Proteínas

Definición

Las proteínas son polímeros formados por aminoácidos que se pliegan espontáneamente para formar estructuras tridimensionales. Su función depende de la estructura. Contienen gran variedad de grupos funcionales. Pueden interaccionar unos con otros para formar complejos con actividades diferentes. Pueden ser desde muy rígidos hasta muy flexibles.

Las proteínas están formadas por 20 aminoácidos. Los alfa-aminoácidos presentan 1 carbono alfa, grupo -NH₂, grupo -COOH, un H y grupo -R.

En las proteínas solo se encuentran aminoácidos de tipo L. Estos 20 aminoácidos difieren en tamaño, forma, capacidad para formar puentes de hidrógeno, hidrofobicidad y reactividad química.

Existen aminoácidos hidrofóbicos, aromáticos, alifáticos y polares. Las diferencias entre ellos se deben a los grupos presentes en los radicales.

Dentro de los aminoácidos polares podemos distinguir con carga positiva a Lisina, Arginina e Histidina y con carga negativa Aspártico y Glutámico.

Niveles Estructurales de las Proteínas

Estructura Primaria

Secuencia de aminoácidos unidos entre sí por enlace peptídico. El enlace peptídico tiene carácter parcial de doble enlace. Se localiza en un plano y no tiene carga permitiendo a los péptidos formar estructuras globulares fuertemente empaquetadas.

Estructura Secundaria

• Alfa-Hélice: es una secuencia de aminoácidos enrollada sobre sí misma y estabilizada mediante puentes de hidrógeno. Estos puentes de hidrógeno se establecen entre el grupo NH del enlace peptídico y el CO.
• Lámina plegada-beta: es una estructura formada por varias cadenas polipeptídicas unidas por puentes de hidrógeno. Pueden ser paralela, antiparalela o mixta.
• Existe un tipo de estructura secundaria que serían los bucles que se producen donde la cadena polipeptídica cambia de dirección.
• Hélice de colágeno: hélice levógira y más extendida que la alfa-hélice, gran cantidad de prolina que distorsionan el enrollamiento. El colágeno es una proteína muy estable con 3 de estas hélices.

Estructura Terciaria

Es el plegamiento que ocurre en proteínas hidrosolubles para formar proteínas compactas con centros no polares, es decir, plegamiento de la proteína donde la zona hidrofóbica se encuentra en el interior y la hidrofílica se expone en el exterior.

Esta estructura se estabiliza por puentes de hidrógeno como enlace de Van der Waals.

Estructura Cuaternaria

Aparece en proteínas que presenten más de una cadena polipeptídica como por ejemplo la hemoglobina.

Experimento de Anfinsen

Este experimento se llevó a cabo con la enzima ribonucleasa y se descubrió que existe una relación entre la secuencia de aminoácidos de una proteína y su estructura tridimensional. La ribonucleasa es una sola cadena polipeptídica con 4 puentes disulfuro. A esta cadena se le añadió Urea que destruye las interacciones no covalentes y beta-mercaptoetanol que destruye los puentes disulfuro, de modo que pierde su estructura tridimensional. A continuación, eliminó la Urea y la beta-mercaptoetanol, volviendo a adquirir su estructura tridimensional. Por tanto la información necesaria para obtener una estructura tridimensional se encuentra en la secuencia de aminoácidos.

Lípidos

Son un conjunto de compuestos constituidos por C, H, O y en algunos casos por N y/o P. Todos los lípidos son insolubles en agua pero solubles en disolventes no polares (éter, cloroformo, benceno).

Membranas Biológicas

Son barreras que separan el interior del exterior de la célula. Son estructuras dinámicas en las que proteínas flotan en un mar de lípidos. Tienen permeabilidad selectiva donde los lípidos forman la barrera mientras actúan como sistema de transporte y canales. Están presentes en la membrana plasmática y en las membranas internas que rodean los orgánulos. Las membranas biológicas tienen funciones esenciales para la vida como son el almacenamiento de energía y la transducción de la información.

Características de las Membranas Celulares

• Son estructuras laminares.
• Contienen esencialmente lípidos y proteínas, aunque también carbohidratos asociados a estos dos.
• Los lípidos de membrana son pequeñas moléculas que contienen grupos hidrofóbicos e hidrofílicos que forman bicapas lipídicas en solución acuosa de forma espontánea.

Las proteínas específicas presentan distintas funciones:

• Las proteínas y los lípidos se mantienen unidos por interacciones no covalentes.
• Las membranas son asimétricas, son estructuras fluidas, donde lípidos y proteínas difunden rápidamente en el plano de la membrana.

Ácidos Grasos

Son cadenas hidrocarbonadas de diversa longitud y grado de insaturación que terminan con un grupo carboxilo. Normalmente contienen un número par de átomos de C. En animales no contienen ramificaciones. La configuración de sus dobles enlaces es cis y cuando hay más de uno, están separados por al menos un grupo CH₂.

Sus propiedades dependen mayormente de su longitud y grado de saturación. Cuanto más corta e insaturada sea la cadena, aumenta la fluidez.

Lípidos de Membrana

Un lípido de membrana es una molécula anfipática que forma micelas o bicapas en un medio acuoso. Para la mayoría de fosfolípidos y glucolípidos en medio acuoso, la estructura favorecida es la bicapa debido a las dos cadenas de ácidos grasos. La formación de bicapas es un proceso de autoensamblaje. Tienen tendencia a ser extensibles, a cerrarse sobre sí mismas y a autorrepararse. Las proteínas pueden asociarse a la bicapa de varias formas clasificadas en:

• Integrales: interaccionan extensamente con las cadenas hidrocarbonadas de los lípidos. Atraviesan la bicapa.
• Periféricas: están unidas por puentes de hidrógeno con las cabezas polares de los lípidos.

Según la teoría del modelo del mosaico fluido, los componentes se mueven de forma lateral pero no de rotación en la membrana.

Tipos de Lípidos de Membrana

Los lípidos son moléculas insolubles en H₂O que son altamente solubles en solventes orgánicos. Hay 3 clases de lípidos de membrana:

• Fosfolípidos: hay abundante en todas las membranas biológicas también llamados como triacilgliceroles, grasas o grasas neutras. Están formados por 3 ácidos grasos unidos al glicerol mediante enlace éster. Debido a esto son moléculas apolares y prácticamente insolubles en agua, en la que flotan por su baja densidad. Si los 3 ácidos grasos son iguales, se denominan triacilglicéridos simples y se nombran según el ácido que contienen. Actúan como reserva energética y como aislamiento térmico y físico. Otro fosfolípido sería la esfingomielina que es un derivado de la esfingosina.
• Según su composición:
  • Fosfoglicéridos: constituidos por glicerina esterificada con 2 ácidos y un fosfato.
  • Fosfoesfingolípidos: son fosfolípidos compuestos por una molécula de esfingosina.
• Glucolípidos: también derivan de la esfingosina, pero ahora poseen uno o más azúcares unidos al grupo hidroxilo. Diferenciamos cerebrósidos y gangliósidos.
• Colesterol: es un esteroide, derivado del triperpeno y precursor de casi todos los demás, compuesto por cuatro anillos hidrocarbonados unidos. Está ausente en bacterias pero lo encontramos en todas las membranas animales.