Proteínas
Las proteínas son macromoléculas formadas por aminoácidos que expresan la información genética y desempeñan múltiples funciones esenciales en los seres vivos. Representan el 50 % del peso seco celular y participan en casi todas las actividades biológicas.
Funciones de las proteinas
Estructural
Transporte
Movimiento
Defensa
Comunicación
Enzimática
Aminoáciodos
Propiedades
Comportamiento químico
En disolución acuosa, los aminoácidos tienen un comportamiento anfótero, actuando como ácido o base según el pH. A pH fisiológico (~7), predominan los zwitteriones, formas dipolares con el grupo -COOH ionizado y el grupo -NH₂ protonado.
pH disminuye
aa carga positiva: los H⁺ del medio son captados por el grupo –COO⁻, quedando la carga del grupo –NH₃⁺.
pH aumenta
aa carga negativa: el grupo –NH₃⁺ cede un H⁺ al medio, quedando la carga del grupo –COO⁻.
La electroforesis separa moléculas cargadas según su carga y el pH, utilizando un campo eléctrico y papel de celulosa como soporte.
Estereoisomería
Todos los aminoácidos, excepto la glicina, poseen un carbono asimétrico, el carbono α. Como consecuencia, los aminoácidos presentan estereoisomería y tienen actividad óptica.
En la naturaleza, todos los aminoácidos son isómeros L. Excepcionalmente, se encuentran D-aminoácidos en los péptidoglucanos y en ciertos antibióticos.
Aminoácidos esenciales
Los aminoácidos esenciales, obtenidos de la dieta, son clave para sintetizar proteínas y garantizar el desarrollo.
El valor biológico de una proteína depende de los aminoácidos esenciales. Las proteínas animales son completas, mientras que las vegetales pueden complementarse al consumirse juntas.
Clasificación
Con radicales apolares
Alamina (Ala)
Valina (Val)
Leucina (Leu)
Isoleucina (Lle
Prolina (Pro)
Metionina (Met)
Fenilalnina (Phe)
Triptofina Trp)
Cisteína (Cys)
Gilicina (Gly)
Con radicales polares
Serina (Ser)
Treonina (Thr
Glucamina (Gln)
Asparagina (Asn)
Tirosina (Tyr)
Con radicales ácidos
Ác.aspáratico (Asp)
Ác.glutámico (Glu)
Con radicales básicos
Lisina (Lys)
Arginina (Arg)
Histidina (His)
Los aminoácidos son moléculas con un grupo ácido (-COOH), un grupo amino (-NH₂) y una cadena lateral (R). Según la posición del grupo amino respecto al grupo ácido, se clasifican como α, β, γ o δ aminoácidos.
Aminoácidos proteinógenos (forman las proteínas)
Aminoácidos no proteinógenos (no forman parte de proteínas)
Precursores en el metabolismo.
Neurotransmisores.
Parte de las paredes celulares bacterianas
Los péptidos y el enlace peptídico
Estructura de los péptidos
Los aminoácidos se unen mediante un enlace peptídico, que es covalente y de tipo amida. Este enlace se forma entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino de otro, liberando una molécula de agua.
Tipos de péptidos
Cuando se unen dos aminoácidos se forma un dipéptido, con tres se forma un tripéptido, y con cuatro un tetrapéptido, y así sucesivamente. Debido a que cada péptido tiene un grupo carboxilo y uno amino libres, la cadena puede seguir extendiéndose.
Oligopéptidos. 2 - 12 aa.
Polipéptidos. 12 - 100 aa.
Proteínas. +100 y masas moleculares comprendidas entre 6000 - 1.000.000.
El enlace peptídico
El esqueleto del péptido se forma por la secuencia (-NH-CH-CO-). El enlace peptídico elimina el carácter anfótero de los aminoácidos, y las cadenas polipeptídicas pueden ser ácidas o básicas debido a los grupos R y los terminales.
El enlace peptídico, con carácter de doble enlace parcial, limita la rotación y afecta la conformación de los péptidos. Las proteínas tienen propiedades ácidas o básicas y su punto isoeléctrico es el pH donde su carga neta es cero.
Funciones biológicas de los péptidos
Hormonas
Oxitocina
Vasopresina
Somatostatina
Insulina
Glucagón
Antioxidantes
Neurotransmisores
Agentes vasoactivos
Antibióticos
Propiedades de las proteínas
Especificidad
Las proteínas son específicas: actúan sobre sustratos o antígenos concretos y forman estructuras precisas. Las homólogas, similares entre especies, ayudan a estudiar la evolución.
Solubilidad
Las proteínas globulares son solubles en agua gracias a la capa de solvatación formada por sus aminoácidos polares. Al añadir sal, los iones compiten con las cargas de las proteínas; si la sal es muy concentrada, la capa de solvatación se pierde y las proteínas precipitan
Albúminas
Globulinas
Prolaminas
Glutelinas
Escleroproteiías
Desnaturalización
La desnaturalización es la pérdida de la estructura tridimensional de una proteína por factores físicos o químicos, conservando solo su estructura primaria. Esto causa pérdida de función. Puede ser reversible si el daño es leve; si es grave, es irreversible.
Capacidad amortiguadora
Las proteínas son anfóteras, pueden liberar o captar H+, actuando como buffers que regulan el pH. Ejemplo: la hemoglobina en los eritrocitos mantiene el pH en 4,7.
Clasificación de las proteínas
Holoproteínas o proteínas simples
Subtopic
Proteínas globulares
Albúminas
Las proteínas regulan la presión osmótica, almacenan aminoácidos y transportan sustancias como hormonas y toxinas. Ejemplos: lactoalbúmina, ovoalbúmina y seroalbúmina.
Globulinas
Las proteínas globulares grandes incluyen lactoglobulina, ovoglobulina y seroglobulinas. Las α y β-globulinas transportan, y las γ-globulinas son anticuerpos.
Histonas
Las proteínas de baja masa molecular y aminoácidos básicos forman parte de la cromatina, creando estructuras esféricas que enrollan el ADN para formar cromosomas, además de participar en la regulación génica.
Protamínas
Básicas, pequeña masa molecular. Asociadas al ADN en los espermatozoides de todos los animales.
Glutelinas
Se distinguen de las prolaminas en que no coagulan por el calor. Ej: glutenina del trigo.
Glutelinas
Junto con la miosina, las proteínas responsables de la contracción muscular, la citocinesis y la propulsión de los espermatozoides mediante flagelos.
Proteínas fibrosas o escleroproteínas
Colágeno
Es la proteína más abundante en vertebrados, constituyendo más de 1/3 de la proteína total. Forma parte de la matriz extracelular del tejido conjuntivo, presente en piel, cartílagos, huesos, tendones y córnea.
Miosina
Contracción muscular.
Queratinas
Restos del aa cisteína. α-queratinas (piel, pelo, escamas, uñas, lana y cuero). β-queratina (fibras de seda y las telarañas).
Fibrina
Interviene en la coagulación sanguínea, forma una entramado insoluble de células sanguíneas llamada coágulo.
Elastina
Es flexible y elástica, recuperando su forma tras una fuerza. Se encuentra en tejidos de órganos sometidos a deformaciones reversibles, como piel, pulmones y vasos sanguíneos.
Heteroproteínas o proteínas conjugadas
Glucoproteínas
Proteoglucanos
Parte del líquido sinovial, las secreciones mucosas y la pared bacteriana.
Glucoproteínas sanguíneas
Glucoproteínas sanguíneas. Destacan: inmunoglobulinas, el fibrinógeno y las de la membrana de los eritrocitos.
Glucoproteínas integrales de membrana
Asociadas lípidos de la bicapa de las membranas celulares.
Hormonas
Ejemplos incluyen la hormona folículoestimulante (FSH), la hormona tirotropina (TSH) y la hormona luteinizante (LH).
Enzimas
Regulan reacciones químicas como la respiración celular o la replicación del ADN.
Lipoproteínas
Lipoproteínas estructurales
Lipoproteínas sanguíneas
Quilomicrones (QM)
Formados en la mucosa intestinal (enterocitos) por unión de ácidos grasos, glicerina y colesterol. Transportan lípidos adquiridos en la dieta del intestino (a la linfa, a la sangre) a los tejidos: músculo, tejido adiposo e hígado.
Lipoproteínas de baja densidad (LDL y VLDL)
Transportan colesterol del hígado e intestino a los tejidos para formar membranas celulares. En exceso, taponan las arterias, conocido como "colesterol malo".
Lipoproteínas de alta densidad (HDL)
Transportan al hígado el colesterol de los tejidos, donde se metaboliza. “Colesterol bueno”.
Cromoproteínas
De naturaleza porfirínica
Hemoglobina y mioglobina
El grupo prostético hemo, con hierro (Fe²⁺) y color rojo, se encuentra en hemoglobina (eritrocitos) y mioglobina (músculos estriados), donde transportan oxígeno.
Peroxidasas, catalasas y citocromos
El grupo prostético hemo, con hierro (Fe³⁺), se encuentra en enzimas y citocromos, que actúan como transportadores de electrones en células aerobias.
De naturaleza no porfirínica
Fosfoproteínas
Fosfoproteínas
GP: un ácido fosfórico.Ej: caseína (leche) y vitelina (yema del huevo).
Nucleoproteínas
GP: un ácido nucleico, ADN o ARN. Ej: ribosomas (con ADN) y cromatina (con ARN).
Estructura de las proteínas
La actividad biológica de las proteínas depende de su estructura tridimensional. Existen cuatro niveles de organización estructural: primario, secundario, terciario y cuaternario, siendo la conformación nativa la más estable y funcional.
Estructura primaria
La estructura primaria de una proteína es la secuencia lineal de aminoácidos, que determina su forma y función. Con 20 aminoácidos, se pueden formar muchas cadenas, y las proteínas suelen tener más de 100 aminoácidos.
La secuencia de aa está determinada genéticamente por la secuencia de nucleótidos del ADN. Muchas enfermedades genéticas = secuencia anormal de aa que altera la estructura primaria y origina proteínas distintas. Lo que altera sus funciones.
Más alejadas evolutivamente, más diferencias en la estructura primaria de proteínas análogas.
Esto permite construir un árbol filogenético de la evolución de esta proteína a medida que aparecen nuevas especies.
Estructura secundaria
La estructura secundaria es la disposición espacial de la secuencia de aminoácidos, que se estabiliza por el giro de los carbonos α. Los tipos principales son la hélice α y la conformación β o lámina plegada, con algunas variaciones en diferentes proteínas.
Hélice de colágeno
El colágeno, presente en los tejidos conectivos como los tendones, tiene una hélice levógira formada principalmente por prolina e hidroxiprolina. Esta estructura, más extendida que la hélice α, da una vuelta por cada tres aminoácidos y mide 0,29 nm.
Giros β
El giro β permite que la cadena polipeptídica cambie de dirección, con puentes de hidrógeno entre los restos 𝑛 y 𝑛+3. Se encuentra frecuentemente entre segmentos adyacentes y antiparalelos de una lámina β plegada.
Dominios estructurales
Los dominios son unidades compactas y estables de proteínas grandes, formadas por combinaciones de hélices α y láminas β, de entre 40-300 aminoácidos. Se conectan mediante porciones flexibles, como bisagras, y suelen estar relacionados con funciones específicas, como la unión de nucleótidos en algunas enzimas.
Estructuras supersecundarias
Estructuras supersecundarias
Los motivos estructurales son agrupaciones estables de estructuras secundarias que se repiten en diferentes partes de la cadena polipeptídica, comunes en proteínas globulares.
Motivos β α β
Meandros
Grecas
Conformación β
La conformación β o lámina plegada se forma por segmentos extendidos de dos cadenas polipeptídicas unidas por puentes de hidrógeno transversales. Adoptan una estructura en zigzag, con las cadenas laterales de los aminoácidos alternando por encima y por debajo de la hoja.
Disposición paralela
Puentes de H entre distintas cadenas peptídicas adyacentes = misma dirección de los extremos N terminal y C terminal.
Disposición antiparalela
Direcciones opuestas del N y C terminales. Más estable. Ej: β-queratina, que constituye la fibroína de la seda.
Hélice α
La hélice α es un enrollamiento estabilizado por puentes de hidrógeno entre aminoácidos, con 3,6 aminoácidos por vuelta. Las cadenas laterales quedan hacia el exterior.
Estructura cuaternaria
La estructura cuaternaria es la asociación de varias cadenas polipeptídicas (protómeros) mediante interacciones débiles o enlaces covalentes, formando proteínas oligómeras como dímeros (citocromo C) o tetrámeros (hemoglobina). Estas interacciones permiten modificaciones conformacionales esenciales para funciones biológicas, como el transporte de oxígeno (hemoglobina) o la respuesta inmune (anticuerpos).
Estructura terciaria
Disposición que adopta la proteína nativa en el espacio. Formada por un conjunto de plegamientos característicos originados por las interacciones entre las cadenas laterales R de los aminoácidos situados a lo largo de la cadena, que pueden estar muy alejados entre sí.
Enlaces que estabilizan la estructura terciaria
Enlaces covalentes
Enlace disulfuro
Enlace amida
Enlaces no covalentes
Fuerzas electrostáticas
Interacciones hidrofóbicas y fuerzas de Van der Waals
Puentes de hidrógeno
Importancia de la estructura terciaria
La estructura terciaria define la función de las proteínas, y alteraciones en el plegamiento pueden causar enfermedades, como el Alzheimer, asociado a proteínas mal plegadas que forman placas seniles en el cerebro.
Las chaperonas ayudan al plegamiento correcto de proteínas, facilitan su transporte, degradan las dañadas y protegen el proteoma, participando también en la respuesta inmunitaria.
Tipos de estructura terciaria
Proteínas fibrosas o filamentosas.
Las proteínas fibrosas, insolubles en agua, tienen cadenas polipeptídicas extendidas con alto contenido de aminoácidos hidrofóbicos y funciones de soporte y protección.
Proteínas globulares
La estructura secundaria se pliega en proteínas esferoidales compactas, solubles en agua, que realizan funciones reguladoras o de transporte, y contienen hélices α, láminas β y giros β.
Las cadenas R apolares se disponen hacia el interior de la molécula, formando un núcleo compacto hidrofóbico.
Las cadenas R polares se localizan en el exterior, permitiendo que estas proteínas sean solubles en agua y en soluciones salinas. Una excepción: proteínas de membrana, hacia la superficie sus aa hidrofóbicos.