH P
N R´ NH R´
Derivado activado
N.N´-diciclohexilcarbodiimida
O N O
CH2 O C CH NH2 + C O C CH NH P
R NH R´

NH O O
C O + CH2 O C CH NH C CH NH P
NH R R´

Se elimina la protección y se repite el proceso hasta completar el péptido deseado. Al

final, se libera el péptido del polímero con solución de ácido bromhídrico o trifluor
acético.

O O +
H /H2O
CH2 O C CH NH C CH NH P
R R´
O O
+ HBr
CH2 O C CH NH C CH NH3
R R´

O
+ -
H3N CH C NH CH COO
R´ R
Dipéptido

Con este método Merrifield sintetizó la bradiquinina, un nonapéptido presente en la

sangre y que regula la presión sanguínea.

Unos años más tarde Merrifield automatizó este método y con la colaboración de Bern
Gutte sintetizó la ribonucleasa, realizando 369 reacciones para sintetizar la secuencia de
124 aminoácidos.