5-2 Proteinas

2. PROTEINAS
Introducción
Las proteínas son macromoléculas que tienen múltiples funciones en el organismo; controlan las
condiciones fisicoquímicas dentro de la célula, forman parte de las estructuras celulares y sobre
todo catalizan prácticamente todas las reacciones que tienen lugar en la célula, y en este caso se les
denomina Enzimas.
La presencia de una enzima y su concentración en un compartimento biológico dado,
determina la capacidad de ese compartimento de llevar a cabo una reacción
bioquímica y la velocidad a la cual tiene lugar.
Se conoce a detalle la estructura de varias proteínas, así como la relación que existe entre esa
estructura y la función de varias de ellas. Se conoce también la cinética y los mecanismos de un
número considerable de reacciones enzimáticas.
Estructura. Las unidades estructurales de las proteínas son los aminoácidos. Todas las proteínas
están construidas a partir del mismo conjunto de 20 aminoácidos. El carbono alfa, enmarcado en
azul en la figura que sigue, de todos los aminoácidos sostiene un grupo amino, un grupo carboxilo y
el residuo característico de cada aminoácido.
Figura 1 Estructura de un Aminoácido.
Los residuos R tienen diferente forma, carga, tamaño, reactividad química y capacidad de formar
puentes de hidrógeno. El residuo es una cadena alifática, en el caso de la glicina (Gli), alanina
(Ala), valina (Val), leucina (Leu), isoleucina (Ile) y prolina (Pro). En la serina (Ser) y
treonina (Thr) el residuo es una cadena hidroxialifática. En los aminoácidos triptofano (Tri),
tirosina (Tir) y fenilalanina (Phe) el residuo es una cadena aromática. La lisina (Lis), arginina
(Arg) y la histidina (His) tienen residuos básicos y en el ácido aspártico (Asp) y el ácido
glutámico (Glu) el residuo es un ácido carboxílico. En la asparangina (Asn) y en la glutamina
(Gln) el residuo tiene una función amida y en la cisteina (Cis) y en la metionina (Met) contiene
un átomo de azufre.
Los aminoácidos se unen uno al otro, vía los grupos alfa amino de un aminoácido con el grupo alfa
carboxilo de otro aminoácido. A esta unión se le denomina enlace peptídico y al producto se le
denomina péptido.
Figura 2.- Enlace Peptídico.
Si se unen dos aminoácidos se le denomina dipéptido, y si son muchos se le llama polipéptido. Las
proteínas están formadas por uno o más polipéptidos. En algunas ocasiones los
polipéptidos están formados por más de 100 uniones peptídicas, o sea, son largas cadenas
integradas por un número relativamente grande de aminoácidos.
A la secuencia en la cual están acomodados los aminoácidos en una cadena peptídica
se le denomina estructura primaria y se determina genéticamente. La estructura
primaria determina la estructura tridimensional de la proteína, la que a su vez determina su
función.
Figura 3- Estructura Tridimensional de una Proteína (Citocromo).
Los polipéptidos se sintetizan en los organelos citoplasmáticos llamados ribosomas. Los
aminoácidos se van uniendo, uno a uno, a la cadena del polipéptido en formación. La selección de
cuál aminoácido se integra en un punto dado de la cadena, está determinada por el mensaje
genético transportado desde los cromosomas por medio de los ácidos ribonucleicos.
Una vez que se termina la construcción de la cadena, el polipéptido se libera al citoplasma donde se
dobla sobre sí mismo hasta obtener la estructura tridimensional propia, pudiéndose agrupar con
otros polipéptidos para constituir la proteína biológicamente activa.
La estructura tridimensional está determinada por las interacciones entre los residuos de los
aminoácidos que forman la cadena peptídica. Los grupos lipofílicos tienden a estar en el centro de la
molécula y los grupos polares hacia afuera. Los residuos sulfurados forman uniones disulfhidrilo
que estabilizan la forma de la proteína. Las uniones del tipo interacciones de van der Waals y los
puentes de hidrógeno ayudan a posicionar las cadenas en el espacio, estabilizando la estructura
tridimensional. El proceso por medio del cual la proteína adquiere su conformación en condiciones
fisiológicas es espontáneo, no está catalizado por ninguna enzima y la conformación final depende
exclusivamente de la estructura primaria.
Cuando la proteína contiene, además de las cadenas de polipéptidos otros compuestos diferentes, se
dice que la proteína es compleja. Ejemplo de proteínas complejas son las glicoproteínas
involucradas en las inmunoreacciones, las hemoproteínas como la hemoglobina y la mioglobina
involucradas en el transporte de oxígeno y, el citocromo P-450 involucrado en reacciones de
óxido/reducción.
Enzimas. En su función como enzimas, las proteínas hacen uso de su propiedad de poder
interaccionar, en forma específica, con muy diversas moléculas. A las substancias que se
transforman por medio de una reacción enzimática se les llama substratos. Los substratos
reconocen un sitio específico en la superficie de la proteína que se denomina sitio activo.
Al ligarse los sustrato a sus sitios activos en la proteína, quedan orientados de tal manera que se
favorece la ruptura y/o formación de determinadas uniones químicas, se estabilizan los estados de
transición al mismo tiempo que se reduce la energía de activación. Esto facilita la reacción e
incrementa su velocidad varios órdenes de magnitud.
La enzimas tienen una gran especificidad, por ejemplo catalizan la transformación de sólo un
substrato o grupo funcional, pudiendo discriminar entre dos enantiomorfos.
Normalmente el nombre de una enzima se forma con el nombre de la reacción que cataliza o el
nombre del sustrato que transforman, terminando el nombre en "asa".
Por ejemplo:



a las enzimas que transfieren un átomo de oxígeno a un metabolito se les denomina
oxigenasas,
a las que transfieren un residuo de ácido glucurónico del ácido UDPglucurónico a un
metabolito o xenobiótico, se le conoce como UDP glucuronil transferasa,
a las enzimas que catalizan la adición de una de las cuatro bases a una molécula de ADN en
formación se le denomina ADN sintetasa o ADN polimerasa, las que hidrolizan el ADN se le
llama ADNasa, etc.
Frecuentemente en la literatura se refieren en forma genérica a las enzimas que catalizan un tipo de
reacción, por ejemplo a las que catalizan la oxidación de los metabolitos vía la transferencia de un
átomo de hidrógeno a un determinado receptor, se les conoce como deshidrogenasas. En ocasiones
se dice alcohol deshidrogenasa, o aldehído deshidrogenasa, cuando el compuesto que sede el
hidrógeno es un alcohol o un aldehído. Sin embargo, en realidad las enzimas son más específicas
que eso y actúan sobre un alcohol determinado y no en todos. De hecho, el nombre debería ser más
específico y referirlo al nombre del substrato, por ejemplo; si el substrato es etanol la enzima debe
de llamarse etanol deshidrogenasa. Hay otro tipo de reacciones en las que las enzimas que las
catalizan reciben un nombre genérico, como las quinasas que catalizan la transferencia a un
substrato de un ión fosfato del ATP. La glucoquinasa cataliza la fosforilación de glucosa en el carbón
6 para formar glucosa 6 fosfato.
Existe un método sistemático, aprobado por las asociaciones internacionales de bioquímica, para
integrar el nombre de una enzima, pero el mencionado anteriormente es el que se utiliza en este
trabajo.
Uniones tóxicos-proteínas. No siempre las interacciones entre las proteínas y los compuestos de
relativo bajo peso molecular son del tipo enzima-sustrato. Pueden dar lugar a asociaciones de
adición que no producen cambios en la cosntitución química del aducto. Esto sucede en la captación
de tóxicos por las proteínas de la sangre y es una función muy importante dentro de los mecanismos
de protección del organismo a la presencia de compuestos extraños ya que reduce la concentración
de tóxicos libres en el plasma sanguíneo. El tóxico no asociado a proteínas es el que se puede
transportar mas fácilmente a los tejidos.