Introducción a las Proteínas

Las proteínas son biomoléculas formadas por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Son polímeros de aminoácidos que están unidos entre sí mediante enlaces peptídicos. La unión de un bajo número de aminoácidos da lugar a un péptido; si el número de aminoácidos que forma la molécula no es mayor a 10, se denomina oligopéptido, y si es superior a 50 aminoácidos, se llama proteína.

Función de las Proteínas

• 1. Estructural: Glucoproteínas forman parte de las membranas celulares y actúan como receptores o facilitan el transporte de sustancias. Colágeno, elastina, queratina.
• 2. Enzimática: Las proteínas con función enzimática son las más numerosas y especializadas. Actúan como biocatalizadores de las reacciones químicas del metabolismo celular.
• 3. Hormonal: Algunas hormonas son de naturaleza proteica, como la insulina y el glucagón.
• 4. Reguladora: Algunas proteínas regulan la expresión de ciertos genes y otras regulan la división celular (ejemplo: ciclina).
• 5. Homeostática: Algunas mantienen el equilibrio osmótico y actúan junto con otros sistemas amortiguadores para mantener constante el pH del medio interno.
• 6. Defensiva: Las inmunoglobulinas actúan como anticuerpos frente a posibles antígenos. La trombina y el fibrinógeno contribuyen a la formación de coágulos sanguíneos para evitar hemorragias. Las mucinas tienen efecto germicida y protegen a las mucosas.
• 7. Transporte: La hemoglobina transporta oxígeno en la sangre de los vertebrados. La mioglobina transporta oxígeno en los músculos, y las lipoproteínas transportan lípidos por la sangre.
• 8. Reserva: La ovoalbúmina de la clara de huevo constituye la reserva de aminoácidos para el desarrollo del embrión.

Enlace Peptídico: Características Generales

• Es un enlace COVALENTE.
• Es un enlace AMIDA SUSTITUIDO, entre el grupo α-carboxilo de un aminoácido y el grupo α-amino del siguiente, y se pierde una molécula de agua.
• Es rígido y planar (los átomos no tienen libertad de rotación).

Propiedades de un Enlace Peptídico

Tiene polaridad por las diferencias de densidades electrónicas entre el N y el O, lo que permite que se puedan establecer puentes de hidrógeno entre enlaces peptídicos. Estos puentes serán los responsables de la estructura secundaria de las proteínas.

Estructura de Proteínas: Primaria, Secundaria, Terciaria y Cuaternaria

Características y estabilización.

Estructura Primaria

Secuencia lineal de los aminoácidos unidos por medio de enlaces peptídicos.

Estructura Secundaria

Es el ordenamiento espacial de los aminoácidos en la estructura primaria, originando estructuras periódicas, repetitivas y más estables.

Alfa Hélice

Parecida a un cilindro, es una cadena polipeptídica muy enrollada formando la parte interna del cilindro, y los grupos R se extienden hacia afuera en una disposición helicoidal. Estabilizada por puentes de hidrógeno. Los átomos centrales de la cadena están en contacto muy cercano.

Hoja Plegada o Lámina Beta

Es una conformación en forma de lámina. Los grupos R de los aminoácidos adyacentes sobresalen en zig-zag en la dirección opuesta. Estabilizada por puentes de hidrógeno.

Estructura Terciaria

Es la disposición tridimensional de todos los aminoácidos que componen una cadena polipeptídica. Considera la interacción de estos residuos en la estructura plegada. Estabilizada por puentes de hidrógeno, interacciones iónicas e hidrofóbicas, además de enlaces covalentes como puentes disulfuro.

Estructura Cuaternaria

Se forma por la interacción de dos o más cadenas polipeptídicas con estructura terciaria. Estabilizada por todas las interacciones no covalentes y puentes de disulfuro (ejemplo: hemoglobina).

Desnaturalización: Efecto del pH y Temperatura

Desnaturalización

Bioquímicamente, se entiende el cambio estructural de proteínas o ácidos nucleicos que lleva a la pérdida de la estructura nativa de la molécula de estas sustancias.

Efecto del pH

Los iones H+ y OH- del agua provocan efectos parecidos, pero además de afectar a la envoltura acuosa de las proteínas, también afectan a la carga eléctrica de los grupos ácidos y básicos de las cadenas laterales de los aminoácidos. Esta alteración de la carga superficial de las proteínas elimina las interacciones electrostáticas que estabilizan la estructura terciaria y a menudo provoca su precipitación. La solubilidad de una proteína es mínima en su punto isoeléctrico, ya que su carga neta es cero y desaparece cualquier fuerza de repulsión electrostática que pudiera dificultar la formación de agregados.

Efecto de la Temperatura

Cuando la temperatura es elevada, aumenta la energía cinética de las moléculas, con lo que se desorganiza la envoltura acuosa de las proteínas y se desnaturalizan. Asimismo, un aumento de la temperatura destruye las interacciones débiles y desorganiza la estructura de la proteína, de forma que el interior hidrofóbico interacciona con el medio acuoso y se produce la agregación y precipitación de la proteína desnaturalizada.

Función de Proteínas: Interacción Proteína-Ligando

Un ligando es una sustancia (usualmente una molécula pequeña) que forma un complejo con una biomolécula. En un sentido más estricto, es una molécula que envía una señal al unirse al centro activo de una proteína.

En enzimas o proteínas no enzimáticas, especialmente proteínas reguladoras o transportadoras, se denomina ligando a aquella molécula que se une al centro activo de la proteína para que esta pueda realizar su función (transportar, o inhibir una reacción metabólica).

Por ejemplo, el ligando de la hemoglobina es el oxígeno, ya que es la molécula que se une al centro activo de la proteína para que esta pueda transportarlo.

Función de la Hemoglobina y Mioglobina

Mioglobina

Es una proteína monomérica del músculo esquelético. Almacena O₂ como una reserva contra la privación del mismo. Tiene mayor afinidad por el oxígeno; se satura a presiones de oxígeno más bajas que la hemoglobina.

Hemoglobina

Es una proteína tetramérica de los eritrocitos. Transporta O₂ hacia los tejidos y favorece el transporte de CO₂ y H⁺ hacia los pulmones. Presenta efecto cooperativo (solo lo tiene la hemoglobina): la unión del primer oxígeno a una de las 4 subunidades aumenta la afinidad de las otras subunidades por el oxígeno.

Características Estructurales y Funcionales de las Enzimas

Características de las Enzimas

• Son biocatalizadores.
• Incrementan la velocidad de una reacción química específica, sin consumirse en el proceso.
• Permiten velocidades y tiempos compatibles con la vida.
• Actúan en soluciones acuosas en condiciones óptimas de temperatura y pH.
• Químicamente: Proteínas (existen RNAs catalíticos).
• Su actividad depende de la integridad de su conformación nativa (la desnaturalización afecta su actividad catalítica).
• Las enzimas actúan a un pH óptimo, donde presentan su máxima actividad catalítica. En los extremos del pH óptimo, la actividad catalítica desciende en forma abrupta. Con la temperatura se comportan de modo similar.
• Algunas enzimas requieren un COFACTOR (que puede ser uno o varios iones inorgánicos).
• Algunas enzimas requieren una COENZIMA, complejo orgánico o moléculas metalo-orgánicas.
• Aceleran la velocidad de una reacción proporcionando un entorno energéticamente favorable para que esta ocurra.
• La sustancia sobre la cual actúa la enzima se llama SUSTRATO.
• El sustrato se une a una región concreta de la enzima, llamada CENTRO ACTIVO (SITIO ACTIVO). Este es un sitio de unión formado por los aminoácidos que están en contacto directo con el sustrato y un SITIO CATALÍTICO, formado por los aminoácidos directamente implicados en el mecanismo de la reacción.

Modelos de Interacción Enzima-Sustrato

Modelo Llave-Cerradura

En este modelo de interacción Enzima-Sustrato (ES), el sitio activo de la enzima por sí mismo es completamente complementario a la forma del sustrato.

Modelo de Encaje Inducido

En este modelo de interacción ES, la enzima cambia de forma en la unión con el sustrato. El sitio activo tiene una forma complementaria a la del sustrato solamente después de que el sustrato se une a él.