.. LAS PROTEÍNAS Las proteínas son polímeros “polipéptidos o cadenas polipeptídicas”, formados por unión de aminoácidos y son el 50% del peso celular seco, por esto son las biomoléculas orgánicas más abundantes en los seres vivos. Su característica fundamental es su especificidad, es decir, cada organismo tiene algunas proteínas exclusivas que marcan su identidad biológica. 1. LOS AMINOÁCIDOS Son moléculas que poseen al menos un grupo amino (-NH2) y un grupo carboxilo (-COOH). Los aminoácidos que constituyen las proteínas son α-aminoácidos, es decir, el grupo amino unido al carbono α (contiguo al grupo carboxilo). Hay 20 aminoácidos distintos de este tipo, que se diferencian por el grupo R o cadena lateral unida también al carbono α. En los seres vivos se han encontrado unos 150 aminoácidos que no forman parte de las cadenas proteicas, pero que desempeñan funciones propias como los neurotransmisores, algunos precursores vitamínicos y otras moléculas que participan en determinadas reacciones bioquímicas. ➔ Propiedades ● Los aminoácidos tienen carácter anfótero, es decir, pueden comportarse como un ácido o como una base dependiendo del pH del medio donde se encuentre, ya que su grupo carboxilo puede desprender H+ (carácter ácido) y su grupo amino aceptarlos (carácter básico). En pH más ácido, los aminoácidos tendrán carga neta positiva porque los H+ del medio son captados por el grupo -COO- . Por el contrario, en un pH básico, el NH3+ cederá un H+ y el aminoácido quedará con carga neta negativa. El punto isoeléctrico sería el valor de pH en el que el aminoácido tiene carga neta cero y basándonos en esto podemos separarlos por electroforesis (donde se aplica un campo eléctrico a los aminoácidos en disolución, que migran hacia el cátodo los que tengan carga positiva y hacia el ánodo los que la tengan negativa) ● Estereoisomería Se escribe la cadena lateral R hacia arriba y el grupo carboxilo hacia abajo y como el carbono α es asimétrico se consideran dos estereoisómeros con distinta actividad óptica: si el grupo amino se sitúa a la derecha es D y, si está a la izquierda, es L. Los aminoácidos proteicos son isómeros L. Esta especificidad respecto a los estereoisómeros se mantiene hasta que mueren. En este momento, sino son degradados comienza un proceso de racemización, donde los esteroisómeros L se convierten en D hasta que hay la misma cantidad de ambos ● Los grupos polares (amino y carboxilo) permiten a los aminoácidos formar enlaces de hidrógeno, lo que aumenta su punto de fusión y ebullición y su solubilidad en agua. Las proteínas ➔ Clasificación Se clasifican según su cadena lateral. ● Aminoácidos neutros: Se caracterizan porque su cadena lateral no posee grupos carboxilo ni amino y, por tanto, a pH neutro su carga eléctrica neta es 0. ○ Apolares: Su cadena lateral es hidrófoba y, por tanto, su solubilidad en agua es menor. Son: glicina, cisteína, alanina, valina, leucina, isoleucina, prolina, metionina, fenilalanina y triptófano. ○ Polares: Su cadena lateral posee grupos hidrófilos que permiten formar enlaces de hidrógeno con moléculas polares, debido a lo cual son muy solubles en agua. Son: serina, treonina, tirosina, asparagina y glutamina. ● Aminoácidos ácidos: Presentan un grupo carboxilo en la cadena lateral y a pH 7 pueden tener carga eléctrica negativa, ya que ese grupo desprende H+ . Son el ácido aspártico y el á cido glutámico. ● Aminoácidos básicos: Contienen algún grupo amino en la cadena lateral que, debido a su carácter básico, puede tomar H+ , teniendo carga positiva. Son la arginina, la lisina y la h istidina. En ocasiones se establecen dos grupos según pueden ser sintetizados o no por procesos metabólicos: ● Aminoácidos que pueden obtenerse a partir de otras moléculas. ● Cuando no es posible se obtienen a partir de los alimentos. Son los aminoácidos esenciales: Trp, Leu, Ile, Val, Met, Phe, Thr y Lys 2. EL ENLACE PEPTÍDICO El grupo carboxilo de un aminoácido puede interaccionar con el grupo amino de otro, quedando unidos ambos y liberándose en la reacción una molécula de agua obteniendo un dipéptido. El enlace se estabiliza porque los átomos de C, O, y N comparten electrones y puede ser hidrolizado. La unión de muchos aminoácidos constituye un polipéptido. 3. ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS La actividad biológica de cualquier proteína depende de la disposición espacial de su cadena polipeptídica, que sufre una serie de plegamientos proporcionándole cierta complejidad: 1. Estructura primaria: secuencia de aminoácidos en la cadena polipeptídica 2. Estructura secundaria: plegamiento de la secuencia de aminoácido. ● α-hélice. Ex: la α-queratina, proteína muy abundante en las células de la epidermis, con estructura helicoidal que se mantiene estable gracias a los puentes de hidrógeno ● Lámina plegada o lámina β. Ex: β -queratina, presente en uñas, pelos y plumas con una estructura en zigzag de segmentos de la cadena polipeptídica unidos mediante enlaces de hidrógeno transversales. 3. Estructura terciaria: conjunto de plegamientos característicos por medio de enlaces entre las cadenas laterales R de los aminoácidos. De esta estructura depende la función de la 2 Las proteínas proteína, por lo que cualquier cambio en la disposición de esta estructura puede provocar la pérdida de su actividad biológica. Pueden darse cuatro tipos de enlace: ● Puentes disulfuro: constituyen fuertes enlaces covalentes entre dos grupos -SH que pertenecen al aminoácido cisteína. ● Fuerzas electrostáticas: Se trata de enlaces de tipo iónico entre grupos con cargas eléctricas opuestas. Se producen, entre los grupos R de aminoácidos ácidos (con ● ● carga negativa, -COO- ) y aminoácidos básicos (con carga positiva, -NH3+). Enlaces de hidrógeno: Se establecen entre grupos polares no iónicos en los que existen cargas parciales en su cadena lateral. Fuerzas de Van der Waals e interacciones hidrofóbicas: las uniones más débiles y se producen entre aminoácidos apolares Tipos de estructuras tridimensionales: ● Globulares: poseen un alto grado de plegamiento y formas esferoidales. ● Fibrilares: el plegamiento de la cadena polipeptídica es menor y presentan formas alargadas 4. Estructura cuaternaria: disposición relativa de las subunidades proteicas (varias cadenas polipeptídicas) entre sí mediante los mismos enlaces que mantienen la estructura terciaria. 4. PROPIEDADES DE LAS PROTEÍNAS ● ● ● Solubilidad: las proteínas con estructura terciaria fibrilar son insolubles en agua, mientras que las que poseen estructura globular son solubles y forman disoluciones coloidales por su gran masa molecular. Estructura espacial: la función biológica de las proteínas depende de su estructura tridimensional (o conformación nativa). Si se desnaturaliza (por cambios de pH, temperatura, etc.) pierde la estructura, la desnaturalización puede ser reversible (si se da la renaturalización, es decir, se recupera la conformación nativa) o irreversible. Especificidad: se observa entre especies e incluso en individuos de una misma especie. 5. FUNCIONES BIOLÓGICAS DE LAS PROTEÍNAS ➔ Funciones estáticas ● Estructural: Muchas proteínas forman estructuras celulares, como las membranas, los orgánulos vibrátiles, la sustancia intercelular y las estructuras cutáneas. ● Almacén de aminoácidos: fuente de reserva de aminoácido que permite la síntesis de proteínas fundamentalmente durante los procesos embrionarios. Son abundantes, por tanto, en las semillas de vegetales y en los huevos de los animales ➔ Funciones activas ● Fisiológica: intervienen en los movimientos, los procesos homeostáticos (incluido el mantenimiento del pH), el transporte de otras moléculas, hormonas… ● Regulación genética: participan en los procesos de activación e inactivación de la información genética. ● Catalizadora: reciben el nombre de enzimas. Actúan como biocatalizadores favoreciendo las reacciones químicas que se dan en los seres vivos. ● Inmunitaria: proporcionan la identidad molecular de los organismos vivos (antígenos), mientras que otras (anticuerpos) rechazan cualquier molécula extraña que se introduzca en ellos. 3 Las proteínas 6. CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS Su clasificación se basa en su composición y complejidad. Se diferencian dos grupos: holoproteínas y heteroproteínas. 6.1. HOLOPROTEÍNAS O PROTEÍNAS SIMPLES: formadas únicamente por cadenas polipeptídicas, ya que en su hidrólisis solo se obtienen aminoácidos. ➔ Proteínas globulares: con un alto grado de plegamiento y normalmente solubles. ● Albúminas: con funciones de transporte de otras moléculas o de reserva de aminoácidos. Ej: lactoalbúminas, ovoalbúminas y seroalbúminas. ● Globulinas: ej. hemoglobina. ● Histonas: se encuentran asociadas al ADN. Forman parte de la cromatina y desempeñan funciones importantes en los procesos de regulación genética. ➔ Proteínas fibrilares: con una estructura terciaria menos compleja e insolubles. Realizan generalmente funciones estructurales. Las más importantes son las siguientes: ● Queratina: Presente en epidermis, pelos, plumas, uñas y escamas. Es una proteína rica en el aminoácido cisteína. ● Colágeno: presente en tejidos conjuntivo, cartilaginoso y óseo. ● Miosina: participa en la contracción muscular. ● Elastina: se encuentra en los pulmones, las arterias o la dermis de la piel. 6.2. HETEROPROTEÍNAS O PROTEÍNAS COMPLEJAS O CONJUGADAS: con cadenas polipeptídicas y una parte no proteica (grupo prostético). Según El grupo prostético, las heteroproteínas pueden ser: ● Fosfoproteínas: su grupo prostético es el ácido ortofosfórico. Ej: vitelina (yema de huevo); caseína(queso). ● Glucoproteínas: su grupo prostético es un glúcido. Se encuentran en las membranas celulares, donde desempeñan una función antigénica. . Ej: las gammaglobulinas (anticuerpos), mucus protector del aparato respiratorio y digestivo, algunas hormonas y el líquido sinovial presente en las articulaciones. ● Lipoproteínas: su grupo prostético es un lípido. Aparecen en las paredes bacterianas y en el plasma sanguíneo, donde sirven como transportadores de grasas y colesterol. ● Cromoproteínas: tienen como grupo prostético una molécula compleja con dobles enlaces conjugados, que le da color. ○ Compuestos porfirínicos: Su grupo prostético está compuesto por una metalporfirina (con ion metálico). Ej: Hemoglobina, mioglobina, peroxidasas, catalasas, clorofilas (con metalporfirina con Mg2+) , vitamina B12, etc ○ Compuestos no porfirínicos: su grupo prostético también es coloreado, pero no constituye una metalporfirina. Ej: rodopsina (capta la luz en la retina) y hemocianina (se une a oxígeno en invertebrados) ● Nucleoproteínas: su grupo prostético está formado por ácidos nucleicos. Constituyen la cromatina y los cromosomas. 7. MÉTODOS DE IDENTIFICACIÓN DE PROTEÍNAS ● ● ● Prueba de Biuret: con NaOH y CuSO4. Se obtiene color violeta o rosado en presencia de proteínas. No se utiliza en orina, porque la urea da resultado positivo. Prueba xantoproteica: detecta la presencia de grupos fenilo en una molécula produciendo su nitrocompuestos coloreados.Para aminoácidos con grupo bencénico en su cadena lateral (tirosina y fenilalanina). Se añade HNO3 concentrado, que produce un precipitado blanco que se vuelve amarillo al calentar, y naranja al alcalinizar con amoniaco Prueba de Millon: se emplea Hg disuelto en HNO3 (reactivo de Millon) y se obtiene un precipitado de color blanco, que se vuelve rojo al calentar, debido a la formación de complejos de Hg (II). 4
