Concepto de Proteína

Las proteínas son biomoléculas orgánicas abundantes en los seres vivos, compuestas por C, H, O, N, S y, en algunos casos, P, Fe, Mg, Cu. Constituyen el 50% del peso seco de las células. Están formadas por aminoácidos (aa) unidos por enlaces peptídicos. Existen 20 aminoácidos distintos. Son cruciales por su alta especificidad (cada organismo tiene un número determinado de proteínas que marcan su identidad biológica) y por su acción catalítica.

Un péptido es la unión de pocos aminoácidos: oligopéptido (<10 aa), polipéptido (>10 aa), proteína (>50-60 aa). Sus funciones son estructurales, fisiológicas, reguladoras e inmunológicas.

Aminoácidos

Características: sólidos, con elevado punto de fusión, solubles en agua y con actividad óptica.

Estructura: NH₂-C_α-COOH, con un H en la parte superior y una cadena lateral R en la inferior.

Clasificación:

• Ácidos: carga negativa a pH 7, cadenas R con grupo carboxilo (ácido glutámico (Glu) y ácido aspártico (Asp)).
• Básicos: carga positiva a pH 7, cadenas R con NH₃ (lisina (Lys), histidina (His), arginina (Arg)).
• Neutros: sin carga a pH 7.
  • No polares: cadena R con grupos hidrofóbicos apolares (alanina (Ala) con CH₃ en la cadena R, valina (Val), leucina (Leu), isoleucina (Ile), prolina (Pro), metionina (Met), fenilalanina (Phe) y triptófano (Trp)).
  • Polares: cadena R con grupos hidrófilos sin carga como OH, NH₂, SH₂, que forman puentes de hidrógeno con el agua o con otros grupos polares (cisteína (Cys) con grupo SH que permite la formación de enlaces disulfuro (S-S) en la estructura terciaria).

Existen 8 aminoácidos esenciales en el hombre: valina, leucina, isoleucina, metionina, fenilalanina, treonina, triptófano, lisina. En niños, también la histidina.

Comportamiento químico: En disolución acuosa, muestran un comportamiento anfótero (pueden ionizarse, dependiendo del pH, como un ácido liberando protones y quedando -COO^–, o como base, los grupos -NH₂ captan protones, quedando como -NH₃⁺). A pH cercano a la neutralidad, los aminoácidos se ionizan doblemente, comportándose como ácido y base a la vez, formando un zwitterión (forma dipolar neutra). Esto se debe a que el grupo carboxílico pierde un protón (actúa como ácido) y el grupo amino gana un protón (actúa como base). Gracias a este carácter anfótero, los aminoácidos mantienen constante el pH del medio (efecto amortiguador o tampón). Si el pH disminuye, el medio se vuelve ácido, la concentración de H⁺ aumenta, y el aminoácido tiende a neutralizar la acidez captando H⁺, cargándose positivamente y comportándose como base. Si ocurre lo contrario, se comporta como ácido. El pH en el cual el aminoácido tiene forma dipolar neutra, ionizado pero con igual número de cargas positivas y negativas, es el punto isoeléctrico (pI). Si pH < pI, el aminoácido se carga positivamente. La electroforesis separa los aminoácidos según su pI.

Enlace Peptídico

Los aminoácidos se unen mediante el enlace peptídico, un enlace covalente tipo amida entre el COOH de un aminoácido y el NH₂ de otro, liberando H₂O. Tiene un carácter parcial de doble enlace, lo que lo hace rígido, impidiendo la rotación entre los átomos. Esto se debe a que el C=O y el -NH- están en el mismo plano.

Estructura de las Proteínas

La función de una proteína depende de su composición de aminoácidos y de su estructura tridimensional.

Estructura Primaria

Secuencia de aminoácidos de la proteína, indicando cuáles y en qué orden están. Comienza en el extremo NH₂-terminal y termina en el extremo COOH-terminal.

Estructura Secundaria

Plegamiento de la estructura primaria, disposición espacial estable de la secuencia de aminoácidos. Dos tipos principales:

• α-hélice: se forma al enrollarse helicoidalmente la estructura primaria en espiral (dextro) hacia la derecha. Por cada vuelta de la hélice hay 3,6 aminoácidos, quedando las cadenas laterales (R) hacia el exterior. Se mantiene estable por puentes de hidrógeno entre el O del -C=O de un aminoácido y el H del grupo -NH- del cuarto aminoácido siguiente. Ejemplo: α-queratina de la piel, uñas y pelo.
• β-lámina o lámina plegada: los aminoácidos forman una cadena en zigzag (disposición en lámina plegada) donde las cadenas polipeptídicas quedan enfrentadas. Es estable por puentes de hidrógeno transversales entre varias moléculas o segmentos de la cadena. Las cadenas laterales R se disponen alternativamente por encima y por debajo de la lámina. Ejemplo: β-queratina de la epidermis de reptiles (escamas).

Estructura Terciaria

Unión de las cadenas laterales de los aminoácidos, define la configuración tridimensional de la molécula. Se mantiene estable por enlaces entre los radicales R:

• Puentes disulfuro: enlace covalente entre los grupos -SH de la cisteína.
• Puentes de hidrógeno: entre grupos polares no iónicos (-OH, -NH, -CO).
• Fuerzas electrostáticas o interacciones iónicas: entre grupos con carga opuesta en las cadenas laterales (-NH₃⁺, -COO^–).
• Fuerzas de Van der Waals y enlaces hidrofóbicos: entre grupos apolares hidrofóbicos (-CH₃).

Dos tipos de estructura terciaria: globular (forma tridimensional compacta esférica, soluble en agua y en disoluciones salinas, funciones dinámicas, de transporte, enzimáticas, hormonales) y filamentosa (la estructura secundaria no se repliega y tiene forma alargada, insoluble, con función estructural).

Estructura Cuaternaria

Unión mediante enlaces débiles de varias cadenas polipeptídicas con estructura terciaria (protómeros). Puede haber 2, 4 (hemoglobina), 5 o muchos protómeros.

Desnaturalización

Pérdida de la estructura terciaria. Todas las proteínas desnaturalizadas tienen la misma conformación, muy abierta y con máxima interacción con el disolvente. Una proteína soluble en agua, al desnaturalizarse, se vuelve insoluble y precipita. Puede ser causada por factores físicos (aumento de temperatura) o químicos (cambios en el pH, presencia de iones, urea). A veces, si las condiciones se restablecen, la proteína puede renaturalizarse (queratina).

Especificidad

Cada proteína realiza una función específica debido a su estructura primaria y conformación particular. Además, cada organismo posee proteínas específicas diferentes, lo que provoca el rechazo de órganos. La semejanza de proteínas indica el grado de parentesco entre individuos, útil para la formación de árboles filogenéticos.

Clasificación

Holoproteínas (solo aminoácidos):

• Globulares: solubles en agua y en disoluciones salinas, más numerosas, funciones de transporte, enzimáticas, hormonales.
• Fibrilares: insolubles en agua y en disoluciones salinas.

Heteroproteínas (parte proteica + grupo prostético): cromoproteínas, glucoproteínas, lipoproteínas, nucleoproteínas, fosfoproteínas.