Péptidos y Proteínas
Módulo 2

Enlace Peptídico, Funciones y Niveles Estructurales

Bioquímica General | Nivel: Intermedio | Horas 3-4

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MÓDULO 2

Contenidos

2.4 Enlace Peptídico

  • Reacción de condensación
  • Carácter parcial de doble enlace
  • Planaridad y rigidez
  • Resonancia y estabilidad
  • Extremos N y C-terminal

2.5 Funciones Fisiológicas

  • Estructural
  • Enzimática (catálisis)
  • Hormonal y defensiva
  • Transporte y reserva
  • Reguladora, contráctil, homeostática

2.5 Estructura de Proteínas

  • Primaria: secuencia de aminoácidos
  • Secundaria: α-hélice, hoja β, giros, hélice de colágeno
  • Terciaria: plegamiento 3D, proteínas fibrosas vs globulares, fuerzas estabilizadoras
  • Cuaternaria: oligómeros, subunidades
2.4 — ENLACE PEPTÍDICO

Formación de Polipéptidos

Los aminoácidos se unen linealmente mediante enlaces peptídicos para formar cadenas polipeptídicas.

🔗 Reacción de condensación

El enlace peptídico se forma por la reacción entre el grupo carboxilo (−COOH) de un aminoácido y el grupo amino (−NH₂) del siguiente aminoácido.

R₁−CH(NH₂)−COOH + H−NH−CH(R₂)−COOH
↓ (+ activación por ATP)
R₁−CH(NH₂)−CO−NH−CH(R₂)−COOH + H₂O

✅ Características

  • Es una reacción de síntesis (vía deshidratación)
  • Se libera una molécula de agua
  • Requiere activación del grupo carboxilo (por ATP in vivo)
  • El producto es un enlace amida (−CO−NH−)

🔄 Reacción inversa: hidrólisis

El enlace peptídico puede romperse por hidrólisis (adición de agua):

−CO−NH− + H₂O → −COOH + H₂N−

Catalizada por enzimas proteolíticas (tripsina, pepsina, etc.)

2.4 — ENLACE PEPTÍDICO

Nomenclatura de Péptidos

Según el número de aminoácidos unidos:

Dipéptido

2 aminoácidos unidos por 1 enlace peptídico

Tripéptido

3 aminoácidos unidos por 2 enlaces peptídicos

Tetrapéptido

4 aminoácidos unidos por 3 enlaces peptídicos

Oligopéptido

Cadena corta (generalmente <10 aminoácidos)

Polipéptido

Cadena larga (10-100 aminoácidos)

Proteína

Cadena muy larga (>100 aminoácidos) o varios polipéptidos asociados

📌 Extremos de la cadena

• Extremo N-terminal: aminoácido con grupo amino libre (−NH₂)
• Extremo C-terminal: aminoácido con grupo carboxilo libre (−COOH)

✅ Convención de escritura

Las secuencias de péptidos siempre se escriben del extremo N-terminal al C-terminal (izquierda a derecha).
Ejemplo: Gly-Ala-Ser-Val significa que Gly es el N-terminal y Val es el C-terminal.

2.4 — ENLACE PEPTÍDICO

Estructura del Enlace Peptídico

El enlace peptídico (−C−N−) tiene características especiales debido a la resonancia.

⚡ Carácter parcial de doble enlace

El enlace C−N del enlace peptídico tiene aproximadamente 40% de carácter de doble enlace debido a la resonancia entre las formas:

−C(=O)−NH− ↔ −C(−O⁻)=NH⁺−

Consecuencias estructurales

  • Planaridad: los 6 átomos (C=O, N-H y los dos Cα) están en el mismo plano
  • Rigidez: rotación restringida alrededor del enlace C−N
  • Distancia C−N acortada: 1.32 Å (vs 1.49 Å en aminas)
  • Configuración trans preferida: los Cα están en lados opuestos

Implicaciones funcionales

  • Limita las conformaciones posibles de la cadena
  • Define la geometría local de la proteína
  • Solo permite rotación libre alrededor de los enlaces Cα−C y Cα−N
  • Importante para estructuras secundarias
📐 Geometría del enlace peptídico

• Longitud C−N: 1.32 Å
• Ángulo del enlace: ~123°
• Configuración: trans (>99% de los casos)
• Excepción: Pro puede adoptar configuración cis

2.4 — DIVERSIDAD

Diversidad de Proteínas

Tanto la secuencia como la longitud total diferencian una proteína de otra.

🔢 Cálculo combinatorio

Para un octapéptido (8 aminoácidos):
Número de secuencias posibles = 20⁸ = 25,600,000,000 (>25 mil millones)

Proteínas (20 aa)

• 20 aminoácidos diferentes naturales
• Secuencia define función
• Octapéptido: 20⁸ = 2.56 × 10¹⁰ posibilidades
• Diversidad enorme

Ácidos nucleicos (4 nucleótidos)

• 4 nucleótidos diferentes (A, T/U, G, C)
• Octámero: 4⁸ = 65,536 posibilidades
• Diversidad mucho menor

💡 Implicación biológica

La enorme diversidad de secuencias proteicas permite la especialización funcional. Cada proteína tiene una secuencia única optimizada para su función específica.

📝 Secuencia primaria

La secuencia de aminoácidos (estructura primaria) está codificada genéticamente en el ADN. Un cambio de un solo aminoácido puede alterar completamente la función de una proteína (ej: anemia falciforme).

2.5 — FUNCIONES

Funciones Fisiológicas de las Proteínas

Las proteínas son las moléculas más versátiles de los seres vivos. Determinan la forma y estructura de las células y dirigen casi todos los procesos vitales.

🎯 Principio común

Todas las proteínas realizan su función mediante unión selectiva a moléculas. La especificidad de unión determina la función.

🏗️ Estructural

Soporte y forma

⚗️ Enzimática

Catálisis

📡 Hormonal

Señalización

🛡️ Defensiva

Inmunidad

🚚 Transporte

Movimiento de moléculas

📦 Reserva

Almacenamiento

⚙️ Reguladora

Control de procesos

💪 Contráctil

Movimiento celular

⚖️ Homeostática

Balance pH y osmótico

2.5 — FUNCIONES

Función Estructural

Las proteínas estructurales forman tejidos de sostén y relleno que confieren elasticidad y resistencia a órganos y tejidos.

Colágeno

• Proteína más abundante en vertebrados (~30% del total)
• Tejido conjuntivo fibroso
• Tendones, ligamentos, piel, huesos
• Estructura de triple hélice
• Confiere resistencia mecánica

Queratina

• Tejido epitelial
• Cabello, uñas, plumas, cuernos
• Rica en cisteína (puentes disulfuro)
• Confiere dureza y protección
• Tipos α y β

📝 Otras proteínas estructurales

• Elastina: tejido conjuntivo elástico (arterias, ligamentos, pulmones)
• Reticulina: fibras reticulares en órganos linfoides
• Histonas: estructura de cromosomas, regulación génica
• Glucoproteínas de membrana: receptores, transporte

✅ Adaptación estructura-función

Las proteínas estructurales poseen mayor cantidad de aminoácidos rígidos (Pro, Val) y que establecen enlaces fuertes (Cys con puentes disulfuro) para dar dureza.

2.5 — FUNCIONES

Función Enzimática

Las enzimas son las proteínas más especializadas y numerosas. Actúan como biocatalizadores que aceleran las reacciones químicas del metabolismo.

⚡ Mecanismo enzimático

1. El sustrato se une al sitio activo de la enzima
2. La enzima estabiliza el estado de transición
3. Se reduce la energía de activación
4. La reacción se acelera varios órdenes de magnitud
5. El producto se libera y la enzima queda intacta

Características

  • Especificidad: transforman solo un sustrato o grupo funcional específico
  • Estereoespecificidad: distinguen entre enantiómeros
  • Eficiencia: aumentan velocidad 10⁶ - 10¹⁹ veces
  • Regulación: su actividad puede modularse

Nomenclatura

Generalmente terminan en "-asa":

  • Oxigenasas: transfieren O₂
  • Deshidrogenasas: transfieren H
  • Quinasas: transfieren fosfato (de ATP)
  • ADN polimerasa: sintetiza ADN
  • Proteasas: hidrolizan proteínas
💡 Ejemplo específico

Glucoquinasa: fosforila glucosa en C6 para formar glucosa-6-fosfato (primera etapa de glucólisis).

2.5 — FUNCIONES

Función Hormonal y Defensiva

Función hormonal

Algunas hormonas son de naturaleza proteica y regulan procesos metabólicos.

Insulina

• Hormona peptídica (51 aa, 2 cadenas)
• Secretada por células β del páncreas
• Regula niveles de glucosa en sangre
• Promueve captación celular de glucosa
• Estimula síntesis de glucógeno

Glucagón

• Hormona peptídica (29 aa)
• Secretada por células α del páncreas
• Antagonista de la insulina
• Aumenta glucosa en sangre
• Estimula glucogenólisis

📝 Otras hormonas proteicas

• Hormona del crecimiento (GH): crecimiento de tejidos y músculos
• Calcitonina: regula metabolismo del calcio
• ACTH, TSH, FSH, LH: hormonas de la hipófisis

Función defensiva

Anticuerpos (Inmunoglobulinas)

Reconocen y neutralizan antígenos específicos (patógenos, toxinas)

Otras proteínas defensivas

• Fibrinógeno/Trombina: coagulación
• Mucinas: protección de mucosas
• Toxinas bacterianas: defensa de bacterias

2.5 — FUNCIONES

Transporte, Reserva y Otras Funciones

Función de transporte

Hemoglobina

Transporta O₂ en la sangre de vertebrados (4 subunidades, grupo hemo)

Mioglobina

Almacena O₂ en músculos (1 subunidad, grupo hemo)

Hemocianina

Transporta O₂ en invertebrados (usa Cu en lugar de Fe)

Lipoproteínas

Transportan lípidos por la sangre (HDL, LDL, VLDL)

Función de reserva

📦 Almacenamiento de aminoácidos

• Ovoalbúmina: clara de huevo (reserva para embrión)
• Lactoalbúmina: leche (nutrición del lactante)
• Gliadina: trigo (reserva para germinación)
• Hordeína: cebada

Función reguladora, contráctil y homeostática

Reguladora

• Ciclina (división celular)
• Factores de transcripción

Contráctil

• Actina y miosina (contracción muscular)
• Dineína (movimiento de cilios)

Homeostática

Mantienen pH y equilibrio osmótico como amortiguadores

2.5 — ESTRUCTURA

Estructura Primaria

La estructura primaria es la secuencia lineal de aminoácidos en la cadena polipeptídica.

📌 Definición

Está determinada por el número de aminoácidos presentes y el orden en que están enlazados mediante enlaces peptídicos.

Características

  • Codificada genéticamente en el ADN
  • Especificada por el código genético
  • Enlaces covalentes (enlaces peptídicos)
  • Unidad repetitiva: (−NH−Cα−CO−)
  • Cadena principal + cadenas laterales (R)

Importancia

  • Determina la función de la proteína
  • Determina el plegamiento (estructura 3D)
  • Esencial para entender enfermedades genéticas
  • Un cambio puede alterar completamente la función
⚠️ Enfermedades genéticas

Anemia falciforme: mutación Glu → Val en posición 6 de la β-globina
Este único cambio causa deformación de eritrocitos y graves problemas de salud.

✅ Posibilidades ilimitadas

Para una proteína de n aminoácidos: 20ⁿ secuencias posibles.
Ejemplo: proteína de 100 aa → 20¹⁰⁰ ≈ 10¹³⁰ posibilidades (más que átomos en el universo).

2.5 — ESTRUCTURA

Estructura Secundaria

La estructura secundaria es el plegamiento regular y local que adopta la cadena polipeptídica debido a la formación de puentes de hidrógeno entre átomos del enlace peptídico.

🔗 Puentes de hidrógeno

Se establecen entre:
• Grupo −C=O (aceptor de H)
• Grupo −NH− (donador de H)

Tipos principales

  • α-hélice — enrollamiento helicoidal
  • Hoja β (β-plegada) — conformación extendida
  • Giros β — cambios de dirección
  • Hélice de colágeno — caso especial

Características

  • Conformaciones de mínima energía
  • Estabilizadas por puentes de H (no covalentes)
  • Periódicas y regulares
  • No involucran cadenas laterales (solo esqueleto)
💡 Nota importante

La estructura secundaria solo involucra interacciones entre átomos de la cadena principal (esqueleto), no las cadenas laterales R (excepto Pro que restringe conformación).

2.5 — ESTRUCTURA SECUNDARIA

α-Hélice

La cadena polipeptídica se enrolla en espiral sobre sí misma debido a giros producidos en el carbono-α.

✅ Características de la α-hélice

• Cada vuelta de hélice: 3.6 aminoácidos
• Paso de rosca: 0.54 nm (5.4 Å)
• Puente de H entre aa en posición n y aa en posición n+4
• Configuración: generalmente dextrógira (mano derecha)
• Cadenas laterales R apuntan hacia fuera de la hélice

Estabilización

Cada enlace peptídico participa en dos puentes de H:

  • −CO de aa(n) con −NH de aa(n+4)
  • −NH de aa(n) con −CO de aa(n-4)

Esto maximiza la estabilidad.

Aminoácidos compatibles

Puede albergar cualquier aminoácido, excepto:

  • Prolina: su Cα integrado en heterociclo no permite rotación libre
  • Lys, Glu (a ciertos pH): repulsiones electrostáticas desestabilizan
📐 Geometría

• Ángulo φ (phi) ≈ −60°
• Ángulo ψ (psi) ≈ −45 a −50°
• Estructura muy compacta y estable

2.5 — ESTRUCTURA SECUNDARIA

Hoja β (β-plegada)

La cadena principal se estira al máximo, adoptando una configuración espacial extendida llamada estructura β.

📏 Conformación β

• Cadena polipeptídica extendida (casi lineal)
• Cadenas laterales R alternan arriba y abajo del plano
• Se representa como una flecha en diagramas
• Varias hebras β se asocian formando hojas plegadas

Hoja β paralela

• Las hebras β tienen el mismo sentido (N→C en misma dirección)
• Puentes de H menos lineales
• Menos estable que antiparalela

Hoja β antiparalela

• Las hebras β tienen sentidos opuestos
• Puentes de H más lineales y fuertes
• Más estable
• Más común en proteínas

✅ Estabilización

Los puentes de hidrógeno se forman entre diferentes hebras β (interacciones intercatenarias), no dentro de la misma hebra como en α-hélice.

💡 Ejemplos

• Fibroína de la seda: estructura β antiparalela le da resistencia y flexibilidad
• Inmunoglobulinas: dominios β abundantes

2.5 — ESTRUCTURA SECUNDARIA

Giros β y Hélice de Colágeno

Giros β (β-turns)

Secuencias cortas que conectan segmentos de α-hélice o hoja β, imponiendo un giro brusco de 180° a la cadena.

Características

  • Involucran típicamente 4 aminoácidos
  • Puente de H entre residuos 1 y 4
  • Permiten que la cadena cambie de dirección

Aminoácidos frecuentes

Gly, Asn, Pro son comunes en giros β porque:

  • Se acomodan mal en α o β
  • Pro introduce quiebres
  • Gly es muy flexible

Hélice de colágeno

🔬 Estructura especial del colágeno

• Secuencia repetitiva: (Gly-Pro-X)ₙ o (Gly-X-Hyp)ₙ
• Cada cadena forma una hélice levógira (izquierda)
• Tres hélices levógiras se enrollan formando una superhélice dextrógira
• Gly (sin cadena lateral) permite proximidad entre hélices
• Pro y Hyp (hidroxiprolina) estabilizan la estructura
• Muy rígida → función estructural

2.5 — ESTRUCTURA

Estructura Terciaria

La estructura terciaria es la disposición tridimensional de todos los átomos que componen la proteína. Es la conformación absoluta de la proteína.

🎯 Importancia

La estructura terciaria es responsable directa de las propiedades biológicas de la proteína, ya que la disposición espacial de los grupos funcionales determina su interacción con ligandos.

Proteínas fibrosas

• Una dimensión >> otras dos
• Forma alargada (hebra, fibra)
• Función principalmente estructural
• Ejemplos: colágeno, queratina, fibroína
• Insolubles en agua
• Resistentes mecánicamente

Proteínas globulares

• Forma aproximadamente esférica
• No hay dimensión predominante
• Función dinámica (enzimas, transporte, etc.)
• Ejemplos: hemoglobina, enzimas, anticuerpos
• Solubles en agua
• Centro hidrofóbico, superficie polar

✅ Organización en proteínas globulares

• Cadenas laterales apolares → interior (núcleo hidrofóbico)
• Cadenas laterales polares → superficie (contacto con agua)
• Sucesión de: α-hélice, hoja β, giros, regiones al azar

2.5 — ESTRUCTURA TERCIARIA

Fuerzas Estabilizadoras

La estructura terciaria se mantiene por interacciones entre las cadenas laterales de los aminoácidos.

Enlaces covalentes

Puentes disulfuro (−S−S−)

• Entre dos residuos de cisteína
• Enlace covalente fuerte
• Aporta gran estabilidad
• Común en proteínas extracelulares

Enlaces amida

• Entre −COOH de Asp/Glu y −NH₂ de Lys
• Menos frecuentes
• Contribuyen a estabilidad

Enlaces no covalentes

Tipo de interacción Descripción Fuerza relativa
Fuerzas electrostáticas Entre cadenas ionizadas con cargas opuestas (Lys⁺ con Asp⁻) Media
Puentes de hidrógeno Entre cadenas laterales polares (Ser-OH con Asn-NH₂) Media
Interacciones hidrofóbicas Entre cadenas apolares en el núcleo (Leu, Val, Phe) Más importante
Fuerzas de van der Waals Dipolo-dipolo entre grupos próximos Débil (individualmente)
✅ Contribución relativa

Las interacciones hidrofóbicas son las más importantes porque exigen gran proximidad entre grupos apolares, colapsando el centro de la proteína.

2.5 — ESTRUCTURA TERCIARIA

Dominios Proteicos

Existen regiones diferenciadas dentro de la estructura terciaria que actúan como unidades autónomas de plegamiento.

📌 Definición de dominio

Un dominio es una región de la proteína que:
• Se pliega de forma independiente
• Tiene estructura y función semi-autónoma
• Puede conservarse evolutivamente en diferentes proteínas
• Representa un nivel estructural intermedio entre estructura 2ª y 3ª

Características

  • Típicamente 40-350 aminoácidos
  • Se pliegan durante la síntesis de la cadena
  • Pueden tener función específica
  • Conectados por regiones flexibles

Ejemplos

• Inmunoglobulinas: múltiples dominios β
• Kinasas: dominio catalítico + dominio regulador
• Receptores: dominio extracelular + transmembrana + intracelular

✅ Ventaja evolutiva

Los dominios pueden mezclarse y combinarse (shuffling de dominios) para crear nuevas proteínas con funciones combinadas.

2.5 — ESTRUCTURA

Estructura Cuaternaria

Cuando una proteína consta de más de una cadena polipeptídica (proteína oligomérica), decimos que tiene estructura cuaternaria.

📌 Elementos de la estructura cuaternaria

1. Número y naturaleza de las subunidades o monómeros
2. Forma de asociación espacial para formar el oligómero

Nomenclatura

  • Monómero: una subunidad
  • Dímero: dos subunidades
  • Tetrámero: cuatro subunidades
  • Oligómero: varias subunidades
  • Homodímero: subunidades iguales
  • Heterodímero: subunidades diferentes

Estabilización

Interacciones no covalentes principalmente:

  • Puentes de hidrógeno
  • Interacciones hidrofóbicas
  • Puentes salinos
  • Ocasionalmente: puentes disulfuro (inmunoglobulinas)
✅ Ejemplo: Hemoglobina

• Tetrámero: 2 subunidades α + 2 subunidades β (α₂β₂)
• Cada subunidad tiene un grupo hemo (transporta O₂)
• Cooperatividad entre subunidades (alosterismo)
• Estructura cuaternaria esencial para su función

2.5 — ESTRUCTURA CUATERNARIA

Tipos de Asociación en Oligómeros

Proteínas fibrosas

🧵 Asociación de hebras

• Miosina, tropomiosina: 2 hebras α en fibra levógira
• α-queratina, fibrinógeno: 3 hebras en fibra levógira
• Colágeno: 3 hélices levógiras forman superhélice dextrógira
• Fibroína (seda): varias hebras β antiparalelas

Proteínas globulares

Tipo de subunidades Características Ejemplo
Exactamente iguales Homomultímero, misma secuencia Fosfoglucoisomerasa, hexoquinasa
Muy parecidas Isoformas con función similar Lactato deshidrogenasa (LDH)
Diferentes, misma función Heteromultímero con función común Hemoglobina (α₂β₂)
Estructural y funcionalmente distintas Forman unidad funcional compleja Aspartato transcarbamilasa (6 catalíticas + 6 reguladoras)
💡 Importancia funcional

La estructura cuaternaria modula la actividad biológica. La separación de subunidades a menudo conduce a la pérdida de funcionalidad.

🎯 EJERCICIO 1

Práctica: Enlace Peptídico y Funciones

📝 Instrucciones

Selecciona la respuesta correcta para cada pregunta.

🎯 EJERCICIO 2

Práctica: Estructura de Proteínas

📝 Instrucciones

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RESUMEN MÓDULO 2

Puntos Clave

Enlace Peptídico

  • Reacción de condensación (libera H₂O)
  • Carácter parcial de doble enlace (40%)
  • Planaridad y rigidez
  • Configuración trans preferida
  • Extremos N y C-terminal

Funciones

  • Estructural (colágeno, queratina)
  • Enzimática (catálisis)
  • Hormonal (insulina, glucagón)
  • Defensiva (anticuerpos)
  • Transporte (hemoglobina)
  • Otras: reserva, reguladora, contráctil, homeostática

Estructura 1ª y 2ª

Primaria: secuencia de aa (enlaces peptídicos covalentes)

Secundaria: plegamiento local (puentes H)

  • α-hélice (3.6 aa/vuelta)
  • Hoja β (paralela/antiparalela)
  • Giros β, hélice de colágeno

Estructura 3ª y 4ª

Terciaria: plegamiento 3D completo

  • Fibrosas vs globulares
  • Fuerzas: puentes disulfuro, hidrofóbicas, electrostáticas, puentes H
  • Dominios

Cuaternaria: asociación de subunidades (oligómeros)

Fin del Módulo 2

Próximo: Módulo 3 — Desnaturalización, Purificación y Aplicaciones

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