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2.2: Estructura y función del amplificador - Aminoácidos - Biología

2.2: Estructura y función del amplificador - Aminoácidos - Biología



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Fuente: BiochemFFA_2_1.pdf. El libro de texto completo está disponible de forma gratuita a través de los autores en http://biochem.science.oregonstate.edu/content/biochemistry-free-and-easy

Todas las proteínas de la faz de la tierra están formadas por los mismos 20 aminoácidos. Unidos en largas cadenas llamadas polipéptidos, los aminoácidos son los componentes básicos de la gran variedad de proteínas que se encuentran en todas las células vivas.

"Es una de las generalizaciones más llamativas de la bioquímica ... que los veinte aminoácidos y las cuatro bases son, con pequeñas reservas, iguales en toda la naturaleza". - Francis Crick

Todos los aminoácidos tienen la misma estructura básica, que se muestra en la Figura 2.1. En el "centro" de cada aminoácido hay un carbono llamado carbono α y unidos a él hay cuatro grupos: un hidrógeno, un grupo α-carboxilo, un grupo α-amina y un grupo R, a veces denominado cadena lateral. Los grupos de carbono α, carboxilo y amino son comunes a todos los aminoácidos, por lo que el grupo R es la única característica única en cada aminoácido. (Una excepción menor a esta estructura es la de la prolina, en la que el extremo del grupo R está unido a la α-amina). Con la excepción de la glicina, que tiene un grupo R que consiste en un átomo de hidrógeno, todos los aminoácidos de las proteínas tienen cuatro grupos diferentes unidos a ellos y, en consecuencia, pueden existir en dos formas de imagen especular, L y D. Con muy pocas excepciones, cada aminoácido que se encuentra en las células y en las proteínas está en la configuración L.

Hay 22 aminoácidos que se encuentran en las proteínas y de estos, solo 20 están especificados por el código genético universal. Los otros, selenocisteína y pirrolisina, utilizan ARNt que pueden emparejarse con codones de parada en el ARNm durante la traducción. Cuando esto sucede, estos aminoácidos inusuales se pueden incorporar a las proteínas. Las enzimas que contienen selenocisteína, por ejemplo, incluyen glutatión peroxidasas, tetrayodotironina 5 'desyodasas, tiorredoxina reductasas, formiato deshidrogenasas, glicina reductasas y selenofosfato sintetasa. Las proteínas que contienen pirrolisina son mucho más raras y se limitan principalmente a las arqueas.

Esencial y no esencial

Los nutricionistas dividen los aminoácidos en dos grupos: aminoácidos esenciales (deben estar en la dieta porque las células no pueden sintetizarlos) y aminoácidos no esenciales (pueden ser producidos por las células). Esta clasificación de aminoácidos tiene poco que ver con la estructura de los aminoácidos. Los aminoácidos esenciales varían considerablemente de un organismo a otro e incluso difieren en los humanos, según se trate de adultos o niños. La Tabla 2.1 muestra los aminoácidos esenciales y no esenciales en humanos.

Algunos aminoácidos que normalmente no son esenciales, pueden necesitar ser obtenidos de la dieta en ciertos casos. Las personas que no sintetizan cantidades suficientes de arginina, cisteína, glutamina, prolina, selenocisteína, serina y tirosina, debido a una enfermedad, por ejemplo, pueden necesitar suplementos dietéticos que contengan estos aminoácidos.

Tabla 2.1 - Aminoácidos esenciales y no esenciales

Aminoácidos no proteicos

También hay α-aminoácidos que se encuentran en las células que no se incorporan a las proteínas. Los más comunes incluyen ornitina y citrulina. Ambos compuestos son intermedios en el ciclo de la urea. La ornitina es un precursor metabólico de la arginina y la citrulina puede producirse mediante la descomposición de la arginina. La última reacción produce óxido nítrico, una importante molécula de señalización. La citrulina es el subproducto metabólico. A veces se utiliza como suplemento dietético para reducir la fatiga muscular.

Química del grupo R

Tabla 2.2 - Categorías de aminoácidos (según las propiedades del grupo R)

Separamos los aminoácidos en categorías basadas en la química de sus grupos R. Si compara agrupaciones de aminoácidos en diferentes libros de texto, verá diferentes nombres para las categorías y (a veces) el mismo aminoácido se clasifica de manera diferente por diferentes autores. De hecho, clasificamos la tirosina como un aminoácido aromático y como un hidroxil aminoácido. Es útil clasificar los aminoácidos en función de sus grupos R, porque son estas cadenas laterales las que dan a cada aminoácido sus propiedades características. Por tanto, se puede esperar que los aminoácidos con grupos laterales (químicamente) similares funcionen de formas similares, por ejemplo, durante el plegamiento de proteínas.

Aminoácidos no polares

  • La alanina (Ala / A) es uno de los aminoácidos más abundantes que se encuentran en las proteínas, ocupando el segundo lugar después de la leucina en ocurrencia. Una forma D del aminoácido también se encuentra en las paredes de las células bacterianas. La alanina no es esencial y se sintetiza fácilmente a partir del piruvato. Está codificado por GCU, GCC, GCA y GCG.
  • La glicina (Gly / G) es el aminoácido con la cadena lateral más corta, que tiene un grupo R consistente solo con un solo hidrógeno. Como resultado, la glicina es el único aminoácido que no es quiral. Su pequeña cadena lateral le permite adaptarse fácilmente a entornos hidrofóbicos e hidrofílicos.
  • La glicina se especifica en el código genético por GGU, GGC, GGA y GGG. No es esencial para los humanos.
  • Isoleucina (Ile / I) es un aminoácido esencial codificado por AUU, AUC y AUA. Tiene una cadena lateral hidrófoba y también es quiral en su cadena lateral.
  • La leucina (Leu / L) es un aminoácido de cadena ramificada que es hidrófobo y esencial. La leucina es el único aminoácido de la dieta que estimula directamente la síntesis de proteínas en el músculo, pero se debe tener precaución, ya que 1) hay estudios contradictorios y 2) la toxicidad de la leucina es peligrosa, lo que da como resultado "las cuatro D": diarrea, dermatitis, demencia y muerte. La leucina está codificada por seis codones: UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG.
  • La metionina (Met / M) es un aminoácido esencial que es uno de los dos aminoácidos que contienen azufre; la cisteína es el otro. La metionina no es polar y está codificada únicamente por el codón AUG. Es el aminoácido “iniciador” en la síntesis de proteínas, siendo el primero que se incorpora a las cadenas proteicas. En las células procariotas, se formila la primera metionina de una proteína.
  • La prolina (Pro / P) es el único aminoácido que se encuentra en las proteínas con un grupo R que se une a su propio grupo α-amino, formando una amina secundaria y un anillo. La prolina es un aminoácido no esencial y está codificado por CCU, CCC, CCA y CCG. Es el menos flexible de los aminoácidos proteicos y, por lo tanto, proporciona rigidez conformacional cuando está presente en una proteína. La presencia de prolina en una proteína afecta su estructura secundaria. Es un disruptor de hélices α y hebras β. La prolina a menudo se hidroxila en el colágeno (la reacción requiere vitamina C, ascorbato) y esto tiene el efecto de aumentar la estabilidad conformacional de la proteína. La hidroxilación de prolina del factor inducible por hipoxia (HIF) sirve como sensor de los niveles de oxígeno y se dirige al HIF para su destrucción cuando el oxígeno es abundante.
  • La valina (Val / V) es un aminoácido no polar esencial sintetizado en plantas. Es digno de mención en la hemoglobina, ya que cuando reemplaza al ácido glutámico en la posición número seis, hace que la hemoglobina se agregue de manera anormal en condiciones de bajo oxígeno, lo que resulta en la anemia de células falciformes. La valina está codificada en el código genético por GUU, GUC, GUA y GUG.

Aminoácidos carboxílicos

  • El ácido aspártico (Asp / D) es un aminoácido no esencial con un grupo carboxilo en su grupo R. Se produce fácilmente por transaminación de oxalacetato. Con un pKa de 3.9, la cadena lateral del ácido aspártico está cargada negativamente a pH fisiológico. El ácido aspártico se especifica en el código genético mediante los codones GAU y GAC.
  • El ácido glutámico (Glu / E), que está codificado por GAA y GAG, es un aminoácido no esencial que se produce fácilmente mediante la transaminación de α-cetoglutarato. Es un neurotransmisor y tiene un grupo R con un grupo carboxilo que se ioniza fácilmente (pKa = 4,1) a pH fisiológico.

Aminoácidos amínicos

  • La arginina (Arg / R) es un aminoácido que es, en algunos casos, esencial, pero no esencial en otros. Los bebés prematuros no pueden sintetizar arginina. Además, los traumatismos quirúrgicos, la sepsis y las quemaduras aumentan la demanda de arginina. La mayoría de las personas, sin embargo, no necesitan suplementos de arginina. La cadena lateral de la arginina contiene un grupo guanidinio complejo con un pKa de más de 12, lo que la hace cargada positivamente al pH celular. Está codificado por seis codones: CGU, CGC, CGA, CGG, AGA y AGG.
  • La histidina (His / H) es el único de los aminoácidos proteináceos que contiene un grupo funcional imidazol. Es un aminoácido esencial en humanos y otros mamíferos. Con un pKa de cadena lateral de 6, puede cambiar fácilmente su carga mediante un ligero cambio de pH. La protonación del anillo da como resultado dos estructuras de NH que se pueden dibujar como dos estructuras resonantes igualmente importantes.
  • La lisina (Lys / K) es un aminoácido esencial codificado por AAA y AAG. Tiene un grupo R que puede ionizarse fácilmente con una carga de +1 a pH fisiológico y puede modificarse postraduccionalmente para formar acetilisina, hidroxilisina y metilisina. También puede ser ubiquitinado, sumoilado, neddyilado, biotinilado, carboxilado y pupilado, y. La O-glicosilación de hidroxilisina se usa para marcar proteínas para exportar desde la célula. La lisina se agrega a menudo a la alimentación animal porque es un aminoácido limitante y es necesaria para optimizar el crecimiento de cerdos y pollos.

Aminoácidos aromáticos

  • La fenilalanina (Phe / F) es un aminoácido esencial no polar codificado por UUU y UUC. Es un precursor metabólico de la tirosina. La incapacidad para metabolizar la fenilalanina surge del trastorno genético conocido como fenilcetonuria. La fenilalanina es un componente del edulcorante artificial de aspartamo.
  • El triptófano (Trp / W) es un aminoácido esencial que contiene un grupo funcional indol. Es un precursor metabólico de la serotonina, la niacina y (en las plantas) la fitohormona auxina. Aunque tiene fama de servir como ayuda para dormir, no hay resultados de investigación claros que lo indiquen.
  • La tirosina (Tyr / Y) es un aminoácido no esencial codificado por UAC y UAU. Es un objetivo para la fosforilación en proteínas por tirosina proteína quinasas y juega un papel en los procesos de señalización. En las células dopaminérgicas del cerebro, la tirosina hidroxilasa convierte la tirosina en l-dopa, un precursor inmediato de la dopamina. La dopamina, a su vez, es un precursor de la noradrenalina y la epinefrina. La tirosina también es un precursor de las hormonas tiroideas y la melanina.

Aminoácidos hidroxilo

  • La serina (Ser / S) es uno de los tres aminoácidos que tienen un grupo R con un hidroxilo (treonina y tirosina son los otros). Está codificado por UCU, UCC, UCA, UGC, AGU y AGC. Al ser capaz de formar puentes de hidrógeno con el agua, se clasifica como un aminoácido polar. No es esencial para los humanos. La serina es precursora de muchos compuestos celulares importantes, que incluyen purinas, pirimidinas, esfingolípidos, folato y de los aminoácidos glicina, cisteína y triptófano. El grupo hidroxilo de la serina en las proteínas es un objetivo de la fosforilación de ciertas proteína quinasas. La serina también forma parte de la tríada catalítica de las serina proteasas.
  • La treonina (Thr / T) es un aminoácido polar que es esencial. Es uno de los tres aminoácidos que tienen un grupo hidroxilo (la serina y la tirosina son los otros) y, como tal, es un objetivo para la fosforilación en proteínas. También es un objetivo para la glicosilación de proteínas. Las treonina proteasas usan el grupo hidroxilo del aminoácido en su catálisis y es un precursor en una ruta biosintética para producir glicina. En algunas aplicaciones, se utiliza como profármaco para aumentar los niveles de glicina en el cerebro. La treonina está codificada en el código genético por ACU, ACC, ACA y ACG.

Tirosina - ver AQUÍ.

Otros aminoácidos

  • La asparagina (Asn / N) es un aminoácido no esencial codificado por AAU y AAC. Su carboxiamida en el grupo R le da polaridad. La asparagina está implicada en la formación de acrilamida en alimentos cocinados a altas temperaturas (freír) cuando reacciona con grupos carbonilo. La asparagina se puede producir en el cuerpo a partir del aspartato mediante una reacción de amidación con una amina de la glutamina. La descomposición de la asparagina produce malato, que puede oxidarse en el ciclo del ácido cítrico.
  • La cisteína (Cys / C) es el único aminoácido con un grupo sulfhidrilo en su cadena lateral. No es esencial para la mayoría de los seres humanos, pero puede serlo en bebés, ancianos y personas que padecen ciertas enfermedades metabólicas. El grupo sulfhidrilo de la cisteína se oxida fácilmente a un disulfuro cuando reacciona con otro. Además de encontrarse en las proteínas, la cisteína también es un componente del tripéptido, el glutatión. La cisteína está especificada por los codones UGU y UGC.
  • La glutamina (Gln / Q) es un aminoácido que normalmente no es esencial en los seres humanos, pero puede serlo en personas que se someten a un entrenamiento atlético intensivo o con trastornos gastrointestinales. Tiene una cadena lateral de carboxiamida que normalmente no se ioniza bajo pH fisiológicos, pero que le da polaridad a la cadena lateral. La glutamina está codificada por CAA y CAG y se produce fácilmente por amidación de glutamato. La glutamina es el aminoácido más abundante en la sangre circulante y es uno de los pocos aminoácidos que pueden atravesar la barrera hematoencefálica.
  • La selenocisteína (Sec / U) es un componente de las selenoproteínas que se encuentran en todos los reinos de la vida. Es un componente de varias enzimas, incluidas las glutatión peroxidasas y las tiorredoxinas reductasas. La selenocisteína se incorpora a proteínas en un esquema inusual que involucra al codón de terminación UGA. Las células que crecen en ausencia de selenio terminan la síntesis de proteínas en las UGA. Sin embargo, cuando el selenio está presente, ciertos ARNm que contienen una secuencia de inserción de selenocisteína (SECIS), insertan selenocisteína cuando se encuentra UGA. El elemento SECIS tiene secuencias de nucleótidos características y patrones de apareamiento de bases de estructura secundaria. Veinticinco proteínas humanas contienen selenocisteína.
  • La pirrolisina (Pyl / O) es un vigésimo segundo aminoácido, pero rara vez se encuentra en las proteínas. Al igual que la selenocisteína, no está codificada en el código genético y debe incorporarse por medios inusuales. Esto ocurre en los codones de terminación UAG. La pirrolisina se encuentra en organismos arqueos metanogénicos y en al menos una bacteria productora de metano. La pirrolisina es un componente de las enzimas productoras de metano.

Grupos ionizantes

Los valores de pKa para las cadenas laterales de aminoácidos dependen en gran medida del entorno químico en el que están presentes. Por ejemplo, el carboxilo del grupo R que se encuentra en el ácido aspártico tiene un valor de pKa de 3.9 cuando está libre en solución, pero puede ser tan alto como 14 cuando se encuentra en ciertos ambientes dentro de las proteínas, aunque eso es inusual y extremo. Cada aminoácido tiene al menos un grupo amina ionizable (α-amina) y un grupo carboxilo ionizable (α-carboxilo). Cuando estos se unen en un enlace peptídico, ya no se ionizan. Algunos, pero no todos, los aminoácidos tienen grupos R que pueden ionizarse. La carga de una proteína surge entonces de las cargas del grupo α-amina, el grupo α-carboxilo. y la suma de las cargas de los grupos R ionizados. La titulación / ionización del ácido aspártico se muestra en la Figura 2.10. La ionización (o desionización) dentro de la estructura de una proteína puede tener un efecto significativo en la conformación general de la proteína y, dado que la estructura está relacionada con la función, un impacto importante en la actividad de una proteína.

La mayoría de las proteínas tienen rangos relativamente estrechos de actividad óptima que normalmente corresponden a los entornos en los que se encuentran (Figura 2.11). Vale la pena señalar que la formación de enlaces peptídicos entre aminoácidos elimina los hidrógenos ionizables de los grupos α-amina y α-carboxilo de los aminoácidos. Por tanto, la ionización / desionización en una proteína surge solo de 1) el extremo amino; 2) término carboxilo; 3) grupos R; o 4) otros grupos funcionales (como sulfatos o fosfatos) añadidos a los aminoácidos después de la traducción - ver más abajo.

Carnitina

No todos los aminoácidos de una célula se encuentran en las proteínas. Los ejemplos más comunes incluyen ornitina (metabolismo de la arginina), citrulina (ciclo de la urea) y carnitina (Figura 2.12). Cuando los ácidos grasos destinados a la oxidación se mueven hacia la mitocondria con ese propósito, viajan a través de la membrana interna adherida a la carnitina. De las dos formas estereoisoméricas, la forma L es la activa. La molécula se sintetiza en el hígado a partir de lisina y metionina.

A partir de fuentes exógenas, los ácidos grasos deben activarse al entrar en el citoplasma al unirse a la coenzima A. La porción de CoA de la molécula se reemplaza por carnitina en el espacio intermembrana de la mitocondria en una reacción catalizada por la carnitina aciltransferasa I. La acilcarnitina resultante La molécula se transfiere a través de la membrana mitocondrial interna por la carnitineacilcarnitina translocasa y luego en la matriz de la mitocondria, la carnitina aciltransferasa II reemplaza a la carnitina con la coenzima A (Figura 6.88).

Catabolismo de aminoácidos

Clasificamos los aminoácidos como esenciales o no esenciales en función de si un organismo puede sintetizarlos o no. Todos los aminoácidos, sin embargo, pueden ser degradados por todos los organismos. Son, de hecho, una fuente de energía para las células, especialmente durante las épocas de inanición o para las personas que siguen dietas que contienen cantidades muy bajas de carbohidratos. Desde una perspectiva de degradación (catabolismo), los aminoácidos se clasifican como glucogénicos si producen intermedios que pueden convertirse en glucosa o cetogénicos si sus intermedios se convierten en acetil-CoA. La figura 2.13 muestra los destinos metabólicos del catabolismo de cada uno de los aminoácidos. Tenga en cuenta que algunos aminoácidos son tanto glucogénicos como cetogénicos.

Modificaciones postraduccionales

Después de que se sintetiza una proteína, las cadenas laterales de aminoácidos dentro de ella pueden modificarse químicamente, dando lugar a una mayor diversidad de estructura y función (Figura 2.14). Las alteraciones comunes incluyen la fosforilación de grupos hidroxilo de serina, treonina o tirosina. A la lisina, la prolina y la histidina se les pueden agregar hidroxilos a las aminas en sus grupos R. Otras modificaciones de los aminoácidos en las proteínas incluyen la adición de ácidos grasos (ácido mirístico o ácido palmítico), grupos isoprenoides, grupos acetilo, grupos metilo, yodo, grupos carboxilo o sulfatos. Estos pueden tener los efectos de ionización (adición de fosfatos / sulfatos), desionización (adición de un grupo acetilo a la amina del grupo R de la lisina) o no tener ningún efecto sobre la carga. Además, las glicoproteínas ligadas a N y ligadas a O tienen carbohidratos unidos covalentemente a las cadenas laterales de asparagina y treonina o serina, respectivamente.

Algunos aminoácidos son precursores de compuestos importantes del organismo. Los ejemplos incluyen epinefrina, hormonas tiroideas, ldopa y dopamina (todas de tirosina), serotonina (de triptófano) e histamina (de histidina).

Construcción de polipéptidos

Aunque los aminoácidos cumplen otras funciones en las células, su papel más importante es como constituyentes de proteínas. Las proteínas, como señalamos anteriormente, son polímeros de aminoácidos.

Los aminoácidos están unidos entre sí por enlaces peptídicos, en los que el grupo carboxilo de un aminoácido se une al grupo amino del siguiente, con la pérdida de una molécula de agua. Se agregan aminoácidos adicionales de la misma manera, mediante la formación de enlaces peptídicos entre el carboxilo libre en el extremo de la cadena en crecimiento y el grupo amino del siguiente aminoácido en la secuencia. Una cadena formada por unos pocos aminoácidos unidos entre sí se llama oligopéptido (oligo = pocos), mientras que una proteína típica, que está formada por muchos aminoácidos, se llama polipéptido (poli = muchos). El extremo del péptido que tiene un grupo amino libre se denomina N-terminal (para NH2), mientras que el extremo con el carboxilo libre se denomina C-terminal (para carboxilo).

Como hemos señalado antes, la función depende de la estructura, y la cadena de aminoácidos debe plegarse en una forma o conformación tridimensional específica para producir una proteína funcional. El plegamiento de polipéptidos en sus formas funcionales es el tema de la siguiente sección.


Proteína quinasa C

Proteína quinasa C, comúnmente abreviado como PKC (EC 2.7.11.13), es una familia de enzimas proteína quinasas que están involucradas en el control de la función de otras proteínas a través de la fosforilación de grupos hidroxilo de residuos de aminoácidos serina y treonina en estas proteínas, o un miembro de esta familia. Las enzimas PKC, a su vez, se activan mediante señales como aumentos en la concentración de diacilglicerol (DAG) o iones de calcio (Ca 2+). [1] Por lo tanto, las enzimas PKC juegan un papel importante en varias cascadas de transducción de señales. [2]

La familia PKC consta de quince isoenzimas en humanos. [3] Se dividen en tres subfamilias, según los requisitos de su segundo mensajero: convencional (o clásico), novedoso y atípico. [4] Las PKC convencionales (c) contienen las isoformas α, βI, βIIy γ. Estos requieren Ca 2+, DAG y un fosfolípido como la fosfatidilserina para su activación. Las nuevas (n) PKC incluyen las isoformas δ, ε, η y θ, y requieren DAG, pero no requieren Ca 2+ para su activación. Por tanto, las PKC convencionales y nuevas se activan a través de la misma vía de transducción de señales que la fosfolipasa C. Por otro lado, las PKC atípicas (a) (incluidas la proteína quinasa Mζ y las isoformas ι / λ) no requieren Ca 2+ ni diacilglicerol para su activación. El término "proteína quinasa C" normalmente se refiere a la familia completa de isoformas.


Aminoácidos: metabolismo, funciones y nutrición

Los últimos años han sido testigos del descubrimiento de que los aminoácidos (AA) no son solo moléculas de señalización celular, sino también reguladores de la expresión génica y la cascada de fosforilación de proteínas. Además, los AA son precursores clave para la síntesis de hormonas y sustancias nitrogenadas de bajo peso molecular, cada una de las cuales tiene una enorme importancia biológica. Las concentraciones fisiológicas de AA y sus metabolitos (p. Ej., Óxido nítrico, poliaminas, glutatión, taurina, hormonas tiroideas y serotonina) son necesarias para las funciones. Sin embargo, los niveles elevados de AA y sus productos (p. Ej., Amoníaco, homocisteína y dimetilarginina asimétrica) son factores patógenos para los trastornos neurológicos, el estrés oxidativo y las enfermedades cardiovasculares. Por lo tanto, un equilibrio óptimo entre AA en la dieta y la circulación es crucial para la homeostasis de todo el cuerpo. Existe un creciente reconocimiento de que, además de su función como componentes básicos de proteínas y polipéptidos, algunos AA regulan vías metabólicas clave que son necesarias para el mantenimiento, el crecimiento, la reproducción y la inmunidad. Se denominan AA funcionales, que incluyen arginina, cisteína, glutamina, leucina, prolina y triptófano. La suplementación dietética con uno o una mezcla de estos AA puede ser beneficiosa para (1) mejorar los problemas de salud en diversas etapas del ciclo de vida (p. Ej., Restricción del crecimiento fetal, morbilidad y mortalidad neonatal, disfunción intestinal asociada al destete y síndrome de emaciación, obesidad, diabetes, enfermedades cardiovasculares, síndrome metabólico e infertilidad) (2) optimizar la eficiencia de las transformaciones metabólicas para mejorar el crecimiento muscular, la producción de leche, la calidad de los huevos y la carne y el rendimiento deportivo, al tiempo que previene la acumulación excesiva de grasa y reduce la adiposidad. Por lo tanto, los AA tienen funciones importantes tanto en la nutrición como en la salud.

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Contenido

Los primeros aminoácidos se descubrieron a principios del siglo XIX. [17] [18] En 1806, los químicos franceses Louis-Nicolas Vauquelin y Pierre Jean Robiquet aislaron un compuesto en los espárragos que posteriormente se denominó asparagina, el primer aminoácido descubierto. [19] [20] La cistina se descubrió en 1810, [21] aunque su monómero, la cisteína, permaneció sin descubrir hasta 1884. [20] [22] La glicina y la leucina se descubrieron en 1820. [23] El último de los 20 aminoácidos comunes El ácido que se descubrió fue la treonina en 1935 por William Cumming Rose, quien también determinó los aminoácidos esenciales y estableció los requerimientos diarios mínimos de todos los aminoácidos para un crecimiento óptimo. [24] [25]

La unidad de la categoría química fue reconocida por Wurtz en 1865, pero no le dio un nombre en particular. [26] El primer uso del término "aminoácido" en el idioma inglés data de 1898, [27] mientras que el término alemán, Aminosäure, se utilizó anteriormente. [28] Se encontró que las proteínas producen aminoácidos después de la digestión enzimática o la hidrólisis ácida. En 1902, Emil Fischer y Franz Hofmeister propusieron independientemente que las proteínas se forman a partir de muchos aminoácidos, mediante los cuales se forman enlaces entre el grupo amino de un aminoácido con el grupo carboxilo de otro, dando como resultado una estructura lineal que Fischer denominó "péptido". [29]

En la estructura que se muestra en la parte superior de la página, R representa una cadena lateral específica para cada aminoácido. El átomo de carbono al lado del grupo carboxilo se llama carbono α. Los aminoácidos que contienen un grupo amino unido directamente al carbono alfa se denominan alfa aminoácidos. [30] Estos incluyen aminoácidos como la prolina, que contienen aminas secundarias, que solían denominarse "iminoácidos". [31] [32] [33]

Isomería Editar

Los alfa-aminoácidos son las formas naturales comunes de los aminoácidos. Con la excepción de la glicina, otros aminoácidos naturales adoptan el L configuración. [34] Mientras LLos -aminoácidos representan todos los aminoácidos que se encuentran en las proteínas durante la traducción en el ribosoma.

los L y D la convención para la configuración de aminoácidos se refiere no a la actividad óptica del aminoácido en sí, sino a la actividad óptica del isómero de gliceraldehído a partir del cual ese aminoácido puede, en teoría, sintetizarse (D-gliceraldehído es dextrorrotatorio L-gliceraldehído es levógiro). De manera alternativa, el (S) y (R) designadores se utilizan para indicar la configuración absoluta. Casi todos los aminoácidos de las proteínas son (S) en el carbono α, siendo la cisteína (R) y glicina no quiral. [35] La cisteína tiene su cadena lateral en la misma ubicación geométrica que los otros aminoácidos, pero la R/S La terminología se invierte porque el azufre tiene un número atómico más alto en comparación con el oxígeno carboxilo, lo que le da a la cadena lateral una prioridad más alta por el Reglas de secuencia de Cahn-Ingold-Prelog, mientras que los átomos en la mayoría de las otras cadenas laterales les dan menor prioridad en comparación con el grupo carboxilo. [ cita necesaria ]

D-Residuos de aminoácidos se encuentran en algunas proteínas, pero son raros.

Cadenas laterales Editar

Los aminoácidos se designan como α- cuando el átomo de nitrógeno está unido al átomo de carbono adyacente al grupo carboxilo: en este caso, el compuesto contiene la subestructura N – C – CO2. Aminoácidos con la subestructura N – C – C – CO2 se clasifican como β-aminoácidos. Los γ-Aminoácidos contienen la subestructura N – C – C – C – CO2, etcétera. [36]

Los aminoácidos generalmente se clasifican por las propiedades de su cadena lateral en cuatro grupos. La cadena lateral puede hacer de un aminoácido un ácido débil o una base débil, y un hidrófilo si la cadena lateral es polar o hidrófobo si no es polar. [34] La frase "aminoácidos de cadena ramificada" o BCAA se refiere a los aminoácidos que tienen cadenas laterales alifáticas que son lineales, estos son leucina, isoleucina y valina. La prolina es el único aminoácido proteinogénico cuyo grupo lateral se une al grupo α-amino y, por tanto, también es el único aminoácido proteinogénico que contiene una amina secundaria en esta posición. [34] En términos químicos, la prolina es, por lo tanto, un iminoácido, ya que carece de un grupo amino primario, [37] aunque todavía se clasifica como un aminoácido en la nomenclatura bioquímica actual [38] y también se puede llamar un "norte-alfa-aminoácido alquilado ". [39]

Zwitterions Editar

En solución acuosa, los aminoácidos existen en dos formas (como se ilustra a la derecha), la forma molecular y la forma de iones híbridos en equilibrio entre sí. Las dos formas coexisten en el rango de pH pK1 - 2 apK2 + 2, que para la glicina es pH 0-12. La relación de las concentraciones de los dos isómeros es independiente del pH. El valor de esta relación no se puede determinar experimentalmente.

Debido a que todos los aminoácidos contienen grupos funcionales amina y ácido carboxílico, son anfipróticos. [34] A pH = pK1 (aproximadamente 2,2) habrá igual concentración de la especie NH +
3 CH (R) CO
2 H y NH +
3 CANALES (R) CO -
2 y a pH = pK2 (aproximadamente 10) habrá igual concentración de la especie NH +
3 CANALES (R) CO -
2 y NH
2 CANALES (R) CO -
2. De ello se deduce que la molécula neutra y el zwiterión son efectivamente las únicas especies presentes a pH biológico. [40]

Generalmente se asume que la concentración del zwiterión es mucho mayor que la concentración de la molécula neutra sobre la base de comparaciones con el conocido pK valores de aminas y ácidos carboxílicos.

Punto isoeléctrico Editar

Aminoácidos proteinogénicos Editar

Los aminoácidos son las unidades estructurales (monómeros) que forman las proteínas. Se unen para formar cadenas poliméricas cortas llamadas péptidos o cadenas más largas llamadas polipéptidos o proteínas. Estas cadenas son lineales y no ramificadas, con cada residuo de aminoácido dentro de la cadena unido a dos aminoácidos vecinos. El proceso de elaboración de proteínas codificadas por material genético de ADN / ARN se denomina traducción e implica la adición paso a paso de aminoácidos a una cadena de proteínas en crecimiento mediante una ribozima que se llama ribosoma. [42] El orden en el que se agregan los aminoácidos se lee a través del código genético de una plantilla de ARNm, que es una copia de ARN de uno de los genes del organismo.

Veintidós aminoácidos se incorporan naturalmente a los polipéptidos y se denominan aminoácidos proteinogénicos o naturales. [34] De estos, 20 están codificados por el código genético universal. Los 2 restantes, selenocisteína y pirrolisina, se incorporan a las proteínas mediante mecanismos sintéticos únicos. La selenocisteína se incorpora cuando el ARNm que se traduce incluye un elemento SECIS, lo que hace que el codón UGA codifique selenocisteína en lugar de un codón de parada. [43] Algunas arqueas metanogénicas utilizan la pirrolisina en enzimas que utilizan para producir metano. Se codifica con el codón UAG, que normalmente es un codón de terminación en otros organismos. [44] Este codón UAG va seguido de una secuencia cadena abajo PYLIS. [45]

Varios estudios evolutivos independientes, utilizando diferentes tipos de datos, han sugerido que Gly, Ala, Asp, Val, Ser, Pro, Glu, Leu, Thr (es decir, G, A, D, V, S, P, E, L, T ) puede pertenecer a un grupo de aminoácidos que constituía el código genético temprano, mientras que Cys, Met, Tyr, Trp, His, Phe (es decir, C, M, Y, W, H, F) pueden pertenecer a un grupo de aminoácidos que constituyeron adiciones posteriores del código genético. [46] [47] [48] [49]

Aminoácidos no proteinogénicos Editar

Aparte de los 22 aminoácidos proteinogénicos, muchos no proteinogénico se conocen los aminoácidos. Aquellos que no se encuentran en las proteínas (por ejemplo, carnitina, GABA, levotiroxina) o no se producen directamente y de forma aislada por la maquinaria celular estándar (por ejemplo, hidroxiprolina y selenometionina).

Los aminoácidos no proteinogénicos que se encuentran en las proteínas se forman por modificación postraduccional, que es la modificación después de la traducción durante la síntesis de proteínas. Estas modificaciones suelen ser esenciales para la función o regulación de una proteína. Por ejemplo, la carboxilación del glutamato permite una mejor unión de los cationes de calcio, [50] y el colágeno contiene hidroxiprolina, generada por hidroxilación de prolina. [51] Otro ejemplo es la formación de hipusina en el factor de iniciación de la traducción EIF5A, mediante la modificación de un residuo de lisina. [52] Tales modificaciones también pueden determinar la localización de la proteína, por ejemplo, la adición de grupos hidrófobos largos puede hacer que una proteína se una a una membrana fosfolipídica. [53]

Algunos aminoácidos no proteinogénicos no se encuentran en las proteínas. Los ejemplos incluyen ácido 2-aminoisobutírico y el neurotransmisor ácido gamma-aminobutírico. Los aminoácidos no proteinogénicos a menudo se presentan como intermediarios en las vías metabólicas de los aminoácidos estándar; por ejemplo, la ornitina y la citrulina se encuentran en el ciclo de la urea, parte del catabolismo de los aminoácidos (véase más adelante). [54] Una rara excepción al predominio de los α-aminoácidos en biología es el β-aminoácido beta alanina (ácido 3-aminopropanoico), que se utiliza en plantas y microorganismos en la síntesis de ácido pantoténico (vitamina B5), un componente de la coenzima A. [55]

Aminoácidos no estándar Editar

Los 20 aminoácidos que están codificados directamente por los codones del código genético universal se denominan estándar o canónico aminoácidos. Una forma modificada de metionina (norte-formilmetionina) a menudo se incorpora en lugar de metionina como aminoácido inicial de proteínas en bacterias, mitocondrias y cloroplastos. Otros aminoácidos se llaman no estándar o no canónico. La mayoría de los aminoácidos no estándar tampoco son proteinogénicos (es decir, no pueden incorporarse a proteínas durante la traducción), pero dos de ellos son proteinogénicos, ya que pueden incorporarse de forma traduccional en proteínas explotando información no codificada en el código genético universal.

Los dos aminoácidos proteinogénicos no estándar son la selenocisteína (presente en muchos no eucariotas y en la mayoría de los eucariotas, pero no codificados directamente por el ADN) y la pirrolisina (que se encuentra solo en algunas arqueas y al menos una bacteria). La incorporación de estos aminoácidos no estándar es rara. Por ejemplo, 25 proteínas humanas incluyen selenocisteína en su estructura primaria, [56] y las enzimas caracterizadas estructuralmente (selenoenzimas) emplean selenocisteína como resto catalítico en sus sitios activos. [57] La ​​pirrolisina y la selenocisteína se codifican mediante codones variantes. Por ejemplo, la selenocisteína está codificada por el codón de parada y el elemento SECIS. [10] [11] [12]

En nutrición humana Editar

Cuando se incorporan al cuerpo humano a través de la dieta, los 20 aminoácidos estándar se utilizan para sintetizar proteínas, otras biomoléculas o se oxidan a urea y dióxido de carbono como fuente de energía. [58] La vía de oxidación comienza con la eliminación del grupo amino por una transaminasa, el grupo amino luego se introduce en el ciclo de la urea. El otro producto de la transamidación es un cetoácido que entra en el ciclo del ácido cítrico. [59] Los aminoácidos glucogénicos también se pueden convertir en glucosa a través de la gluconeogénesis. [60] De los 20 aminoácidos estándar, nueve (His, Ile, Leu, Lys, Met, Phe, Thr, Trp y Val) se denominan aminoácidos esenciales porque el cuerpo humano no puede sintetizarlos a partir de otros compuestos al nivel necesario para crecimiento normal, por lo que deben obtenerse de los alimentos. [61] [62] [63] Además, la cisteína, la tirosina y la arginina se consideran aminoácidos semiesenciales y la taurina un ácido aminosulfónico semiesencial en los niños. Las vías metabólicas que sintetizan estos monómeros no están completamente desarrolladas. [64] [65] Las cantidades necesarias también dependen de la edad y la salud del individuo, por lo que es difícil hacer afirmaciones generales sobre los requisitos dietéticos de algunos aminoácidos. La exposición dietética al aminoácido no estándar BMAA se ha relacionado con enfermedades neurodegenerativas humanas, incluida la ELA. [66] [67]

Funciones no proteicas Editar

En los seres humanos, los aminoácidos no proteicos también tienen funciones importantes como intermediarios metabólicos, como en la biosíntesis del neurotransmisor ácido gamma-aminobutírico (GABA). Muchos aminoácidos se utilizan para sintetizar otras moléculas, por ejemplo:

    es un precursor del neurotransmisor serotonina. [74] (y su precursora fenilalanina) son precursores de las catecolaminas neurotransmisores dopamina, epinefrina y norepinefrina y varias trazas de aminas. es un precursor de fenetilamina y tirosina en humanos. En las plantas, es un precursor de varios fenilpropanoides, que son importantes en el metabolismo de las plantas. es un precursor de porfirinas como el hemo. [75] es un precursor del óxido nítrico. [76] y S-adenosilmetionina son precursores de poliaminas. [77], la glicina y la glutamina son precursores de nucleótidos. [78] Sin embargo, no se conocen todas las funciones de otros abundantes aminoácidos no estándar.

Algunos aminoácidos no estándar se utilizan como defensas contra los herbívoros en las plantas. [79] Por ejemplo, la canavanina es un análogo de la arginina que se encuentra en muchas legumbres, [80] y en cantidades particularmente grandes en Canavalia gladiata (frijol espada). [81] Este aminoácido protege a las plantas de depredadores como los insectos y puede causar enfermedades en las personas si algunos tipos de legumbres se consumen sin procesar. [82] El aminoácido no proteico mimosina se encuentra en otras especies de leguminosas, en particular Leucaena leucocephala. [83] Este compuesto es un análogo de la tirosina y puede envenenar a los animales que pastan en estas plantas.

Los aminoácidos se utilizan para una variedad de aplicaciones en la industria, pero su uso principal es como aditivos para la alimentación animal. Esto es necesario, ya que muchos de los componentes a granel de estos alimentos, como la soja, tienen niveles bajos o carecen de algunos de los aminoácidos esenciales: lisina, metionina, treonina y triptófano son los más importantes en la producción de estos alimentos. [84] En esta industria, los aminoácidos también se utilizan para quelar cationes metálicos con el fin de mejorar la absorción de minerales de los suplementos, que pueden ser necesarios para mejorar la salud o la producción de estos animales. [85]

La industria alimentaria también es un gran consumidor de aminoácidos, en particular, ácido glutámico, que se utiliza como potenciador del sabor, [86] y aspartamo (éster 1-metílico de aspartilfenilalanina) como edulcorante artificial bajo en calorías. [87] En la industria de la nutrición humana se emplea una tecnología similar a la utilizada para la nutrición animal para aliviar los síntomas de deficiencias minerales, como la anemia, mejorando la absorción de minerales y reduciendo los efectos secundarios negativos de la suplementación con minerales inorgánicos. [88]

La capacidad quelante de los aminoácidos se ha utilizado en fertilizantes para la agricultura para facilitar la entrega de minerales a las plantas con el fin de corregir deficiencias minerales, como la clorosis férrica.Estos fertilizantes también se utilizan para evitar que se produzcan deficiencias y mejorar la salud general de las plantas. [89] La producción restante de aminoácidos se utiliza en la síntesis de medicamentos y cosméticos. [84]

De manera similar, algunos derivados de aminoácidos se utilizan en la industria farmacéutica. Incluyen el 5-HTP (5-hidroxitriptófano) utilizado para el tratamiento experimental de la depresión, [90] L-DOPA (L-dihidroxifenilalanina) para el tratamiento de la enfermedad de Parkinson, [91] y eflornitina fármaco que inhibe la ornitina descarboxilasa y se utiliza en el tratamiento de la enfermedad del sueño. [92]

Código genético ampliado Editar

Desde 2001, se han agregado 40 aminoácidos no naturales a la proteína creando un codón único (recodificación) y un par de ARN de transferencia correspondiente: aminoacil - ARNt-sintetasa para codificarlo con diversas propiedades fisicoquímicas y biológicas para ser utilizado como una herramienta para explorar la estructura y función de las proteínas o para crear proteínas nuevas o mejoradas. [13] [14]

Nullomers Editar

Los nulómeros son codones que, en teoría, codifican un aminoácido, sin embargo, en la naturaleza existe un sesgo selectivo en contra del uso de este codón a favor de otro, por ejemplo, las bacterias prefieren usar CGA en lugar de AGA para codificar la arginina. [93] Esto crea algunas secuencias que no aparecen en el genoma. Esta característica se puede aprovechar y utilizar para crear nuevos medicamentos selectivos contra el cáncer [94] y para evitar la contaminación cruzada de muestras de ADN de las investigaciones en la escena del crimen. [95]

Bloques de construcción químicos Editar

Los aminoácidos son importantes como materias primas de bajo costo. Estos compuestos se utilizan en la síntesis de grupos quirales como bloques de construcción enantioméricamente puros. [96]

Los aminoácidos se han investigado como precursores de catalizadores quirales, como para reacciones de hidrogenación asimétrica, aunque no existen aplicaciones comerciales. [97]

Plásticos biodegradables Editar

Los aminoácidos se han considerado como componentes de polímeros biodegradables, que tienen aplicaciones como envases ecológicos y en medicina en la administración de fármacos y la construcción de implantes protésicos. [98] Un ejemplo interesante de tales materiales es el poliaspartato, un polímero biodegradable soluble en agua que puede tener aplicaciones en pañales desechables y agricultura. [99] Debido a su solubilidad y capacidad para quelar los iones metálicos, el poliaspartato también se utiliza como agente antiincrustante biodegradable e inhibidor de la corrosión. [100] [101] Además, el aminoácido aromático tirosina se ha considerado un posible sustituto de fenoles como el bisfenol A en la fabricación de policarbonatos. [102]

Síntesis química Editar

La producción comercial de aminoácidos generalmente se basa en bacterias mutantes que sobreproducen aminoácidos individuales utilizando glucosa como fuente de carbono. Algunos aminoácidos se producen mediante conversiones enzimáticas de intermedios sintéticos. El ácido 2-aminotiazolina-4-carboxílico es un intermedio en una síntesis industrial de L-cisteína por ejemplo. El ácido aspártico se produce mediante la adición de amoníaco al fumarato usando una liasa. [103]

Biosíntesis Editar

En las plantas, el nitrógeno se asimila primero a compuestos orgánicos en forma de glutamato, formado a partir de alfa-cetoglutarato y amoníaco en la mitocondria. Para otros aminoácidos, las plantas usan transaminasas para mover el grupo amino del glutamato a otro alfa-cetoácido. Por ejemplo, la aspartato aminotransferasa convierte el glutamato y el oxaloacetato en alfa-cetoglutarato y aspartato. [104] Otros organismos también usan transaminasas para la síntesis de aminoácidos.

Los aminoácidos no estándar generalmente se forman a través de modificaciones a los aminoácidos estándar. Por ejemplo, la homocisteína se forma a través de la vía de transulfuración o mediante la desmetilación de la metionina a través del metabolito intermedio. S-adenosilmetionina, [105] mientras que la hidroxiprolina se produce mediante una modificación postraduccional de prolina. [106]

Los microorganismos y las plantas sintetizan muchos aminoácidos poco comunes. Por ejemplo, algunos microbios producen ácido 2-aminoisobutírico y lantionina, que es un derivado de la alanina con puentes de sulfuro. Ambos aminoácidos se encuentran en lantibióticos peptídicos como la alameticina. [107] Sin embargo, en las plantas, el ácido 1-aminociclopropano-1-carboxílico es un pequeño aminoácido cíclico disustituido que es un intermediario en la producción de la hormona vegetal etileno. [108]

Los aminoácidos experimentan las reacciones esperadas de los grupos funcionales constituyentes. [109] [110]

Formación de enlaces peptídicos Editar

Como los grupos de aminoácidos amina y ácido carboxílico pueden reaccionar para formar enlaces amida, una molécula de aminoácido puede reaccionar con otra y unirse a través de un enlace amida. Esta polimerización de aminoácidos es lo que crea proteínas. Esta reacción de condensación produce el enlace peptídico recién formado y una molécula de agua. En las células, esta reacción no ocurre directamente, sino que el aminoácido se activa primero al unirse a una molécula de ARN de transferencia a través de un enlace éster. Este aminoacil-tRNA se produce en una reacción dependiente de ATP llevada a cabo por una aminoacil tRNA sintetasa. [111] Este aminoacil-tRNA es entonces un sustrato para el ribosoma, que cataliza el ataque del grupo amino de la cadena proteica que se alarga en el enlace éster. [112] Como resultado de este mecanismo, todas las proteínas producidas por los ribosomas se sintetizan comenzando en su norte-terminus y avanzando hacia su C-término.

Sin embargo, no todos los enlaces peptídicos se forman de esta forma. En unos pocos casos, los péptidos son sintetizados por enzimas específicas. Por ejemplo, el tripéptido glutatión es una parte esencial de las defensas de las células frente al estrés oxidativo. Este péptido se sintetiza en dos pasos a partir de aminoácidos libres. [113] En el primer paso, la gamma-glutamilcisteína sintetasa condensa la cisteína y el ácido glutámico a través de un enlace peptídico formado entre el carboxilo de la cadena lateral del glutamato (el carbono gamma de esta cadena lateral) y el grupo amino de la cisteína. Este dipéptido luego se condensa con glicina por la glutatión sintetasa para formar glutatión. [114]

En química, los péptidos se sintetizan mediante una variedad de reacciones. Uno de los más utilizados en la síntesis de péptidos en fase sólida utiliza los derivados aromáticos de oxima de aminoácidos como unidades activadas. Estos se añaden en secuencia a la cadena de péptidos en crecimiento, que se une a un soporte de resina sólida. [115] Las bibliotecas de péptidos se utilizan en el descubrimiento de fármacos a través de un cribado de alto rendimiento. [116]

La combinación de grupos funcionales permite que los aminoácidos sean ligandos polidentados eficaces para los quelatos de metal-aminoácidos. [117] Las múltiples cadenas laterales de aminoácidos también pueden sufrir reacciones químicas.

Catabolismo Editar

La degradación de un aminoácido a menudo implica la desaminación al mover su grupo amino a alfa-cetoglutarato, formando glutamato. Este proceso implica transaminasas, a menudo las mismas que se utilizan en la aminación durante la síntesis. En muchos vertebrados, el grupo amino se elimina a través del ciclo de la urea y se excreta en forma de urea. Sin embargo, la degradación de aminoácidos puede producir ácido úrico o amoníaco. Por ejemplo, la serina deshidratasa convierte la serina en piruvato y amoníaco. [78] Después de la eliminación de uno o más grupos amino, el resto de la molécula a veces se puede usar para sintetizar nuevos aminoácidos, o se puede usar para obtener energía ingresando a la glucólisis o al ciclo del ácido cítrico, como se detalla en la imagen de la derecha.

Complejidad Editar

La CA. Se pueden clasificar 20 aminoácidos canónicos según sus propiedades. Los factores importantes son la carga, la hidrofilicidad o hidrofobicidad, el tamaño y los grupos funcionales. [34] Estas propiedades influyen en la estructura de las proteínas y las interacciones proteína-proteína. Las proteínas solubles en agua tienden a tener sus residuos hidrófobos (Leu, Ile, Val, Phe y Trp) enterrados en el medio de la proteína, mientras que las cadenas laterales hidrófilas están expuestas al disolvente acuoso. (Tenga en cuenta que en bioquímica, un residuo se refiere a un monómero específico dentro de la cadena polimérica de un polisacárido, proteína o ácido nucleico). Las proteínas integrales de membrana tienden a tener anillos externos de aminoácidos hidrófobos expuestos que los anclan en la bicapa lipídica. Algunas proteínas de la membrana periférica tienen un parche de aminoácidos hidrófobos en su superficie que se fija a la membrana. De manera similar, las proteínas que tienen que unirse a moléculas cargadas positivamente tienen superficies ricas en aminoácidos cargados negativamente como glutamato y aspartato, mientras que las proteínas que se unen a moléculas cargadas negativamente tienen superficies ricas en cadenas cargadas positivamente como lisina y arginina. Por ejemplo, la lisina y la arginina están altamente enriquecidas en regiones de baja complejidad de proteínas de unión a ácidos nucleicos. [49] Hay varias escalas de hidrofobicidad de residuos de aminoácidos. [120]

Algunos aminoácidos tienen propiedades especiales como la cisteína, que puede formar enlaces disulfuro covalentes con otros residuos de cisteína, la prolina que forma un ciclo en la estructura polipeptídica y la glicina que es más flexible que otros aminoácidos.

Además, la glicina y la prolina están altamente enriquecidas en regiones de baja complejidad de proteínas eucarióticas y procarióticas, mientras que se ha observado lo contrario (subrepresentado) para aminoácidos altamente reactivos, complejos o hidrófobos, como cisteína, fenilalanina, triptófano, metionina. , valina, leucina, isoleucina. [49] [121] [122]

Muchas proteínas experimentan una variedad de modificaciones postraduccionales, mediante las cuales se unen grupos químicos adicionales a las cadenas laterales de aminoácidos. Algunas modificaciones pueden producir lipoproteínas hidrófobas [123] o glicoproteínas hidrófilas. [124] Este tipo de modificación permite la orientación reversible de una proteína a una membrana. Por ejemplo, la adición y eliminación del ácido palmítico de ácido graso a los residuos de cisteína en algunas proteínas de señalización hace que las proteínas se unan y luego se desprendan de las membranas celulares. [125]

Tabla de abreviaturas y propiedades estándar de aminoácidos Editar

Aminoácidos Código de letra Cadena lateral Hidropatía
índice [126]
Absortividad molar [127] Masa molecular Abundancia de proteínas (%) [128] Codificación genética estándar, notación IUPAC
3 1 Clase Polaridad [129] Carga, a pH 7,4 [129] Longitud de onda, λmax (Nuevo Méjico) Coeficiente, ε (mM −1 · cm −1)
Alanina Ala A Alifático No polar Neutral 1.8 89.094 8.76 GCN
Arginina Arg R Básico Polar básico Positivo −4.5 174.203 5.78 MGR, CGY (los codones de codificación también se pueden expresar mediante: CGN, AGR)
Asparagina Asn norte Amida Polar Neutral −3.5 132.119 3.93 AAY
Ácido aspártico Áspid D Ácido Ácido polar Negativo −3.5 133.104 5.49 Gay
Cisteína Cys C Sulfúrico No polar Neutral 2.5 250 0.3 121.154 1.38 UGY
Glutamina Gln Q Amida Polar Neutral −3.5 146.146 3.9 COCHE
Ácido glutamico Glu mi Ácido Ácido polar Negativo −3.5 147.131 6.32 GAR
Glicina Gly GRAMO Alifático No polar Neutral −0.4 75.067 7.03 GGN
Histidina Su H Aromático básico Polar básico Positivo, 10%
Neutro, 90%
−3.2 211 5.9 155.156 2.26 ISLA PEQUEÑA
Isoleucina Ile I Alifático No polar Neutral 4.5 131.175 5.49 AUH
Leucina Leu L Alifático No polar Neutral 3.8 131.175 9.68 YUR, CUY (los codones de codificación también se pueden expresar mediante: CUN, UUR)
Lisina Lys K Básico Polar básico Positivo −3.9 146.189 5.19 AAR
Metionina Reunió METRO Sulfúrico No polar Neutral 1.9 149.208 2.32 AGO
Fenilalanina Phe F Aromático No polar Neutral 2.8 257, 206, 188 0.2, 9.3, 60.0 165.192 3.87 UUY
Prolina Pro PAG Cíclico No polar Neutral −1.6 115.132 5.02 CCN
Serina Ser S Hidroxílico Polar Neutral −0.8 105.093 7.14 UCN, EDAD
Treonina Thr T Hidroxílico Polar Neutral −0.7 119.119 5.53 ACN
Triptófano Trp W Aromático No polar Neutral −0.9 280, 219 5.6, 47.0 204.228 1.25 UGG
Tirosina Tyr Y Aromático Polar Neutral −1.3 274, 222, 193 1.4, 8.0, 48.0 181.191 2.91 UAY
Valina Val V Alifático No polar Neutral 4.2 117.148 6.73 PISTOLA

En algunas especies, dos aminoácidos adicionales están codificados por codones que generalmente se interpretan como codones de terminación:

21 y 22 aminoácidos 3 letras 1 letra Masa molecular
Selenocisteína Segundo U 168.064
Pirrolisina Pyl O 255.313

Además de los códigos de aminoácidos específicos, los marcadores de posición se utilizan en los casos en que el análisis químico o cristalográfico de un péptido o proteína no puede determinar de manera concluyente la identidad de un residuo. También se utilizan para resumir motivos de secuencias de proteínas conservadas. El uso de letras simples para indicar conjuntos de residuos similares es similar al uso de códigos abreviados para bases degeneradas. [130] [131]

Aminoácidos ambiguos 3 letras 1 letra Aminoácidos incluidos Codones incluidos
Cualquiera / desconocido Xaa X Todos NNN
Asparagina o ácido aspártico Asx B D, N RAYO
Glutamina o ácido glutámico Glx Z E, Q SAR
Leucina o isoleucina Xle J ILLINOIS YTR, ATH, CTY (los codones de codificación también se pueden expresar mediante: CTN, ATH, TTR MTY, YTR, ATA MTY, HTA, YTG)
Hidrofóbico Φ V, I, L, F, W, Y, M NTN, TAY, TGG
Aromático Ω F, W, Y, H YWY, ​​TTY, TGG (los codones de codificación también se pueden expresar mediante: TWY, CAY, TGG)
Alifático (no aromático) Ψ V, I, L, M VTN, TTR (los codones de codificación también se pueden expresar mediante: NTR, VTY)
Pequeña π P, G, A, S BCN, RGY, GGR
Hidrofílico ζ S, T, H, N, Q, E, D, K, R VAN, WCN, CGN, AGY (los codones de codificación también se pueden expresar mediante: VAN, WCN, MGY, CGP)
Cargado positivamente + K, R, H ARR, CRY, CGR
Cargado negativamente D, E GAN

Unk a veces se usa en lugar de Xaa, pero es menos estándar.

Además, muchos aminoácidos no estándar tienen un código específico. Por ejemplo, varios fármacos peptídicos, como Bortezomib y MG132, se sintetizan artificialmente y conservan sus grupos protectores, que tienen códigos específicos. Bortezomib es Pyz – Phe – boroLeu y MG132 es Z – Leu – Leu – Leu – al. Para ayudar en el análisis de la estructura de la proteína, se encuentran disponibles análogos de aminoácidos fotorreactivos. Estos incluyen fotoleucina (pLeu) y fotometionina (pMet). [132]

El contenido total de nitrógeno de la materia orgánica está formado principalmente por los grupos amino de las proteínas. El nitrógeno total Kjeldahl (TKN) es una medida de nitrógeno ampliamente utilizada en el análisis de aguas (residuales), suelo, alimentos, piensos y materia orgánica en general. Como sugiere el nombre, se aplica el método Kjeldahl. Hay disponibles métodos más sensibles. [133] [134]

  1. ^La prolina es una excepción a esta fórmula general. Carece del NH2 grupo debido a la ciclación de la cadena lateral y se conoce como un iminoácido que cae en la categoría de aminoácidos estructurados especiales.
  2. ^ Por ejemplo, los rumiantes como las vacas obtienen una serie de aminoácidos a través de microbios en las dos primeras cámaras del estómago.
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Un método de GC-MS quiral para el análisis de aminoácidos secundarios después de la derivatización del cloroformiato de heptafluorobutilo y amperio-metilamina

Los L-aminoácidos (L-AA) desempeñan diferentes funciones importantes en la fisiología de todos los organismos vivos. Sus homólogos quirales, los D-aminoácidos (D-AA), se reconocen cada vez más como moléculas esenciales en muchos sistemas biológicos. Los aminoácidos secundarios con estructuras cíclicas, como las prolina, exhiben rigidez conformacional y, por lo tanto, propiedades únicas en el plegamiento estructural y proteico. A pesar de su aparición generalizada, se prestó mucha menos atención a su análisis quiral, particularmente cuando el enantiómero menor, típicamente D, está presente en cantidades bajas en una matriz biológica compleja. En este artículo, se describe un método GC-MS quiral rentable para la separación capilar Chirasil-L-Val de nueve enantiómeros cíclicos de aminoácidos secundarios con anillos de cuatro, cinco y seis miembros, que involucran azetidina-2-carboxílico ácido, ácido pipecólico, ácido nipecótico, prolina, isomérico cis / trans 3-hidroxi, 4-hidroxiprolina y cis / transÁcido -5-hidroxi-L-pipecólico en exceso de su antípoda enantiomérico. La preparación de la muestra implica derivatización in situ con cloroformiato de heptafluorobutilo, microextracción líquido-líquido simultánea en isooctano seguida de amidación de los derivados de baja polaridad que surgen con metilamina, un paso de evaporación, redisolución y análisis final de GC-MS. El método desarrollado se utilizó para el análisis de biofluidos humanos, péptidos biológicamente activos que contienen constituyentes de prolina quirales y colágeno.

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Estructuras peptoides

norteLas glicinas sustituidas pueden verse como aminoácidos, donde la cadena lateral está unida al nitrógeno amínico en lugar del carbono α, y los oligómeros de estos componentes básicos se denominan α-peptoides (Figuras 1 y 3). Similar norteβ-glicinas sustituidas darán lugar a β-peptoides. El cambio conformacional en el nortelas glicinas sustituidas hacen que el carbono α sea aquiral de modo que ambos peptoides estén menos restringidos en su conformación espacial. Ninguno de los peptoides puede formar enlaces de hidrógeno intramoleculares a través de interacciones columna vertebral, debido a la falta de protones amida, que ayudan a los péptidos a estabilizar tanto las estructuras α-helicoidales como las conformaciones de las láminas β (69-71). Sin embargo, la misma estructura de la columna vertebral hace que los peptoides sean altamente resistentes a las proteasas (15, 71).

Monómeros peptoides comunes. Incorporación de muchos residuos voluminosos y l-prolina (nortepro) ayudará a estabilizar una estructura α-helicoidal. nortespe, norte-(S) - (1-feniletil) glicina nortesch, norte-(S) - (1-ciclohexiletil) glicina nortephm, norte- (fenilmetil) glicina nortemeb norte- (4-metilbencil) glicina nortepero, norte- (butil) glicina nortepartido socialdemócrata, norte-(S) - (2,3-dimetilbutil) glicina nortessb, norte-(S) - (sec-butil) glicina nortesmb norte-(S) - (1-metilbutil) glicina norteLys, norte- (4-aminobutil) glicina nortePro, l-prolina nortemna, norte- (1-naftalenmetil) glicina nortesna, norte-(S) - (1-naftiletil) glicina.

Amplios estudios sobre los AMP tradicionales han concluido que su capacidad para formar una estructura anfipática al interactuar con las membranas lipídicas es una de las fuerzas impulsoras detrás de su potencial antimicrobiano (4). En consecuencia, muchas investigaciones se han centrado en diseñar α-peptoides que imiten una estructura α-helicoidal (72, 73). Debido a que los peptoides carecen de la capacidad de formar enlaces de hidrógeno que puedan estabilizar la estructura helicoidal a través de interacciones columna vertebral, las consideraciones sobre la estructura primaria peptoide son importantes durante el proceso de diseño. Se ha demostrado que es necesaria la incorporación de aproximadamente un 50% de monómeros α-quirales voluminosos o cadenas laterales aromáticas para obtener una estructura α-peptoide secundaria α-helicoidal estable (Figura 3) (73). La incorporación debe ser periódica para que las cadenas laterales aromáticas se puedan distribuir uniformemente a lo largo de un sector de la estructura α-helicoidal (73). Para obtener esta periodicidad, los α-peptoides a menudo se diseñan con una secuencia central (norteAaa-norteBbb-norteCcc)norte repetido norte tiempos, donde norte designa el nitrógeno amídico y Aaa, Bbb y Ccc designa el código de tres letras para la cadena lateral de aminoácidos adjunta (69). La helicidad α-peptoide también se refuerza mediante la inserción de un residuo α-quiral en el extremo C-terminal, y cuanto más largo sea el oligómero peptoide, más estable será la estructura helicoidal (73). Por lo tanto, cuando se pretende diseñar un peptoide bioactivo con estructura secundaria helicoidal, la secuencia debe consistir en residuos catiónicos (p. Ej., norteLys), residuos aromáticos hidrófobos (p. Ej., nortePhe) y residuos alifáticos hidrófobos (p. Ej., norteIle) (69). La incorporación de residuos con estas propiedades da lugar a una hélice con las características anfipáticas e hidrófobas deseadas, que son importantes para que el α-peptoide actúe sobre las bacterias, como se mencionó anteriormente.

Aunque la mayor parte del énfasis en la investigación se ha puesto en la estructura secundaria de los α-peptoides, los estudios también han demostrado que un α-peptoide 15-mer puede ser capaz de formar un complejo tetrámero, imitando así la estructura terciaria de las proteínas (74). Este descubrimiento aumenta el campo de posibilidades para el uso de imitadores de peptoides en el diseño de otros oligómeros biológicamente relevantes. Si bien se propone que diferentes interacciones no covalentes desempeñen un papel en el proceso de plegado (por ejemplo, repulsión estérica) (75, 76), el plegamiento de α-peptoides aún no se comprende completamente a pesar de la intensa investigación (70).


Síntesis de proteínas y codones

Las hebras de ARN creadas con el propósito de la síntesis de proteínas tienen códigos de tres letras que especifican ciertos aspectos y características de la proteína. Estos códigos de tres letras se denominan codones y se componen de cualquier combinación de ARN y cuatro bases de nucleótidos. Los codones son uno de los factores encargados de asegurar la correcta síntesis de una determinada proteína. La síntesis de proteínas comienza cuando el ARNm llega al sitio del ribosoma. El ribosoma es la estructura que producirá las proteínas, pero necesita tener la información o los planos adecuados para hacerlo. El ARNm tiene las secuencias genéticas de estas proteínas y el ribosoma lee las instrucciones para crear las proteínas.

En general, el inicio de la síntesis de proteínas se inicia con la lectura del codón AUG o metionina. Este es un codón de inicio que especifica el comienzo de la cadena de proteínas. Cuando el ribosoma lee este codón de inicio, el ARN de transferencia también se introduce en el ribosoma. Este ARN de transferencia tiene los aminoácidos necesarios y un anti-codón, o la secuencia complementaria al codón especificado por el ARN mensajero. La secuencia complementaria de AUG es UAC.

Para que se produzcan proteínas, los codones de ARNm deben coincidir con el anti-codón proporcionado por el ARNt. Si se encuentra una coincidencia, el ribosoma aporta el siguiente bit de información genética de otro tRNA y lo empareja con el siguiente codón proporcionado por el mRNA. Si esto también coincide, los aminoácidos de la nueva cadena de ARNt se unen con los aminoácidos anteriores y los ribosomas pasan al siguiente codón de la secuencia.

Este mismo proceso continuará hasta que el ribosoma encuentre el codón para especificar el final de esa secuencia, el codón de parada. El codón de terminación de una hebra de ARNm puede ser UGA, UAG o UAA. Una vez que se encuentra este codón de parada, finaliza el proceso de codificación de proteínas. Hay 64 codones en total. Uno es el codón de inicio y tres de ellos son codones de terminación, por lo que hay 61 codones que se pueden combinar de diferentes formas. Los humanos crean aminoácidos con solo 20 codones diferentes, al igual que otros organismos, por lo que los humanos tienen muchas redundancias dentro de la cadena de codones. Como ejemplo, los codones UUG y UUA son ambos capaces de codificar la proteína leucina. Mientras tanto, la proteína prolina está codificada por CCA, CCC y CCU.

Una de las razones por las que existen múltiples codones que codifican la misma proteína es porque esto ayuda a defender la secuencia genética contra mutaciones y los problemas consiguientes que podrían ocurrir si se interrumpiera la síntesis de proteínas. Si bien algunas mutaciones pueden ser beneficiosas, muchas mutaciones causan diversos trastornos genéticos y cánceres o nos ponen en mayor riesgo de contraer diversas enfermedades. El hecho de que múltiples codones codifiquen las mismas proteínas ayuda a minimizar los riesgos de desarrollar mutaciones dañinas.

También existen mutaciones denominadas mutaciones silenciosas porque, aunque hay cambios en la secuencia del ADN, la proteína particular que se produce termina siendo la misma. Estas mutaciones silenciosas (también denominadas sustituciones anónimas) se encuentran en situaciones como la producción de la proteína leucina. Si bien la secuencia de ADN CTT normalmente codificaría la leucina, podría ocurrir una mutación que cambie la secuencia a CTC. Sin embargo, esta mutación en particular todavía produciría leucina y, por lo tanto, es una mutación silenciosa.


Información del artículo

Receptores acoplados a proteína G: estructura y función en el descubrimiento de fármacos

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Hidrólisis

Los polipéptidos de cadena larga se pueden formar uniendo muchos aminoácidos entre sí mediante enlaces peptídicos. El enlace peptídico solo puede romperse mediante hidrólisis, donde los enlaces se rompen con la adición de una molécula de agua. Debido a que esta reacción es la inversa de la formación de enlaces peptídicos, es exergónica (libera energía) y ocurre espontáneamente. A pesar del hecho de que los enlaces peptídicos querrán romperse espontáneamente, la energía de activación para esta reacción es lo suficientemente alta como para que los enlaces peptídicos sean metaestables y se romperán muy lentamente. Los organismos vivos tienen enzimas que son capaces de formar y romper enlaces peptídicos.


Información de soporte

S1 Fig. Relaciones ortólogas entre isoformas de ATG8 solanáceas.

Una vista más detallada de la figura 1a. Árbol filogenético de máxima verosimilitud sin raíces de 29 homólogos de ATG8, con clados marcados a la derecha y colores que indican las especies de plantas. El árbol se calculó en MEGA7 [38] a partir de un alineamiento de 369 nucleótidos (MUSCLE [39], basado en codones). Se indican los soportes de arranque de los nodos principales. La barra de escala indica la distancia evolutiva basada en la tasa de sustitución de nucleótidos. ATG8, proteína relacionada con la autofagia 8.

S2 Fig. Relaciones ortólogas entre S. tuberosum y norte. Benthamiana Isoformas de ATG8.

(A-D) Alineaciones de S. tuberosum y norte. Benthamiana ATG8s por clade (MUSCLE [39]), visualizados con Jalview. S. tuberosum Los ATG8 se nombran como en S1 Fig (B) solo los S. tuberosum ATG8-2.2 se muestra para la alineación del clado 2, ya que tanto ATG8-2.1 como ATG8-2.2 tienen la misma secuencia de aminoácidos. ATG8, proteína relacionada con la autofagia 8.

S3 Fig. Diversidad de secuencia entre las isoformas ATG8 de la patata.

Alineación de todos S. tuberosum ATG8s (MUSCLE [39], visualizado con Jalview, con el modelo de proteína anterior correspondiente a la estructura ATG8-2.2). Los ATG8 se nombran como en la figura S1. Solo ATG8-2.2 está incluido en la alineación, ya que tanto ATG8-2.1 como ATG8-2.2 tienen la misma secuencia de aminoácidos. Los límites de la región Swap 3 se indican entre paréntesis y los aminoácidos mutados en los mutantes puntuales ATG8-4 están marcados con asteriscos (*). ATG8, proteína relacionada con la autofagia 8.

S4 Fig. Los datos del interactoma ATG8 son reproducibles a través de réplicas.

Los valores de PSM para las dos réplicas de cada isoforma de ATG8 en el conjunto de datos del interactoma (621 interactores) se trazaron en pares con una línea de mejor ajuste, mostrando la reproducibilidad en las réplicas. los R Se informan 2 valores para cada correlación para cada par de réplicas. ATG8, proteína relacionada con la autofagia 8 PSM, coincidencia de péptido a espectro.

S5 Fig. Las isoformas de ATG8 solanáceas tienen distintos perfiles de interacción de proteínas.

Los valores promedio de PSM para cada isoforma de ATG8 en el conjunto de datos del interactoma (621 interactores) se utilizaron para generar una matriz de correlación, que muestra distintos perfiles de interacción para cada ATG8, con diversos grados de superposición. ATG8, proteína relacionada con la autofagia 8 PSM, coincidencia de péptido a espectro.

S6 Fig. Resumen gráfico para las representaciones de red del interactoma ATG8.

Tanto para la Fig. 1c como para la Fig. S7, los nodos se escalan al número de interactores presentes en cada grupo de anotación GO respectivo, y los bordes se ponderan a los valores PSM promedio para todas las proteínas en ese grupo de anotación GO para cada ATG8. Los nodos están etiquetados donde los valores promedio de PSM son más diferenciales en comparación con otros ATG8. ATG8, proteína relacionada con la autofagia 8 PSM, coincidencia de péptido a espectro.

S7 Fig. Representación en red de las interacciones entre los ATG8 y los grupos de proteínas definidos por las anotaciones GO del proceso biológico.

Para cada interactor en el conjunto de datos, el más cercano A. thaliana se predijo el homólogo usando BLAST, y las anotaciones GO se obtuvieron usando Blast2GO [60]. Las proteínas se agruparon en función de los términos del compartimento celular y se eligió un subconjunto de grupos para su representación. Los tamaños de los nodos se escalan al número de interactores en cada grupo respectivo, y los bordes se pesan a los valores promedio de PSM para todos los interactores en cada grupo respectivo para cada ATG8. Los nodos están etiquetados donde el valor promedio de PSM es más diferencial en comparación con los otros ATG8. Los nodos sombreados en gris exhiben valores PSM promedio similares entre todos los ATG8, y las etiquetas para estos se incluyen en el cuadro gris. La figura S6 proporciona una leyenda gráfica de la figura. ATG8, proteína 8 GO relacionada con la autofagia, ontología genética PSM, coincidencia de péptido a espectro.

S8 Fig. Representación en red de la interacción entre ATG8 de papa y endógenos norte. Benthamiana ATG8s.

(A) Representación en red de las interacciones entre ATG8 de papa y endógenos norte. Benthamiana ATG8s. Los anchos de los bordes se ponderan según los recuentos de péptidos normalizados de GFP que se muestran en (B). Las relaciones espaciales entre los ATG8 se escalan aproximadamente a la identidad de la secuencia de aminoácidos, con más ATG8 relacionados con la secuencia agrupados juntos, utilizando Cytoscape [61]. El cuatro norte. Benthamiana Los ATG8 presentes en el conjunto de datos del interactoma ATG8, etiquetados aquí como NbATG8-1– NbATG8-4, se etiquetan correspondientemente en la tabla S1 y la figura S1, como referencia. ATG8, proteína relacionada con la autofagia 8 GFP, proteína verde fluorescente.

S9 Fig. Nivel significativo de superposición entre los norte. Benthamiana El interactoma ATG8 y el interactoma ATG8 humano de Behrends et al. (2010) [22].

(Izquierda) Representación gráfica de las proteínas relacionadas compartidas entre los norte. Benthamiana El interactoma ATG8 (621 proteínas) y el interactoma ATG8 humano de Behrends y colegas (776 proteínas), con la cantidad de superposición entre los círculos del interactoma escalado al porcentaje de norte. Benthamiana Interactores de ATG8 compartidos. El número de norte. Benthamiana Interactores ATG8 con una proteína relacionada en el interactoma ATG8 humano se enumera encima de la flecha gris, a la izquierda, mientras que el número de interactores ATG8 humano con una proteína relacionada en el norte. Benthamiana Los interactomas ATG8 se enumeran encima de la flecha gris, a la derecha. La discrepancia entre estos números se debe a la existencia de proteínas parálogas en norte. Benthamiana o posibles falsas duplicaciones dentro del norte. Benthamiana proteoma. (Derecha) Representación gráfica análoga de las proteínas relacionadas compartidas entre tres conjuntos aleatorios de proteínas (621 proteínas cada uno), por separado, y el interactoma ATG8 humano de Behrends y colegas (776 proteínas). ATG8, proteína relacionada con la autofagia 8.

S10 Fig.

(A) Gel SDS / PAGE teñido con azul de Coomassie que muestra isoformas de ATG8 purificadas utilizadas en estudios de unión in vitro. (B) masas intactas para las isoformas de ATG8 expresadas y purificadas en este estudio. (C) Tabla que resume los datos termodinámicos y cinéticos que se extrajeron para cada ciclo de ITC entre el péptido PexRD54 AIM y las isoformas ATG8. (D) Segunda réplica de ITC que mide la interacción entre el péptido PexRD54 AIM y las isoformas ATG8. Los paneles superiores muestran diferencias de calor tras la inyección de ligandos y los paneles inferiores muestran los calores de inyección integrados (•) y el mejor ajuste (línea continua) a un modelo de unión de un solo sitio utilizando el software de análisis MicroCal PEAQ-ITC. AIM, motivo que interactúa con ATG8 ATG8, proteína relacionada con la autofagia 8 ITC, calorimetría de titulación isotérmica SDS / PAGE, electroforesis en gel de dodecilsulfato de sodio / poliacrilamida.

S11 Fig.

(A) Gel SDS / PAGE teñido con azul de Coomassie que muestra ATG8-4-S1 y ATG8-4-S3 purificados utilizados en estudios de unión in vitro. (B) Masas intactas para intercambios de ATG8 (ATG8-4-S1 y ATG8-4-S3) y PexRD54 expresados ​​y purificados en este estudio. (C) Tabla que resume los datos termodinámicos y cinéticos que se extrajeron para cada corrida de ITC entre el péptido PexRD54 de longitud completa, el péptido PexRD54 AIM y los intercambios ATG8. (C) Réplicas de ITC que miden la interacción entre los intercambios de ATG8 y el péptido AIM PexRD54 (izquierda) y la proteína de longitud completa (derecha). Los paneles superiores muestran diferencias de calor tras la inyección de ligandos y los paneles inferiores muestran los calores de inyección integrados (•) y el mejor ajuste (línea continua) a un modelo de unión de un solo sitio utilizando el software de análisis MicroCal PEAQ-ITC. ATG8, proteína relacionada con la autofagia 8 ITC, calorimetría de titulación isotérmica SDS / PAGE, electroforesis en gel de dodecilsulfato de sodio / poliacrilamida.

S12 Fig. Representación esquemática de (A) ATG8-4 y (B) ATG8-2.2 con péptido PexRD54 AIM en la cavidad de unión.

La superficie molecular de cada ATG8 que entra en contacto con el péptido AIM se muestra en magenta. El péptido AIM se muestra como una representación de barra en cada estructura, con los residuos etiquetados. Las hélices α, las cadenas β y los extremos N y C de ATG8-4 y ATG8-2.2 están marcados. AIM, motivo que interactúa con ATG8 ATG8, proteína relacionada con la autofagia 8.

S13 Fig.

(A) SDS-PAGE teñido con Coomassie que muestra ATG8-4-V32I purificado. (B) La identidad de ATG8-4-V32I se confirmó midiendo la masa intacta usando MS. (C) Tabla que resume los datos termodinámicos y cinéticos que se extrajeron para cada corrida de ITC entre el péptido AIM PexRD54 de longitud completa, el péptido PexRD54 AIM y el ATG8-4-V32I. (D) Segunda réplica de la traza ITC que muestra la interacción entre ATG8-4-V32I y el péptido AIM PexRD54. (E) Réplicas de las trazas de ITC que muestran la interacción entre ATG8-4-V32I y el PexRD54 de longitud completa. AIM, motivo de interacción ATG8 ATG8, proteína relacionada con la autofagia 8 ITC, calorimetría de titulación isotérmica MS, espectrometría de masas SDS-PAGE, electroforesis en gel de poliacrilamida / dodecilsulfato de sodio.

S14 Fig. La primera cadena β de ATG8 sustenta la interacción con proteínas vegetales.

Para cada interactor en el conjunto de datos, los datos de recuento de péptidos promedio para ATG8-2.2 (verde azulado), ATG8-4 (gris claro) y ATG8-4-S3 (verde) se normalizaron a ATG8-2.2 o ATG8-4 basados ​​en datos sobre la categoría de enriquecimiento que se analiza: (A) los valores para los interactores enriquecidos en ATG8-2.2 se normalizaron a ATG8-2.2, (B) los valores para los interactores enriquecidos en ATG8-4 se normalizaron a ATG8-4, y (C) los valores para Los interactores se normalizaron a ATG8-2.2. Para los interactores enriquecidos con (A) ATG8-2.2 y los interactores enriquecidos con (B) ATG8-4, esto resalta la diferencia en cómo ATG8-2.2 y ATG8-4 interactúan con cada proteína en el conjunto y cómo las interacciones ATG8-4-S3 comparar. Para los interactores enriquecidos con (A) ATG8-2.2, el asterisco (*) marca las proteínas que no mostraron diferencias estadísticas en su interacción con ATG8-4-S3 en comparación con ATG8-2.2 (en la figura 6d, "enriquecimiento (+) S3" ) para los interactores enriquecidos con (B) ATG8-4, el asterisco (*) marca las proteínas que no mostraron diferencias estadísticas en su interacción con ATG8-4-S3 en comparación con ATG8-4. Para (C) interactores comunes, el gráfico destaca la similitud en la forma en que ATG8-2.2, ATG8-4 y ATG8-4-S3 interactúan con cada proteína en el conjunto debido a la falta de diferencia estadística, esta característica no está marcada. ATG8, proteína relacionada con la autofagia 8.

S15 Fig. La región ATG8 que rodea la primera cadena β es responsable de la unión discriminatoria a la Vps4 de patata.

(A) Experimento de Co-IP entre la patata Vps4 y el mutante Vps4 AIM (Vps4 AIM) —cambiando la secuencia AIM de SDFEDL a SDAEDA— con ATG8-2.2. Vps4: 3xMyc y Vps4 AIM: 3xMyc se coexpresaron transitoriamente con GFP: EV y GFP: ATG8-2.2, respectivamente. (b) Experimento de Co-IP entre Vps4 y ATG8-2.2, ATG8-4 y ATG8-4-S3. Vps4: 3xMyc se coexpresó transitoriamente con GFP: ATG8-2.2, GFP: ATG8-4 y GFP: ATG8-4-S3. Para (A-B), los IP se obtuvieron con antisuero anti-GFP y los extractos de proteínas totales se inmunotransfirieron con los antisueros apropiados (enumerados a la derecha). Las estrellas indican los tamaños de banda esperados. (C) Árbol filogenético de máxima verosimilitud sin raíces de ortólogos de Saccharomyces cerevisiae (levadura) Vps4 de especies de plantas seleccionadas, con el norte. Benthamiana Vps4 identificado en el experimento IP-MS con estrella (*) y el S. tuberosum Vps4 probado en experimentos Co-IP marcados ("Vps4"). Los colores indican especies, y los soportes de arranque se indican cuando & gt0.7. El árbol se calculó en MEGA7 [38] a partir de una alineación de 448 aminoácidos (MUSCLE [39], basada en codones). La barra de escala indica la distancia evolutiva basada en la tasa de sustitución de aminoácidos. (D) Alineación de las secuencias de Vps4 incluidas en el árbol filogenético en (C), excluidas las secuencias Nbv6.1trA11845 y Nbv6.1trP33573, que son casi idénticas en secuencia a NbS00008926g0010.1. La presencia de un AIM previsto según lo determinado por iLIR se marca con un recuadro rojo [40]. AIM, motivo de interacción ATG8 CoIP, co-inmunoprecipitación GFP: EV, vector vacío de proteína fluorescente verde IP, inmunoprecipitado IP-MS, inmunoprecipitación seguida de espectrometría de masas Vps4, clasificación de proteínas vacuolares 4.

S16 Fig. Distribución normal de datos de análisis de mutantes ATG8-4-S3 comparativos.

La desviación estándar (stdev) versus la media se representa para los datos de recuento de péptidos normalizados de GFP para tres réplicas de cada construcción probada en IP-MS, (A) ATG8-2.2, (B) ATG8-4 y (C) ATG8-4 -S3, mostrando una distribución normal en cada uno. (D) Un histograma de ANOVA pag-valores que muestran el alto nivel de significancia dentro del conjunto de datos. ATG8, proteína relacionada con la autofagia 8 GFP, proteína verde fluorescente IP-MS, inmunoprecipitación seguida de espectrometría de masas.

Tabla S1. Interactoma ATG8.

Para cada norte. Benthamiana interactor en el conjunto de datos (621 proteínas), los AIM putativos se predijeron utilizando iLIR [40], el más cercano A. thaliana y METRO. polimorfa los homólogos se predijeron usando BLAST, y los AIM en estos homólogos se predijeron nuevamente usando iLIR. Cada interactor se describe así, por columna: norte. Benthamiana accesión ("Nb"), identificación de proteínas ("Nb_protein_ID") y número de AIM putativos ("Nb_AIM") A. thaliana homólogo número de acceso ("At"), BLAST% de identidad ("At_% ID"), BLAST Expect (E) valor ("At_evalue"), identificación de proteína ("At_protein_ID"), número de putativo norte. Benthamiana AIM conservados ("At_conserved_AIMs") y anotaciones GO ("At_compartment" y "At_process_function") determinadas utilizando Blast2GO [61] el METRO. polimorfa homólogo número de acceso ("Mp"), BLAST% de identidad ("Mp_% ID"), BLAST E valor ("Mp_evalue"), identificación de proteínas ("Mp_protein_ID") y número de putativo norte. Benthamiana AIM conservados (“Mp_conserved_AIMs”). Las proteínas relacionadas dentro del conjunto de datos de Behrends y colegas, como se resume en la Fig. S9, se enumeran para cada interactor relevante ("human_gene_name"). Además, se adjuntan los valores PSM promedio para las dos réplicas de cada isoforma ATG8, así como EV. AIM, motivo que interactúa con ATG8 ATG8, proteína 8 EV relacionada con la autofagia, vector vacío GO, ontología genética PSM, coincidencia de péptido a espectro.

Tabla S2. Superposición entre el interactoma ATG8 y el interactoma ATG8 humano de Behrends et al [22].

Los nombres de los genes de los candidatos a interactores ATG8 humanos de Behrends et al. (2010) (776 proteínas) se utilizaron para recuperar las secuencias de proteínas correspondientes de Ensembl y UniProt [66,67]. Las proteínas relacionadas con los interactores ATG8 humanos dentro del interactoma ATG8 se determinaron mediante BLAST, con un valor de corte esperado (E) de 1 × 10-15. los norte. Benthamiana Interactores relacionados con las proteínas en el interactoma ATG8 humano (proteínas 297) se enumeran por accesión ("Nb"), junto con el norte. Benthamiana identificación de proteína ("Nb_protein_ID"), el nombre del gen del interactor ATG8 humano relacionado ("Hs_gene_name"), la identificación de proteína humana ("Hs_protein_ID") y los resultados de la búsqueda BLAST. ATG8, proteína relacionada con la autofagia 8.

Tabla S3. Secuencias AIM del interactoma ATG8 y conservación.

Para cada norte. Benthamiana interactor en el conjunto de datos de IP-MS, los AIM putativos se predicaron utilizando iLIR [40]. Estos AIM putativos son registrados por norte. Benthamiana accesión ("Nb"), con los puntos de inicio ("Nb_start") y final ("Nb_end") del AIM incluidos, así como la secuencia ("Nb_sequence") y la puntuación de predicción de iLIR ("Nb_PSSM"). Para norte. Benthamiana proteínas con múltiples AIM predichas, todas están incluidas. Para cada proteína, la más cercana A. thaliana ("En") y METRO. polimorfa ("Mp") homólogos también se analizaron para AIM putativos, y los conservados con norte. Benthamiana fueron grabados. Para cada AIM conservado, se definió la puntuación de conservación (número de posiciones conservadas) ("At_conserved" y "Mp_conserved"), así como los sitios de inicio y finalización de AIM, la secuencia y la puntuación de predicción. AIM, motivo de interacción ATG8 ATG8, proteína relacionada con la autofagia 8 IP-MS, inmunoprecipitación seguida de espectrometría de masas.

Tabla S4. Superposición entre los conjuntos de datos ATG8 interactome y Swap3 interactome.

El interactoma ATG8 (tabla S1) y el interactoma Swap3 (tabla S4) fueron referenciados por norte. Benthamiana accesión ("Nb") y descripción de la proteína ("Nb_protein_ID"). Los interactuantes definidos como compartidos entre los conjuntos de datos se determinaron haciendo coincidir los números de acceso (verde) o de manera familiar mediante la descripción exacta de la proteína (azul). ATG8, proteína relacionada con la autofagia 8 Swap3, ATG8-4 quimera swap 3.

Tabla S5. Conjunto de datos de análisis de mutantes ATG8-4-S3 comparativos.

los norte. Benthamiana Las proteínas en el conjunto de datos (proteínas 291) se dividieron en categorías de enriquecimiento en función de si mostraban un (pag & lt 0.05) interacción más fuerte con ATG8-2.2 o ATG8-4, según lo determinado por un ANOVA con una prueba post hoc de Tukey. Los interactores que no mostraron diferencias significativas en su interacción con cualquiera de las proteínas se clasificaron como "comunes" (columna de "enriquecimiento"). Esto dio como resultado que 178 interactores se definieran como enriquecidos con ATG8-2.2, 6 como enriquecidos con ATG8-4 y 107 como comunes. Para cada interactor enriquecido con ATG8-2.2, determinamos si ATG8-4-S3 mostró una (pag & lt 0.05) diferencia en su fuerza de interacción en comparación con ATG8-2.2, usando un ANOVA con una prueba de Tukey post hoc (columna “S3-2.2”). Las proteínas que no mostraron diferencias estadísticas en su interacción con ATG8-4-S3 en comparación con ATG8-2.2 se clasifican como "+", las que mostraron una interacción estadísticamente más débil se clasifican como "-". Para cada interactor específico de ATG8-4, se determinó si ATG8-4-S3 mostró una (pag & lt 0.05) diferencia en su fuerza de interacción en comparación con ATG8-4 usando un ANOVA con una prueba de Tukey post hoc (columna “S3-4”). Las proteínas que no mostraron diferencias estadísticas en su interacción con ATG8-4-S3 en comparación con ATG8-4 se clasifican como "+", las que mostraron una interacción estadísticamente más débil se clasifican como "-". Además de este análisis, se incluyeron las mismas descripciones interactor del interactoma ATG8 (tabla S1), incluidos los AIM predichos, A. thaliana ortólogos, anotaciones GO, METRO. polimorfa ortólogos y conservación AIM en ambas especies, junto con los datos de recuento de péptidos normalizados GFP promediados para todas las construcciones. AIM, motivo que interactúa con ATG8 ATG8, proteína relacionada con la autofagia 8 GFP, proteína verde fluorescente GO, ontología genética.

Tabla S6. Intercambiar secuencias AIM interactomas y conservación.

Para cada norte. Benthamiana interactor en el análisis comparativo de mutantes ATG8-4-S3, los AIM putativos se predicaron utilizando iLIR [40]. Estos AIM putativos son registrados por norte. Benthamiana accesión ("Nb"), con los puntos de inicio ("Nb_start") y final ("Nb_end") del AIM incluidos, así como la secuencia ("Nb_sequence") y la puntuación de predicción de iLIR ("Nb_PSSM"). Para norte. Benthamiana proteínas con múltiples AIM predichas, todas están incluidas. Para cada proteína, la más cercana A. thaliana ("En") y METRO. polimorfa ("Mp") homólogos también se analizaron para AIM putativos, y los conservados con norte. Benthamiana fueron grabados. Para cada AIM conservado, se definió la puntuación de conservación (número de posiciones conservadas) ("At_conserved" y "Mp_conserved"), así como los sitios de inicio y finalización de AIM, la secuencia y la puntuación de predicción. AIM, motivo que interactúa con ATG8 ATG8, proteína relacionada con la autofagia 8.


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