Los aminoácidos son compuestos orgánicos que sirven como componentes básicos de las proteínas. Cada aminoácido contiene un grupo amino, un grupo carboxilo, un átomo de hidrógeno y una cadena lateral única (grupo R) unida a un carbono alfa central. El código genético codifica veinte aminoácidos estándar.
Clasificación por propiedades de cadena lateral
Aminoácidos hidrofóbicos no polares
Estos aminoácidos tienen cadenas laterales que son hidrófobas y tienden a agruparse en el interior de las proteínas. Incluyen glicina, alanina, valina, leucina, isoleucina, metionina, prolina, fenilalanina y triptófano. La prolina es única porque su cadena lateral forma un anillo con el grupo amino.
Aminoácidos polares sin carga
Estos aminoácidos tienen cadenas laterales que pueden formar enlaces de hidrógeno con el agua. Incluyen serina, treonina, cisteína, tirosina, asparagina y glutamina. La cisteína puede formar enlaces disulfuro que estabilizan la estructura de las proteínas.
Aminoácidos (básicos) cargados positivamente
Estos aminoácidos tienen cadenas laterales que están cargadas positivamente a pH fisiológico. Incluyen lisina, arginina e histidina. La histidina tiene un pKa cercano al pH fisiológico, lo que le permite actuar como donador o aceptor de protones en sitios activos de enzimas.
Aminoácidos cargados negativamente (ácidos)
Estos aminoácidos tienen cadenas laterales que están cargadas negativamente a pH fisiológico. Incluyen ácido aspártico y ácido glutámico. Sus grupos carboxilo suelen estar implicados en puentes salinos y en la unión de metales.
Propiedades especiales
Punto isoeléctrico
Cada aminoácido tiene un punto isoeléctrico (pI) característico: el pH al que no lleva carga neta. A valores de pH inferiores al pI, el aminoácido está cargado positivamente; por encima del pI, tiene carga negativa.
Actividad óptica
Todos los aminoácidos estándar, excepto la glicina, son quirales y existen como enantiómeros L y D. El ribosoma sólo incorpora los L-aminoácidos a las proteínas.
Relevancia práctica de las propiedades de los aminoácidos en el trabajo con proteínas
El punto isoeléctrico (pI) de cada aminoácido determina la carga neta de una proteína a un pH determinado y gobierna los métodos de separación basados en la carga, como la cromatografía de intercambio iónico y la [electroforesis de zona capilar] (/guías/electroforesis de zona capilar) (CZE), donde las proteínas y los péptidos migran a diferentes velocidades según su relación carga-tamaño. Elija una columna de intercambio catiónico (resina cargada negativamente) cuando el pI de la proteína objetivo esté por encima del pH del tampón (proteína neta positiva), o una columna de intercambio aniónico cuando el pI esté por debajo del pH del tampón (proteína neta negativa). Por ejemplo, si una proteína tiene pI 5,5, utilice intercambio aniónico a pH 8,0 para unir la proteína cargada negativamente. La hidrofobicidad de las cadenas laterales de los aminoácidos impulsa la separación por HPLC en fase inversa: las columnas C18 retienen los residuos no polares con más fuerza, por lo que el orden de elución se correlaciona con el índice de hidrofobicidad (escala de Kyte-Doolittle). La leucina y la isoleucina tienen la mayor hidrofobicidad, mientras que la arginina y la lisina son las más hidrofílicas. Las modificaciones postraduccionales (PTM) alteran las propiedades de aminoácidos específicos. La fosforilación de serina, treonina o tirosina agrega carga negativa y se detecta mediante desplazamiento de masa (+80 Da) o anticuerpos antifosfo en la transferencia Western. La glicosilación de asparagina (unida a N) o serina/treonina (unida a O) aumenta el peso molecular y la hidrofilia, lo que puede aprovecharse para la purificación mediante cromatografía de afinidad con lectinas. La ubiquitinación se dirige a los residuos de lisina y marca las proteínas para su degradación proteasomal, detectada mediante un cambio de masa de 8,5 kDa por molécula de ubiquitina. Se forman enlaces peptídicos entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino de otro, liberando agua; esta reacción de condensación es catalizada por el ribosoma durante la traducción y requiere energía GTP.
Aplicación del mundo real
La insulina humana recombinante se produce en E. coli como una proteína de fusión. Después de la purificación mediante cromatografía de intercambio iónico que explota el pI de la insulina (5.3), la proteína se repliega y se permite que se formen los enlaces disulfuro entre los residuos de cisteína (CysA6-CysA11, CysA7-CysB7, CysA20-CysB19) mediante oxidación controlada. La insulina correctamente plegada se separa de las formas mal plegadas mediante HPLC de fase inversa basándose en diferencias en la hidrofobicidad de la superficie.
