Aminoácidos: Estructura y Características Fundamentales
Los aminoácidos (AA) son la unidad estructural de las proteínas. Estos compuestos se caracterizan por tener una estructura similar que contiene una parte ácida, conocida como grupo carboxilo; una parte básica, que se conoce como grupo amino; y una parte orgánica, llamada grupo radical (R). Las diferencias en los AA se deben a la naturaleza del radical, que puede tener solo hidrógeno (glicina), un grupo amino adicional (lisina), u otro grupo carboxilo (ácido glutámico), entre otros.
Reacciones de Identificación de Aminoácidos
1. Reacción de la Ninhidrina
Esta reacción se utiliza para la detección de AA y, actualmente, está acoplada a sistemas de valoración automática. La ninhidrina (hidrato de tricetohidrindeno) es un oxidante energético que, mediante una desaminación oxidativa de los AA, conduce a la formación de un aldehído (que contiene un átomo de carbono menos que el compuesto original), con liberación de amoníaco, CO₂ y formación de la ninhidrina reducida o hidrindantina. La molécula de hidrindantina, en presencia de otra de ninhidrina, se condensa a través del amoníaco, produciendo una estructura denominada indanona o púrpura de Ruhemann, dando lugar a la formación de un producto de color azul o púrpura, excepto para la prolina, hidroxiprolina y, en menor medida, para la histidina. Es importante recordar que la coloración azulada o púrpura será proporcional a la concentración del aminoácido. La ninhidrina, un agente oxidante poderoso, reacciona con todos los α-aminoácidos a un pH entre 4 y 8. Los iminoácidos prolina e hidroxiprolina (que estructuralmente no poseen el grupo amino libre, sino un grupo imino) también reaccionan con la ninhidrina, pero en este caso se obtiene un color amarillo en vez del azul o violeta.
2. Reacción Xantoproteica
La fenilalanina y la tirosina son AA monocíclicos y, por lo tanto, poseen un núcleo bencénico que es responsable de esta reacción. Cuando las soluciones de estos AA son tratadas con ácido nítrico concentrado, este nitra los núcleos bencénicos de los AA u oxida sus cadenas laterales, formando nitrofenoles cuyas sales de sodio son muy coloreadas. Una coloración amarilla fuerte indica la presencia de estos AA.
3. Reacción de los Aminoácidos Azufrados (Cisteína)
Esta reacción se basa en la separación, mediante un álcali, del azufre de los AA, dando sulfuro de sodio, el cual, al reaccionar con una solución de acetato de plomo, forma sulfuro de plomo. Se pone de manifiesto por la formación de un precipitado negruzco de sulfuro de plomo.
4. Reacción de Millon (Tirosina)
En esta prueba, los compuestos mercúricos en medios fuertemente ácidos (ácido nítrico del reactivo) se condensan con el grupo fenólico, formando un compuesto de color rojo ladrillo o rojizo. Esta reacción es producida por el grupo fenólico de la tirosina. Debe tomarse en cuenta que, en el caso de que la solución a examinar sea muy alcalina, debe ser previamente neutralizada, ya que el álcali precipitaría al ion mercurio en óxidos amarillos. La prueba no es satisfactoria para soluciones que contienen gran cantidad de sales inorgánicas, ya que el mercurio del reactivo de Millon es precipitado y se vuelve negativo. Por esta razón, este reactivo no se utiliza para medir albúmina en orina.
5. Reacción del Ácido Nitroso sobre los Aminoácidos
La reacción es general y no específica. Se observa el desprendimiento de N₂.
6. Reacción de Sakaguchi (Arginina)
Reconoce el grupo guanidinio en medio alcalino.
7. Reacción de Adamkiewicz (Triptófano)
Esta reacción es propia del triptófano en combinación peptídica y es producida por el ácido glioxílico, contenido como impureza en el ácido acético comercial, y se debe al grupo indol del triptófano.
Proteínas: Composición y Análisis
Las proteínas constituyen un grupo de sustancias de gran valor biológico y se encuentran, sin excepción, en todos los organismos. El análisis de la constitución de las proteínas se realiza por hidrólisis, tratando con ácidos, álcalis en caliente, o enzimas como la tripsina a temperatura ambiente. Cuando las proteínas se hidrolizan, se obtienen sus aminoácidos, que se diferencian por sus grupos radical R.
Clasificación de las Proteínas por su Solubilidad
Para ello, se emplea agua, soluciones salinas, ácidas, alcalinas y etanol.
Escleroproteínas
Son totalmente insolubles. Pertenecen al grupo de proteínas fibrosas y están presentes solo en tejidos animales: queratina, colágeno, elastina, etc.
Esferoproteínas
Se clasifican en 6 grupos:
a) Albúminas
Son proteínas solubles en agua y solución salina. Pertenecen al tipo de proteínas globulares, cuya molécula es de peso molecular (PM) relativamente bajo. Son más simétricas que las moléculas de globulinas y se encuentran en tejidos animales y vegetales.
b) Globulinas
Son insolubles en agua, pero solubles en soluciones salinas concentradas. Poseen un PM mayor que las albúminas, son menos hidrófilas y precipitan más fácilmente por adición de sales. En el plasma sanguíneo existe una gran variedad de globulinas.
c) Glutelinas
Son insolubles en agua y soluciones salinas, pero solubles en álcalis y ácidos. Se encuentran principalmente en granos de cereales.
d) Prolaminas o Gliadinas
Son solubles en etanol (50-80%). No coagulan por el calor. Ejemplo: gliadina del trigo.
e) Histonas
Se encuentran unidas a los ácidos nucleicos. Son proteínas de bajo peso molecular con gran cantidad de aminoácidos básicos. Son solubles en agua y ácidos y contienen una alta proporción de aminoácidos como lisina, arginina e histidina.
f) Protaminas
Proteínas sencillas de bajo peso molecular, solubles en agua, ácidos diluidos y álcalis. No coagulan por el calor y son predominantemente básicas. Están asociadas a ácidos nucleicos en esperma de peces.
Desnaturalización de Proteínas
Las moléculas proteicas son sensibles a un gran número de factores, como la acción de agentes físicos (calor, radiaciones, congelamientos repetidos, grandes presiones, etc.) o químicos (ácidos o álcalis concentrados, solventes orgánicos, etc.), y pueden sufrir alteraciones en su conformación al afectarse las fuerzas que las mantienen. La desorganización de la estructura molecular, proceso que se conoce como desnaturalización, lleva a la pérdida de propiedades y funciones naturales de las proteínas. Las proteínas, debido al gran tamaño de sus moléculas, forman con el agua soluciones coloidales.
Propiedades y Reacciones de las Proteínas
Las proteosas, peptonas, gelatinas, caseína, etc., no coagulan por el calor. Las reacciones con ácidos minerales concentrados son complejas; la mayoría forma un precipitado denso por la adición de una pequeña cantidad de ácidos, pero al adicionar más ácidos, los cambios resultantes de la actividad de los hidrogeniones producen resultados que comprenden dilución e hidrólisis. Las proteínas pueden precipitar por acción del alcohol, pero si la coagulación o precipitación se realiza a baja temperatura y el contacto con el reactivo es por poco tiempo, las proteínas pueden ser redisueltas agregando agua. Las reacciones de los metales pesados (Cu, Fe, Pb, Zn, etc.) precipitan las proteínas bajo determinadas condiciones de pH y temperatura. El Cl₂Hg y el NO₃Ag producen precipitados densos. El SO₄Cu y el Cl₃Fe precipitan las proteínas, pero en exceso las redisuelven. Estas sales sufren una disociación electrolítica y, por lo tanto, cuando se encuentran en exceso, producen una acidez suficiente para la redisolución proteica. Las sales neutras hacen que las proteínas precipiten, especialmente en su punto isoeléctrico, en un proceso llamado salazón. Las sales empleadas más frecuentemente son: sulfato de amonio, sulfato de magnesio (Mg) y cloruro de sodio (NaCl). Algunas proteínas necesitan saturación completa de la sal, mientras que otras precipitan a bajas concentraciones. La separación de albúminas y globulinas puede hacerse con sulfato de magnesio (Mg) o de sodio (Na).
Acción del Calor
La elevación de la temperatura produce la coagulación de las proteínas, tornándolas insolubles, y el coágulo consiste en una masa gelatinosa. La escala de temperatura en que aparece la coagulación varía según las diferentes proteínas, entre 38 °C y 75 °C aproximadamente. Cuanto más se acerca al punto isoeléctrico, más completamente coagula la proteína.
Acción del Alcohol
Las proteínas pueden ser precipitadas por acción del alcohol, pero solo es completa cuando estas se encuentran en el punto isoeléctrico. Fuera del mismo, se necesitan concentraciones elevadas del alcohol y tampoco es segura la precipitación completa. Si la coagulación o precipitación se efectúa a baja temperatura y el contacto con el reactivo es por poco tiempo, la proteína puede no alterarse y el coágulo puede ser redisuelto agregando agua. Sin embargo, si estas dos condiciones no se observan, se produce la desnaturalización de la proteína y el coágulo es insoluble en agua. La gelatina y las proteosas son precipitadas por el alcohol. La acción antiséptica y desinfectante del alcohol etílico se debe, precisamente, a esta propiedad de coagular las proteínas que intervienen en la constitución de los gérmenes.
Acción de los Metales Pesados
Las reacciones con metales pesados precipitan las proteínas bajo determinadas condiciones de pH, temperatura, etc. El Cl₂Hg y el NO₃Ag producen precipitados densos que no se redisuelven con exceso de reactivo.
Acción de las Sales
Determinadas proteínas necesitan saturación completa de la solución salina, mientras que otras precipitan a bajas concentraciones.
Reacción de Biuret
El nombre de la reacción procede del compuesto coloreado formado por la condensación de dos moléculas de urea con eliminación de amoníaco. Esta reacción es dada por aquellas sustancias cuyas moléculas contienen dos grupos carbamino (-CONH) unidos directamente a través de un solo átomo de carbono o nitrógeno. El reactivo de Biuret contiene Cu₂SO₄ en solución acuosa alcalina (gracias a la presencia de NaOH o KOH). La reacción se basa en la formación de un complejo de coordinación entre los iones Cu²⁺ y los pares de electrones no compartidos del nitrógeno que forma parte de los enlaces peptídicos. Esta última reacción provoca un cambio de coloración: violeta púrpura o violeta rosado. Debe señalarse que el color depende de la naturaleza de las proteínas; las proteínas y péptidos dan un color rosado; la gelatina, un color azul.
Albúmina
Positivos en acción de calor, de sales, de ácido nítrico, de alcohol.
Peptona
Positivos en sales, alcohol; negativos en calor y ácido nítrico.