proteínas - Joaquín Rodríguez Piaya

Lasproteínas
PROTEÍNAS
El término proteína deriva del griego "proteos" (lo primero, lo principal) y habla de su gran importancia para los seres
vivos.
Lasproteínassonlasmacromoléculasmásabundantesdelascélulas.Constituyenmásdel50%delpesosecodelacélula
(15%deltotal).
Sinembargosugranimportanciabiológicareside,másqueensuabundanciaenlamateriaviva,enelelevadonúmerode
funcionesbiológicasquedesempeñan,ensugranversatilidadfuncionalysobretodoenlaparticularrelaciónquelasune
con los ácidos nucleicos, ya que constituyen el vehículo habitual de expresión de la información genética contenida en
éstosúltimos.
EstánformadosporC,H,OyN,casitodastienenSy,enmenorproporción,P,Fe,Cu,etc.
Sonpolímerosdelosaminoácidos.
Seclasificanen:
Oligopéptidos
(2–10)
Polipéptidos Filamentosas
(11–100)
Holoproteínas
Péptidos
Globulares
Proteínas
Cromoproteína
(+100op.m.>5000) Glucoproteínas
HeteroproteínasLipoproteínas
Nucleoproteínas
Fosfoproteínas
AMINOÁCIDOS
Los aminoácidos son compuestos orgánicos que poseen un grupo carboxilo (-COOH) y un grupo
amino (-NH2). Pueden ser α, β, γ, δ....aminoácidos, según si grupo amino esté unido
respectivamente al primero, segundo, tercero, cuarto... átomo de carbono contando a partir del
átomo de carbono del grupo carboxilo. Los aminoácidos que forman parte de las proteínas son
todossondetipoalfa,yaquelosgruposaminoycarboxiloseunenalmismocarbono.
Seconocen20aminoácidos.
PROPIEDADES
•
•
•
•
•
Sonsólidosatemperaturaambiente
Cristalinos
Elevadopuntodefusión,
Solublesenagua
Isomería:Todoslosaminoácidos,salvolaglicocolao
glicina, son compuestos quirales (tienen asimétrico
elcarbonoα).
Cada α-aminoácido puede existir en dos formas
estereoisómeras que son enantiómeros (formas no
superponibles)
Sobre el plano del papel, y situando hacia arriba el
grupo carboxilo y hacia abajo el radical, si el grupo
aminoquedahacialaderechatieneconfiguraciónD
ysiestáalaizquierdaseráL.Todoslosaminoácidos
presentesenlasproteínassonL.LadisposiciónLoD
esindependientedelaactividadóptica.
Presentan actividad óptica: desvían en plano de la
luzpolarizada,pudiendoserdextrógiros(+)olevógiros(-).
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•
Comportamiento químico: En disolución presentan comportamiento anfótero. Pueden ionizarse, dependiendo del
pH, como un ácido (COO ) o como una base, captando electrones (NH3), o como un ácido y una base a la vez. La
formadipolar(formazwitterion),enmedioácidocaptaprotonesysecomportacomounabase,yviceversa.ElpHen
el cual el aminoácido tiende a adoptar una forma dipolar neutra, con tantas cargas positivas como negativas, se
denominapuntoisoeléctrico.
Algunos aminoácidos presentan cadenas laterales (R) con grupos funcionales que son potenciales dadores o
aceptoresdeprotones,yqueporlotantotambiéninfluyendemaneradeterminanteensuspropiedadesácido-base.
Elcomportamientoácido-basedelosaminoácidosrevisteunagranimportanciabiológica,yaqueinfluyeasuvezen
las propiedades de las proteínas de las que forman parte. Además, las técnicas para separar y analizar los
aminoácidoscomponentesdeunaproteínasebasanengranmedidaensucomportamientoácido-base.
CLASIFICACIÓNDELOSAMINOÁCIDOS
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SeclasificansegúnelradicalRqueseenlacealCalfa.
a- Alifáticos:elradicalResunacadenaabierta.
• Neutros:elradicalRnoposeegruposcarboxiloniamino.
• Ácidos:elradicalRpresentagruposcarboxilo,peronoamino.
• Básicos:elradicalRpresentagruposamino,peronocarboxilo.
b- Aromáticos:elradicalResunacadenacerrada,generalmenterelacionadaconelbenceno.
c- Heterocíclicos:elradicalResunacadenacerrada,generalmentecomplejayconalgunosátomosdistintosalosdeCe
H.
Sehanencontradoenlascélulasvivasalrededordeotros300aminoácidosquedesempeñandiferentesfuncionespero
quenoformanpartedelasproteínas.AlgunosdeellospresentanconfiguraciónDynotodossonα-aminoácidos.
ENLACEPEPTÍDICO
El enlace peptídico es un enlace covalente que se establece entre un
grupoaminodeunaminoácidosyelgrupocarboxilodeotro.Losátomos
del grupo carboxilo y del grupo amino se sitúan en el mismo plano, con
distanciasyángulosfijos.
Enelenlacepeptídico,launiónentreelCyelNesmáscortaqueenotros
enlaces C – N, pero más larga que en los enlaces C = N. Tiene cierto
carácter de enlace doble (ello es debido a que el nitrógeno del grupo
peptídicoposeeunorbitalvacantequelepermitecompartirenresonancia
un par de electrones del doble enlace C-O). Como consecuencia, este
enlacetieneunaciertarigidez,sinquepermitaelgiro.Loscuatroátomos
delgrupopeptídicosoncoplanares,estandoeloxígenoyelhidrógenoen
posición trans. Solamente giran los enlaces de la cadena en los que
intervieneelcarbonoα.
ESTRUCTURADELASPROTEÍNAS
Las proteínas no son polímeros al azar de longitud indefinida, sino que cada una de ellas tiene una determinada
composición en aminoácidos y estos están ordenados en una determinada secuencia. En las células vivas las cadenas
polipeptídicas de las proteínas no se encuentran extendidas ni plegadas al azar adoptando estructuras caprichosas o
variables, sino que cada una de ellas se encuentra plegada de un modo característico, que es igual para todas las
moléculas de una misma proteína, y que recibe el nombre de estructura o conformación tridimensional nativa de la
proteína.Unaclaraevidenciaenfavordeestaidealaconstituyeelhechodequelasproteínaspuedancristalizar,yaque
la disposición ordenada de la materia cristalina sólo es posible cuando las unidades moleculares individuales que
componenelcristalsonidénticas.
Lasproteínasvienendefinidaspor4estructuras:
1- ESTRUCTURAPRIMARIA
Eslasecuenciadeaminoácidos.Nosindicaquéaminoácidosyenquéordenaparecen.Lafuncióndeunaproteína
dependedelasecuencia.Cualquiervariacióndalugaraunaproteínadiferente.Entodaproteínahayungrupoamino
yotrocarboxilolibresenlosextremos.LasecuenciasiempreseescribedesdeelN-terminalalC–terminal.
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2- ESTRUCTURASECUNDARIA
Esladisposicióndelacadenaenelespacio.Losaminoácidos,amedidaquevansiendoenlazadosdurantelasíntesis
de las proteínas, y gracias a la capacidad de giro de los enlaces, adquieren una disposición espacial estable. Se
conocendostiposdeestructuras:
• Alfahélice:Seproduceungiroenlamolécula,dandolugarauntipoespecial
de enrollamiento. Los átomos de oxígeno quedan orientados en la misma
dirección, mientras que los de H del grupo amino lo hacen en la dirección
contraria.EllopermitelaformacióndepuentesdeHquemantienenestable
lahélice.Losradicalesnointervienenenlosenlacesyaparecenproyectados
hacia la parte externa de la cadena. Por ello proteínas muy diferentes
puedentenerlamismaestructura.Hay3,6aminoácidosporvuelta.
Unavarianteeslahélicedecolágeno,dondelaalfa–héliceesalgomásalargada
(con3aminoácidosporvuelta),debidoasuriquezaenprolinaehidroprolina(no
puedenformarpuentesdeH).Laestabilidadsedebealaasociaciónde3hélices,
queoriginaunasuperhélice(unidasporenlacescovalentesypuentesdeH).
•
Disposiciónbetaoláminaplegada:Formaunahéliceextendida(parecidoa
un zig – zag), ya que no existen puentes de H. Es estable gracias a la
asociación de varias moléculas o varios segmentos de la misma cadena,
estableciéndose puentes de H. Los grupos R se disponen por encima y por
debajo. Suelen tener grupos R pequeños. Es muy característica en la
queratina.
3- ESTRUCTURATERCIARIA
Es la disposición espacial de la proteína. La estructura primaria determina la estructura terciaria de las proteínas
globulares.
Sedebenavariosfactores:
• LosrestosdeaminoácidoscongruposRpolaresoconcargaseproyectanhaciaelexteriordelaestructura,
expuestosalcontactoconlasmoléculasdeagua.
• Los restos de aminoácidos con grupos R no polares (hidrófobos) se encuentran en el interior de la
estructura,aisladosdelcontactoconelaguayejerciendointeraccioneshidrofóbicasentresí.
• puentesdisulfurosentrelascisteínasdedistintasodelamismacadena.
• pHdelmedio
• puentesdeH
• fuerzasdeVanderWaals
• aminoácidoscomoprolinaehidroprolinaqueirrumpelaestructuraendoblehélice
Generalmente,enlostramosrectos,lacadenapolipeptídicaposeeunaestructurasecundariadetipoalfa–hélice,y
enloscodosocambiosdedirecciónpresentaunaestructurasecundariadetipobeta.
Existendostiposdeconfiguraciones
a- Filamentosa:mantieneunaestructurasecundariaalargadaysóloseretuerceligeramente.Soninsolublesen
agua.Parafuncionesesqueléticas.Ej.:queratina,colágeno,elastina,etc.
b- Globular:Seplieganformandoestructurasrelativamenteesféricas.Lacadenapolipeptídicaestáplegadade
un modo muy compacto, sin apenas espacio para moléculas de agua en el interior del plegamiento. Son
solublesymuyabundantes.Ej.:mioglobina.
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4- ESTRUCTURACUATERNARIA
Informadelaunión,medianteenlacesdébiles(nocovalentes)devariascadenaspolipeptídicas,idénticasono,para
formar un complejo proteínico. Cada una de estas cadenas polipeptídicas recibe el nombre de protómero o
subunidadproteica.Ejm.:lahemoglobinatiene4protómeros,lascápsidesdelosvirustienenmuchosprotómeros
(polímeros).
PROPIEDADESDELASPROTEÍNAS
Dependensobretododelosradicales.Alconjuntodeaminoácidosdeunaproteínacuyosradicalesposeenlacapacidad
deunirseaotrasmoléculasyreaccionarconéstassedenominacentroactivo.
1- SOLUBILIDAD
Las proteínas globulares dan lugar a dispersiones coloidales. La solubilidad depende de los radicales R que, al
ionizarse,establecenpuentesdeHconlasmoléculasdeagua.Siseunieranconotrasproteínas,precipitarían.
2- DESNATURALIZACIÓN
SiunasoluciónessometidaacambiosdepH,alteracionesenlaconcentración,agitaciónmolecularomodificaciones
enlatemperatura,lasolubilidaddelasproteínasdesaparece.Losenlacesquemantienenlaconfiguraciónglobularse
rompenyseadoptalaformafilamentosa.Tiendenaunirsemoléculasentresíyprecipitan.
Laspropiedadesbiocatalizadorassepierdenporalteracióndelcentroactivo.Noafectaalosenlacespeptídicos,pero
síalasestructuras2ªy3ª.
El proceso de desnaturalización, si se lleva a cabo en condiciones suaves (variaciones moderadas y graduales de
temperaturaopH),esreversible.Laproteínapuederecuperarsuconformacióntridimensionalnativasiserestituyen
lascondicionesiniciales.Esteprocesorecibeelnombrederenaturalización.
Ej.: corte de la leche (por descenso del pH al convertir las bacterias la lactosa en ácidos láctico), permanentes del
cabello,etc.
3- ESPECIFICIDAD
En su secuencia de aminoácidos, las proteínas presentan sectores estables y sectores variables en los que algunos
aminoácidos pueden ser sustituidos por otros distintos sin que se altere su funcionalidad. Ello da lugar a que cada
especie tenga proteínas específicas, incluso distintas entre individuos de una misma especie. Cuanto más alejadas
esténdosespecies,másdistintasseránsusproteínahomólogas(conlamismafunción).
En algunas proteínas se han detectado dos o más regiones globulares densamente empaquetadas que se hallan
conectadas entre sí por un corto tramo de cadena polipeptídica extendida o plegada en hélice α. Estas regiones
globulares, denominadas dominios estructurales, presentan una gran estabilidad, y aparecen repetidas en muchas
proteínasdiferentesdebidoasugraneficaciabiológica.
4- CAPACIDADAMORTIGUADORA
Las proteínas tienen un comportamiento anfótero. Tienden a neutralizar variaciones del pH del medio, ya que
+
puedencomportarsecomounácidoounabasey,portanto,liberanoretiranprotones(H )delmedio.
CLASIFICACIÓNDELASPROTEÍNAS
HOLOPROTEÍNAS
Sonlasproteínasqueestáncompuestasexclusivamenteporaminoácidos.
a- Globulares:generalmentesolublesenagua.
Ø Albúminas: constituyen la fracción principal de las proteínas plasmáticas. Regulan la presión osmótica y
constituyenlareservaprincipaldeproteínadelorganismo.Ej.:ovoalbúmina,seroalbúminaylactoalbúmina.
Ø Globulinas:congranmasamolecular.Ej.:lacto,seroyovoalbúmina.Tambiénlaalfa–albúmina(asociadaa
lahemoglobina)ylasgammaglobulinasoinmunoglobulinas.
Ø Histonas:aparecenenelnúcleocelular,asociadasalADN.
b- Filamentosasofibrilares:fundamentalmenteenanimales.
Ø Colágenos: en t. conjuntivo, cartilaginoso y óseo. Forman fibras con gran resistencia a la tensión. Por
polimerizaciónehidrólisisseoriginanlasgelatinas.
Ø Elastinas: se deforman y se recuperan sin deteriorarse. Aparecen en tendones, vasos sanguíneos y
pulmones.Nodanlugaragelatinas.
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Ø
Ø
Queratinas:encabello,uñas,pelo,plumas,cuernos,pezuñas,...
Miosina:intervieneenlacontracciónmuscular.
HETEROPROTEÍNAS
Son las proteínas que están formadas por aminoácidos (grupo proteico) y por otra sustancia de naturaleza no
proteica(grupoprostético).
a- Cromoproteínas: el grupo prostético es una sustancia coloreada (pigmentos). Ej.: hemoglobina, mioglobina,
hemocianina,citocromos,...
b- Glucoproteínas:Elgrupoprotéticocontienemonosacáridos(glucosa,galactosa,...).Seunenmedianteunenlace
covalente un radical hidroxilo del glúcido y un radical amino del prótido. H. estimulante del folículo (FSH), H.
estimulantedeltiroides(TSH),H.luteinizante(LH),mucinas,...
c- Lipoproteínas:grupoprotético:ácidosgrasos.Lipoproteínasanguíneas(LDL,HDL),enmembranas,...
d- Nucleoproteínas:grupoprotético:ácidosgrasos.Histonasconácidosnucleicos.
e- Fosfoproteínas:grupoprostético:ácidofosfórico.Caseínas(leche),...
FUNCIONESDELASPROTEÍNAS
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Estructural: formando parte de las membranas plasmáticas, en microtúbulos, cilios, flagelos, queratina, elastina,
colágeno,...
Transporte:hemoglobina,hemocianina,mioglobina,lipoproteínasanguíneas,permeasas,...
Enzimática:conacciónbiocatalizadora.Favorecenreaccionesquímicas.
Hormonal: biocatalizadores que no actúan localmente, sino globalmente. Insulina, tiroxina, oxitocina (9
aminoácidos),..
Defensiva: gammaglobulinas o inmunoglobulinas. Se incluyen proteína que modifican el pH y las toxinas, con
funcionesbactericidas,fungicidas,trombina,fibrinógeno,mucinas,...
Contráctil:actinaymiosina.
Reserva:ovoalbúmina,caseína,...
Homeostática:regulandoelpH.
CUESTIONARIODEPROTEÍNAS
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3
4-
5
6-
78-
¿Cuántoscarbonosasimétricosposeenlosaminoácidos?
Desarrollalafórmuladelúnicoaminoácidoquenotieneactividadóptica.
¿Quésignificaqueunaminoácidoesanfótero?
Unaminoácidotieneunpuntoisoeléctricode6,5.¿QuécargapresentarásielpHdelmedioes6,5,sies4osies10?
IndicarenquépHdelosindicadosanteriormenteelaminoácidosedesplazaráhaciaelánodo,cuándoloharáhaciael
cátodoycuándopermaneceráinmóvil.
Sielpuntoisoeléctricodelaalaninaes6,indicarlacargayestructuraquímicadeesteaminoácidoapH6.Indicarla
cargayestructuraquímicaquepresentarálaalaninaapHdevalores2y9.
Señalalosenunciadosverdaderos:
a- TodoslosaminoácidosdextrógirostienenconfiguraciónL.
b- Todoslosaminoácidosalifáticossonneutros.
c- LauniónHis–Lys–Metpuedeconsiderarseunoligopéptido.
Enunadisoluciónacuosahayalaninaytreonina,cuyospuntosisoeléctricosson6,.02y6,60respectivamente.Siel
pHdeladisoluciónes6,3indicaquéaminoácidosedirigiráalánodoycuálalcátodo.¿Porqué?
¿Enquédirecciónseunendosaminoácidos?Desarrollalafórmuladeldipéptidoformadoporlametioninaylavalina.
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9-
Untripéptidoformadoportresaminoácidosalifáticospresentaenelextremoaminolibreunaminoácidoconradical
hidrófobo y en el extremo carboxílico libre un aminoácido con un radical ácido. El aminoácido central posee un
radicalbásico.
Construirestetripéptidoeligiendolos3aminoácidosdelossiguientes:Ser,Phe,Glu,Lys,Ala,ProeHis.
10- Latripsinaesunaenzimaquehidrolizalosenlacespeptídicosenlosqueelgrupocarboxílicolosaportaunalisinao
unaarginina.¿Cuálseráelresultadodelahidrólisispormediodelatripsinasobreestospéptidos?
a- H2N–Lys–Met–Ala–Arg–Met–Val–COOH
b- COOH–Lys–Arg–Met–Cys–Lys–Phe–NH2
11- Elaspartamoesunedulcorantesintéticoqueseusacomosustitutodelasacarosa.Noesunglúcido,sinoqueesun
dipéptidoformadoporácidoaspárticoyfenilalanina.Representalasdosfórmulasestructuralesquepodríatenerel
aspartamo.
12- ¿Porquélasedayelcolágenosoportanaltastensionessinestirarsemientrasquelalanasíesestirable?
13- ¿Qué enlaces se rompen al someter una molécula proteica a una Tª elevada? ¿Cómo se denomina este proceso?
¿Quérepercusióntieneenlafuncionalidaddelaproteína?
14- ¿Quécambiodeaminoácidostendráunefectomásdrásticosobreunaproteína?Razonalarespuesta
a- Ala/Val
b- Ala/Arg
c- Arg/Glu
15- ¿Cuáleslarazóndequehayapuentesdisulfuroenlainsulina?
16- ¿CreesqueAla–Cys–Trp–GlyyGly–Trp–Cys–Alasonelmismopéptido?
17- Lahemoglobinahumanasediferenciadeladelcerdoen17aminoácidos,
de la del gorila en 1 y de la del caballo en 26. ¿Qué puedes deducir de
estosdatos?
18- El olor característico del pelo quemado es debido a la formación de SO2.
¿Cómocreesqueseproduce?
19- Cuando se añade una sustancia ácida a la leche y se calienta para que la
reacción vaya más rápida, la leche se corta, es decir, se forman unos
grumosquealfiltrarlaquedanretenidosenelpapeldefiltro.
• Dequésustanciasetrata
• ¿Porquéhaprecipitado?
• ¿Quénombrecomúnycomercialtiene?
• ¿Cómosepuedereconocer?
• ¿Quésustanciaconstituyelatelillablancaquequedaenlasuperficie?
• ¿Quénombrecomúnycomercialtiene?
• ¿Cómosepuedereconocer?
• ¿Quéglúcidoquedadisueltoenelagua?
• ¿Cómosepuedereconoceresteglúcido?
20- A diferencia de lo que ocurre con otras macromoléculas como los
polisacáridos, las cadenas de aminoácidos de las proteínas nunca son
ramificadas.¿Creesqueseríaposiblesintetizarartificialmenteunacadena
polipeptídicaramificada?Justificalarespuesta.
21- Explicaporquélosaminoácidossonmássolublesenaguadeloquecabría
esperar de su estructura química y de su relativamente elevada masa
molecular.
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