Modificaciones que añaden grupos funcionales




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Modificaciones que añaden grupos funcionales y Modificaciones que enlazan proteínas

Grupos funcionales


Un grupo funcional es un átomo o grupo de átomos que identifica a una clase de compuestos orgánicos. Es una estructura que se caracteriza por una conectividad y composición específica de cadenas de hidrógeno y carbono que forman hidrocarburos que se dividen: compuestos aromáticos (grupo arilo), alcoholes, aldehídos, cetonas, carboxílicos, éteres, aminas, esteres y amidas.

¿Cómo trabaja un grupo funcional?


Si un hidrocarburo (compuestos formados por cadenas de C e H) sustituye uno o más de sus hidrógenos por un átomo de otro no metal por ejemplo un halógeno, oxígeno o nitrógeno, se obtiene un compuesto derivado con propiedades notablemente diferentes. Tales compuestos presentan estructuras distintas.

El átomo (o grupo de átomos, pues pueden ser dos o más) recién incluido les confiere otras propiedades físicas y químicas. Al grupo de átomos que representa la diferencia se le llama grupo funcional.

Cada grupo funcional da lugar a una determinada serie de propiedades químicas semejantes para todos los compuestos que lo contengan.

Se llama función química a las propiedades comunes que caracterizan a un conjunto de sustancias que tienen estructura semejante, es decir, que poseen un determinado grupo funcional.

Modificaciones que añaden grupos funcionales


La metilación es la adición de un grupo metilo (-CH3) a una molécula.
La metilación post-translacional de las proteínas ocurre en los Nitrógenos y en los Oxígenos, el donador de grupos metilos activado es la S-adenosilmetionina (SAM). Las mutilaciones más comunes están en la ε-amina de los residuos de lisina, metilaciones de nitrógeno adicionales se encuentran en el anillo imidasólico de la histidina, en el grupo guanino de la arginina y en los grupos R del glutamato y del asparato.
La N metilación es una modificación permanente y no se conocen enzimas en los mamíferos que puedan eliminar el grupo metilo. La metilación del oxígeno de los grupos R del glutamato y del aspartato también puede formar ésteres metilados. Las proteínas pueden ser metiladas también en los grupos R-tioles de la cisterna. La metilación de las histonas en el DNA es un regulador importante de la estructura de la cromatina y consecuentemente de la actividad transcipcional, como se indica a continuación muchas proteínas se modifican en su C-terminal por prenilación cerca de un residuo de cisterna en el concenso CAAX. Luego de la reacción de prenilación la proteína es rota en la unión peptídico de la cistína y el residuo de carboxilato es metilado por una proteína prenilada metiltransferasa. Una de esas proteínas que sufre esta modificación es el proto-oncogen RAS.



N-Metilarginina


Un grupo acilo es un grupo derivado de un oxoácido, normalmente un ácido carboxílico, por eliminación de al menos un grupo hidroxilo (-OH). Los derivados de ácido carboxílico, ésteres, anhídridos de ácido, haluros de ácido y amidas, tienen como fórmula general R-CO-.

En química, la acilación (raramente, pero más formalmente: alcanoilación) es el proceso de agregar un grupo acilo a un compuesto. El compuesto que provee el grupo acilo es denominado el grupo acilante.

Debido a que forman electrófilos fuertes cuando son tratados con algún metal, los halogenuros de acilo son usados comúnmente como agentes acilantes. Por ejemplo, la acilación de Friedel-Crafts utiliza cloruro de acetilo, CH3COCl, como el agente acilante, y cloruro de aluminio (AlCl3) como catalizador para agregar un grupo etanoílo (acetilo) al benceno:

acilación de friedel-crafts del benceno por el cloruro de acetilo

El mecanismo de esta reacción es la sustitución electrofílica aromática.

Los halogenuros de acilo y anhídridos de ácido son también usados comúnmente como agentes acilantes para acilar aminas para formar amidas o acilar alcoholes para formar ésteres. Las aminas y los alcoholes son nucleófilos. El ácido succínico también es usado comúnmente para un tipo específico de acilación denominado succinación.

Un uso industrial de la acilación es en la síntesis de aspirina, en la que el ácido salicílico es acilado por el anhídrido acético, generando ácido acetilsalicílico.

En los aminoácidos la acilación se presenta de la siguiente manera

Familia Acil-aminoácidos

Las sustancias que forman este grupo se preparan mediante la acilación del grupo amino de los -aminoácidos. En el transcurso de la acilación los grupos aminos son neutralizados y el producto resultante es un tensioactivo aniónico.

Podemos diferenciar químicamente cuatro tipos de acil-aminoácidos:

  1. Acil-glutamatos

  2. Acil-péptidos

  3. Sarcosinatos

  4. Tauratos




Subfamilia Acil-glutamatos

Sección:

Tensioactivos

http://www.abacovital.com/fichastecnicas/tensioactivos/anionicos/imagenes/acilgl1.gif

Tipo:

Aniónico

Familia:

Acil-aminoácidos

 

 

  

Propiedades Físico-químicas

Los tensioactivos englobados en esta subfamilia provienen del ácido glutámico. Este es un ácido dicarboxílico que puede formar mono o disales. Las disoluciones acuosas de monosales son levemente ácidas, mientras que las disales son alcalinas. Ambas sales son solubles en agua. 

Este tipo de tensioactivos son malos espumantes.

Los acil-glutamatos son amidas y pueden experimentar reacciones de hidrólisis a determinados pH.


Aplicaciones

Son usados en champús y productos para la limpieza de la piel, por su suavidad.  También se encuentran en detergentes de barra sintéticos. Se afirma que proporcionan a la piel sensación de suavidad.


Estabilidad

A pesar de ser amidas poseen una adecuada resistencia a la hidrólisis en productos cosméticos.


Precauciones

Los datos disponibles sugieren que los acil-glutamatos son un grupo no irritante y no sensibilizante.


Subfamilia Sarcosinatos

Sección:

Tensioactivos

http://www.abacovital.com/fichastecnicas/tensioactivos/anionicos/imagenes/sarcosin.gif

Tipo:

Aniónico

Familia:

Acil-aminoácidos

 

 

Propiedades Físico-químicas

Los sarcosinatos son un pequeño grupo de tensioactivos derivados de la acilación de la sarcosina (N-metil glicina).

Los componentes de esta subfamilia son altamente solubles en agua y tienen un comportamiento muy similar al de los jabones ordinarios. Son buenos espumantes y no se ven afectados por la dureza del agua.

Son suaves con la piel y compatibles con varios tipos de tensioactivos.


Aplicaciones

Debido a la nula agresividad que presentan son usados en champús y varios tipos de productos limpiadores de la piel.


Estabilidad

Los sarcosinatos son amidas y están sujetos a hidrólisis a rangos de pH extremos. Bajo condiciones normales de uso en cosmética son estables.


Precauciones

La suavidad que proporcionan a la piel sugiere que este tipo de productos son seguros en usos cosméticos.


 Subfamilia Acil-péptidos

Sección:

Tensioactivos

http://www.abacovital.com/fichastecnicas/tensioactivos/anionicos/imagenes/acilpe2.gif

Tipo:

Aniónico

Familia:

Acil-aminoácidos

 

 




 

Propiedades Físico-químicas

Los acil-péptidos son preparados por acilación de proteínas hidrolizadas. La fuente principal de proteínas es el colágeno animal, que puede ser hidrolizado bien por vía enzimática bien por vía química.

La reacción de acilación se lleva a cabo mezclando la proteína hidrolizada con un derivado de ácidos grasos naturales. Después de la reacción se requiere un proceso de neutralización con una base. La purificación del producto final es difícil y puede darse la aparición de jabón.

Los acil-péptidos tienen buena estabilidad a rangos de pH neutro. Los derivados de bajo peso molecular son bastante solubles en disolventes orgánicos. 

La mayoría son sólidos pero se pueden encontrar en disoluciones acuosas y ocasionalmente en disoluciones alcohólicas.


Aplicaciones

Los acil-péptidos son suaves agentes limpiadores y tienen aplicación en productos para el cuidado capilar (mascarillas, acondicionadores...). También han sido usados en productos para el cuidado de la piel, especialmente por su habilidad para tolerar las aguas duras. 

Estabilidad

Este grupo de sustancias son amidas y están sometidas a reacciones de hidrólisis. Soportan el crecimiento de especies microbianas. Este grupo exhibe cierta tendencia a inactivar algunos conservantes, lo que obliga a tomar ciertas precauciones en su conservación.


Precauciones

Por lo general son sustancias inocuas. Se afirma que estas sustancias tienen solamente una leve inclinación a desengrasar la piel.





Subfamilia Tauratos







Sección:

Tensioactivos

http://www.abacovital.com/fichastecnicas/tensioactivos/anionicos/imagenes/taurato.gif

Tipo:

Aniónico




Familia:

Acil-aminoácidos




 

Propiedades Físico-químicas

Los tauratos son un pequeño grupo de surfactantes aniónicos que deriva de la taurina (N-metil taurina). Al igual que el resto de subfamilias de acil-aminoácidos se preparan por acilación de la taurina con un derivado de un ácido graso (generalmente un cloruro de ácido).

Estos ácidos sulfónicos son fuertes y muy solubles en agua. Son resistentes a la hidrólisis en un rango de pH bajo. Son buenos espumantes, especialmente en presencia de otros tensioactivos aniónicos, poseen poder detergente y son delicados con la piel.


Aplicaciones

Tienen un uso limitado en cosmética. Se utilizan en baños de espuma.


Estabilidad

Los tauratos son estables en usos cosméticos.


Precauciones

No se dispone de información específica sobre  las propiedades de seguridad de los tauratos.

 




 


La fosforilación es la adición de un grupo fosfato inorgánico a cualquier otra molécula. Su papel predominante en la bioquímica lo convierte en un importante objeto de investigación sobre todo en la fosforilación de proteínas y de fructosa. En el metabolismo, la fosforilación es el mecanismo básico de transporte de energía desde los lugares donde se produce hasta los lugares donde se necesita. Asimismo, es uno de los principales mecanismos de regulación de la actividad de proteínas en general y de las enzimas en particular.

La fosforilación de las proteínas y, en especial de las enzimas, es uno de los principales mecanismos de regulación de su actividad. Igualmente es una de las modificaciones más comunes de las proteínas que ocurre en las células animales. La extensa mayoría de fosforilaciones ocurren como un mecanismo para regular la actividad biológica de una proteína y por tanto son transitorias. En otras palabras un fosfato (o más de uno en muchos casos) es añadido y luego es removido.



Fosfo-serina

Ejemplos fisiológicamente relevantes son de fosforilaciones que ocurren en la glicógeno sintasa y glicógeno fosforilasa en los hepatocitos en respuesta a la liberación del glucagón desde el páncreas. La fosforilación de la sintetasa inhibe su actividad, mientras que, la actividad de la fosforilasa es aumentada. Estos dos acontecimientos conducen al incremento de la entrega hepática de glucosa a la sangre.

Las enzimas que fosforilan las proteínas son denominadas cinazas y las que remueven fosfatos se denominan fosfatasas. Las proteín cinazas catalizan las reacciones del siguiente tipo:

ATP + proteína <——> fosfoproteina + ADP

En las células animales la serina, la treonina y la tirosina son los aminoácidos sujetos de fosforilación. El grupo más grande de cinazas son aquellas que fosforilan las serinas o las treoninas y como tal se denominan serina/treonina cinazas. El cociente de fosforilación de los tres diferentes aminoácidos es aproximadamente 1000/100/1 para serina/ treonina/tirosina.

Aunque el nivel de fosforilación de tirosina es menor, la importancia de la fosforilación de este aminoácido es profunda. Como un ejemplo, la actividad de los numerosos receptores del factor de crecimiento es controlada por la fosforilación de tirosina.

La hidroxilación es una reacción química en la que se introduce un grupo hidroxilo (OH) en un compuesto reemplazando un átomo de hidrógenooxidando al compuesto. En bioquímica, las reacciones de hidroxilación son facilitadas por enzimas llamadas hidroxilasas, tal como la tirosina hidroxilasa.

Ejemplo de una reacción de hidroxilación en la que se añaden dos grupos hidroxilos al reactivo de la Izquierda:

woodward cis-hydroxylation scheme.png.

En el hígado, por ejemplo, el grupo de enzimas citocromo P450 catalizan la hidroxilación de una gran variedad de compuestos, incluyendomedicamentos.1 En la hidroxilación de las proteínas, el principal receptor del grupo hidroxilo suelen ser la prolina y lisina, forman hidroxiprolina e hidroxilisina. Estos aminoácidos son particularmente abundantes en el colágeno.



La glicosilación o glucosilación es un proceso bioquímico en el que se adiciona un glúcido a otra molécula. Esta molécula se denomina aceptor. La molécula aceptora puede ser de muchos tipos, por ejemplo de naturaleza proteica o lipídica.

Cuando la glicosilación se realiza sobre un grupo alcohol o tiol, al proceso se le denomina glucosidación, y la molécula resultante se denomina glucósido.

Uno de los procesos más importantes es la glucosilación proteica. Éste es el primero de los cuatro pasos principales de modificación en la síntesis de las proteínas de las células. Es una modificación que puede darse tanto en etapa traduccional como postraducción sobre una proteína.

La mayoría de las proteínas almacenadas en el retículo endoplasmático rugoso experimentan glicosilación.

N-Glicosilación

Es un tipo de glicosilación que se caracteriza por la adición de un oligosacárido complejo al grupo amino libre de un residuo de asparagina. Es un proceso co-traduccional, cuyas etapas iniciales se encuentran localizadas en el retículo endoplásmico rugoso, con la implicación de gran número de enzimas.

El oligosacárido transferido es previamente sintetizado en el propio retículo por una cadena de enzimas, que actúan secuencialmente sobre un lípido, hasta sintetizar el precursor. Este precursor es transferido por la enzima OST al sitio aceptor.

Tras la transferencia del precursor, se eliminan algunos de sus residuos hasta generar un núcleo mínimo. Sobre este núcleo se darán modificaciones posteriores en el aparato de Golgi hasta generar una gran variedad de glicanos finales

La glicación es un término que describe la modificación postraduccional permanente de los grupos amino de las proteínas por la acción de azúcares reductores. También se denomina reacción de Maillard o incorrectamente “glucosilación no enzimática de proteínas", debido a que la glucosilación es una modificación postraduccional estrictamente enzimática y altamente regulada. Aunque inicialmente se aplicó en la industria alimentaria, la glicación no enzimática es un proceso que ocurre en condiciones fisiológicas in vivo, y afecta también a lípidos y ácidos nucleicos. La acción de los azúcares reductores produciendo alteraciones permanentes, altera no sólo sus características físicas, sino también su función biológica. Estas modificaciones derivadas de la acción de azúcares reductores se han denominadoPGA (por "productos de la glicación avanzada"; en inglés AGE poradvanced glycation end products).1

Se han realizado muchos estudios para tratar de evaluar la importancia de las modificaciones PGA, y los datos indican que la glicación no enzimática juega un papel primordial en los mecanismos patogénicos relacionados con los procesos de envejecimiento normal y la diabetes, como es el caso de las cataratas.
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