Proteínas

Estructura básica:

Los aminoácidos esenciales son aquellos que no pueden ser sintetizados por el organismo y deben obtenerse a través de la dieta. En humanos, estos son: TREONINA, LISINA, ARGININA, HISTIDINA, VALINA, LEUCINA, ISOLEUCINA, METIONINA, FENILALANINA y TRIPTOFANO.

Un compuesto anfotero es aquel que puede actuar tanto como una base como un ácido. Los aminoácidos son anfoteros debido a la presencia de un grupo amino y un grupo ácido.

pI es el punto isoeléctrico o zwiterión. pK1 representa el ácido con carga neta +1, y pK2 la base con carga neta -1.

El zwiterión o punto isoeléctrico (pI) es el estado iónico de un aminoácido con carga neta cero, es decir, con igual número de cargas positivas y negativas. En este punto, el aminoácido es menos soluble.

pI: (pKa1 + pKa2) / 2

pKr: Indica el valor de pKa de la cadena lateral de los aminoácidos, si es ionizable. A veces se incluye en el gráfico, otras no.

El enlace peptídico se forma entre el grupo carboxílico de un aminoácido y el átomo de nitrógeno del grupo amino de otro aminoácido, formando una amida. Al formarse este enlace, se elimina una molécula de H2O (condensación o deshidratación). Este enlace se comporta como un doble enlace y no permite el giro libre a su alrededor. Es muy resistente, lo que posibilita el tamaño y la estabilidad de las proteínas.

Clasificación según número de aminoácidos: Dipeptido / Tripeptido / Oligopeptido (4 a 10) / Polipeptido (10 a 100) / Proteína (100 o +)

Funciones de las proteínas

• Enzimática: Actúan como biocatalizadores, acelerando las reacciones metabólicas. Son específicas para cada reacción.
• Hormonal: Son sustancias producidas por una célula que ejercen su acción sobre otras células con receptores adecuados (insulina, glucagón, hormona del crecimiento, calcitonina).
• Reconocimiento de señales químicas: Las proteínas de la superficie celular actúan como receptores para señales químicas (hormonas, neurotransmisores, anticuerpos, virus, bacterias).
• Transporte: Las proteínas realizan el transporte de sustancias (membrana, sanguíneas, intracelulares).
• Estructural: Forman parte del citoesqueleto, la matriz extracelular, citoplasmática, de membrana, etc. (queratina, microtúbulos, filamentos de actina e intermedios).
• Defensa: Discriminar lo propio de lo extraño. Ejemplo: Inmunoglobulinas que reconocen moléculas u organismos extraños y facilitan su destrucción por el sistema inmunitario.
• Movimiento: Contracción muscular (actina y miosina), movimiento celular mediante cilios y flagelos (relacionados con los microtúbulos).

pK1: Valor del equilibrio de desprotonación del grupo α carboxilo.

pK2: Valor del equilibrio de desprotonación del grupo α amino. /7 es pH neutro, menos de 7 es ácido y más es básico.

NH3- CH2-COOH (+1) ↔(pk1) NH3+ -Ch2-COO-(0) ↔(pk2) NH2-CH2-COO- (-1)

Puente S-S: Se produce entre dos cisteínas a través de sus grupos sulfihídricos (SH), formando un enlace disulfuro.

Glicosilación: Se forma entre una serina y una treonina, donde reacciona el grupo hidroxilo (OH) formando un enlace O-glucosídico.

Fosforilación: Se forma entre una serina, treonina y tirosina, donde reacciona el grupo hidroxilo (OH) formando un enlace diéster, uniendo un fosfato inorgánico a estas moléculas.

Clasificación de proteínas

Según la presencia del grupo prostético: Simples (formadas solo por aminoácidos) / Conjugadas (proteínas más un grupo no proteico).

Según su estructura global: Proteínas fibrosas (alargadas) y globulares (redondas).

Estructuras de la proteína

• Primaria: Secuencia lineal de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos.
• Secundaria: Formas como hélices o láminas plegadas, unidas por enlaces de hidrógeno.
• Terciaria: Estructura tridimensional globular o fibrosa, unida por puentes de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas, salinas o electrostáticas.
• Cuaternaria: Formada por la asociación de subunidades iguales o diferentes, unidas por fuerzas no covalentes.

La desnaturalización de las proteínas se debe a la pérdida de su estructura secundaria, terciaria o cuaternaria, lo que conduce a la pérdida de su actividad biológica. Puede ser causada por cambios en el pH o la temperatura, radiación UV o agentes desnaturalizantes (urea).

Clasificación según R

• 2COO es ácido (-)
• Hexágono es aromático.
• 2 o + NH3 es básico (+).
• OH o SH es polar.
• Cadena normal es apolar.

Enzimas

Son biomoléculas orgánicas de naturaleza proteica.

Función: Aumentar la velocidad de las reacciones biológicas disminuyendo la energía de activación, utilizando catalizadores.

Importancia: Hacen posibles reacciones que, sin enzimas, serían muy lentas o inviables. Se utilizan en medicamentos, alimentos, diagnóstico de enfermedades y agricultura, como en el ciclo de Krebs.

Sitio activo: Lugar de unión de la enzima con su sustrato, donde se realiza la catálisis.

Sustrato: Molécula sobre la que actúa la enzima, cuya transformación está condicionada por la catálisis enzimática.

Producto: Molécula resultante de la acción de la enzima sobre el sustrato.

Cofactor inorgánico: Iones inorgánicos como Mg2+, Zn2+, Ca2+, Fe2+, Mn2+, K+.

Coenzima: Moléculas complejas que el organismo no sintetiza, muchas son vitaminas.

Grupo prostético: Componente orgánico unido covalentemente a la apoenzima.

Apoenzima: Parte proteica de la enzima (enzima sola).

Holoenzima: Parte proteica unida a una coenzima, grupo prostético o cofactor.

Electroespecificidad: Capacidad de reconocer un sustrato específico en su sitio activo para realizar la catálisis.

Isoenzimas: Enzimas que difieren en la secuencia de aminoácidos pero catalizan la misma reacción química. Difieren en estructura, no en función. Muestran diferentes parámetros cinéticos o propiedades de regulación. Ejemplo: Lactato deshidrogenasa (5 diferentes con la misma función, pero para diferentes lugares).

Clasificación de enzimas

• Oxidorreductasas: Realizan transferencia de electrones (redox), transfieren H o electrones de un sustrato según la reacción general: Ared + Box ↔ Aox + Bred
  • Deshidrogenasas y oxidasas: Importantes en procesos oxidativos de la respiración (tienen FAD, FADH2, NAD y NADH+).
  • Peroxidasas: Usan agua oxigenada (H2O2) como oxidante. Ejemplo: NADH+ H+ + H2O2 ↔ NAD+ + 2H2O
  • Catalasa: Transforma dos moléculas de H2O2 en dos moléculas de H2O con desprendimiento de oxígeno.
• Transferasas: Transfieren grupos funcionales de un donante a un aceptor (carbono, aldehído, carboxilo, fosfato y amino).
  • Aminotransferasa: Transfiere un grupo amino de un aminoácido a un α-cetoácido.
  • Quinasas: Transfieren un grupo fosforilo de un ATP a una molécula de sustrato.
  • Glucosiltransferasa: Transfiere glucosa activada UDP-glucosa a la cadena creciente de glucógeno.
• Hidrolasas: Reacciones de hidrólisis, ruptura de enlaces con H2O.
  • Esterasas: Rompen enlaces éster.
  • Fosfatasas: Eliminan fosfato.
  • Glucosidasas: Rompen compuestos glucosídicos.
  • Peptidasas: Rompen uniones peptídicas, comunes en el sistema digestivo.
• Liasas: Adición de grupos a dobles enlaces o formación de dobles enlaces por eliminación de grupos. Catalizan la eliminación de un grupo químico a un doble enlace.
  • Descarboxilasas, aldehído reductasas, cetoácido liasas.
• Isomerasas: Transfieren grupos dentro de la misma molécula para dar isómeros. Catalizan la isomerización de varios tipos, como:
  • Epimerasa: Inversión a nivel de carbono asimétrico.
  • Mutasas: Transferencia intramolecular de un grupo funcional.
  • Interconversión aldosa-cetosa.

Cinética enzimática

El modelo de Michaelis-Menten (MM) describe la reacción de muchas reacciones enzimáticas. Es válido cuando la concentración de sustrato es mayor que la concentración de la enzima y cuando la concentración del complejo E-S es constante.

Medida de Km y Vmax: mm/min o seg.

Km es la concentración de sustrato a la cual la velocidad inicial (Vo) alcanza la mitad de Vmax.

Vmax es la velocidad máxima que se alcanza cuando la enzima está saturada de sustrato.

A mayor concentración de sustrato, mayor velocidad hasta que se llega a Vmax (la enzima se satura de sustrato).

Reacción de orden cero: (línea recta paralela) n=0, V=K. La velocidad de reacción es constante e independiente de la concentración del reactante A.

Reacción de primer orden: (línea recta sin curva) Es directamente proporcional a la concentración del reactante Ca. N=1, V=KCa.

Reacción de segundo orden: (línea curva hacia arriba) V es proporcional al cuadrado de la concentración del reactante A. V=KCa².

Modelo de Lineweaver-Burk (LB): Es más práctico, utiliza el inverso de los valores de MM. En el eje Y (1/v0) está 1/Vmax y en el eje X se encuentra -1/Km.

Y = mX + n

Y = 1/V0, m = Km/Vmax, X = 1/S, n = 1/Vmax.

Factores que afectan la cinética enzimática: Concentración de la enzima y del sustrato, pH, temperatura, presencia de inhibidores.

¿Qué estudia la cinética enzimática? La velocidad de las reacciones catalizadas enzimáticamente.

Concentración de enzima: (gráfico de línea recta exponencial) A mayor concentración de enzima, mayor velocidad.

Concentración de sustrato: (gráfico con curva hacia abajo) A mayor concentración de sustrato, mayor velocidad de reacción hasta que la enzima se satura (MM).

pH: Cada enzima tiene un pH óptimo diferente. Al alejarse de este, la velocidad de reacción disminuye. El pH afecta las cargas de los grupos R de los aminoácidos de las proteínas y, por lo tanto, su conformación tridimensional, lo que afecta su función.

Temperatura: A menor temperatura que la óptima, la velocidad disminuye. Si aumenta más de la óptima, la proteína se desnaturaliza, eliminando su funcionalidad. Aumenta solo hasta Vmax.

Inhibidor: Es un efector que disminuye la actividad enzimática a través de la interacción con el centro activo u otros centros específicos. Esto excluye aquellos agentes que inactivan la enzima a través de la desnaturalización.

Inhibidor alostérico: Ejerce acción en otra parte de la molécula que no es el sitio activo, causando un cambio conformacional con repercusión negativa en la actividad de la enzima.

Isostéricos: Ejercen acción sobre el sitio activo.

Inhibidor reversible: Establece un equilibrio con la enzima libre, E-S o con ambos.

Irreversible: Modifica químicamente a la enzima.

Inhibidor competitivo: Se fija al sitio activo, no se altera Vmax, se necesita más sustrato, lo que aumenta la Km. La enzima pierde afinidad por el sustrato.

Inhibidor no competitivo: Se fija en un sitio diferente al sitio activo, se une a la enzima sola o al complejo. No impide la fijación del sustrato, pero sí la acción catalítica. No afecta a la Km, disminuye la Vmax.

Inhibición acompetitiva: Se une solo al complejo enzima-sustrato en un lugar diferente al sitio activo, impide la acción catalítica, altera Km y Vmax (gráfico de rectas paralelas con la misma pendiente).

Y – Y1 = M(X – X1)