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Apuntes, notas, esquemas

Biología - 4 - Proteínas

1 abril 2019 por Arturo J. Murias

Aminoácidos

  • Las proteínas son polímeros de aminoácidos (polipéptidos) con una conformación espacial determinada y, eventualmente, unidos a otras moléculas o iones.
  • Los aa' esenciales son los 8 de los 20 aminoácidos de las proteínas que no somos capaces de producir a partir de otros precursores, y que hemos de tomar directamente en la dieta.
  • Los aa' de las proteínas constan de un Cα central unido a un grupo amino, un grupo carboxilo, un H y una cadena lateral (R).

  • Los aa' son anfóteros porque pueden aceptar o donar H+, según el pH del medio. Esto se debe a que el grupo amino puede aceptar H+ y el grupo carboxilo puede donar H+.

    • En medio ácidos los aa' aceptan H+ y quedan con carga positiva (cationes); en medios básicos los aa' donan H+ y quedan con carga negativa (aniones).
    • En el pH usual de los fluidos biológicos ambos grupos suelen estar ionizados, por lo que los aa' son iones dobles.
    • El punto isoeléctrico de un aa' es el valor intermedio del rango de pH en el que el aa' se encuentra en estado de ion doble.
    • Como el punto isoeléctrico de los aa' es diferente, se pueden separar por electroforesis: una mezcla de ellos se somete a un campo eléctrico, a resultas de lo cual se desplazan hacia polos diferentes y a velocidades diferentes
  • Como el Cα es asimétrico (salvo en la Gly), los aa' proteínicos tienen 2 estereoisómeros:
    • La forma "L", que es la propia de los aminoácidos de las proteínas, es aquella que, en su representación plana, con la cadena lateral arriba y el carboxilo abajo, lleva el grupo amino a la izquierda. La forma "D" lleva el grupo amino a la derecha.
    • La estereoisomería confiere actividad óptica, de modo que una disolución de aminoácidos "L" es levógira y desvía la luz polarizada hacia la izquierda, mientras que una de aminoácidos "D" la desvía hacia la derecha.
  • Clasificación según su cadena lateral:
    • Neutros: cadena lateral neutra.
      • Apolares: Gly, Ala, Cys...
      • Polares: Ser, Thr, Tyr, Asn, Gln.
        • Con grupos -OH o -NH2 (que no se ionizan, pero tienen una distribución asimétrica de la carga).
    • Ácidos: Asp, Glu.
      • Cadena lateral con un carboxilo que puede donar un H+.
    • Básicos: Arg, Lys, His.
      • Cadena lateral con un grupo amino que puede aceptar un H+.
  • La cadena lateral es esencial de cara a los enlaces químicos que los aa' establecen entre ellos en las estructuras terciaria y cuaternaria:
    • 2 Cys pueden establecer enlaces covalentes por puentes disulfuro.
    • Los aa' ácidos pueden establecer enlaces iónicos con los aa' básicos.
    • Los aa' polares pueden establecer puentes de H entre ellos.
    • Todos los aa' pueden establecer uniones por fuerzas de Van de Waals.

Estructura

Primaria
  • Es la secuencia de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos.
  • Esa cadena de aminoácidos se denomina péptido:
    • oligopéptido: 2 a 9 aa';
    • polipéptido: 10 aa' o más.
  • Los péptidos siempre tienen un extremo amino libre (se debe colocar a la izquierda) y un extremo carboxilo libre.
  • El enlace peptídico...
    • se forma por condensación (pérdida de una molécula de agua) entre un grupo amino y un grupo carboxilo de 2 aminoácidos diferentes;
    • es hidrolizable;
    • es covalente;
    • es de tipo amida;
    • es un enlace fijo, sin libertad de rotación para los 2 átomos que lo forman, ya que el N, el C y el O comparten electrones deslocalizados y están siempre en el mismo plano.
Secundaria
  • Es el 1º nivel que contribuye a la conformación o estructura tridimensional de la proteína, de la que depende su función.
  • Consiste en un plegamiento debido al establecimiento de puentes de H entre el grupo -N-H de un enlace peptídico y el grupo -C=O de otro, ya que el 'H' del 1º tiene carga parcial '+' y el 'O' del 2º tiene carga parcial '-'. Las cadenas laterales no intervienen.
  • Hay 2 tipos, que aparecen en diferentes regiones de un mismo péptido, separadas por codos desorganizados:
    • α-Hélice: da lugar a un enrollamiento helicoidal de la cadena peptídica, con 3,6 aminoácidos por vuelta. Es un enrollamiento dextrógiro (en sentido horario) y con las cadenas laterales proyectadas hacia afuera.
    • Conformación ß: da lugar a la formación de una hoja plegada en zigzag, con varias series de aminoácidos en paralelo, en la que las cadenas laterales quedan hacia arriba y hacia debajo de la hoja, alternativamente.

Terciaria
  • Es el 2º nivel que contribuye a la conformación o estructura tridimensional de la proteína, y el último en las proteínas que constan de un solo péptido.
  • Consiste en un plegamiento debido al establecimiento de enlaces entre cadenas laterales enfrentadas, de las siguientes clases, en orden de mayor a menor fortaleza:
    • covalentes (puentes disulfuro entre 2 cisteínas);
    • iónicos (entre aminoácidos ácidos y aminoácidos básicos);
    • puentes de hidrógeno (entre aminoácidos polares);
    • fuerzas de Van der Waals (entre aminoácidos apolares).
  • La estructura primaria de la proteína es responsable de su estructura terciaria, de modo que la sustitución de un aa' por otro podría impedir la formación de alguno de los enlaces anteriores, o dar lugar a otros nuevos, alterando por completo su conformación y su funcionalidad.

Cuaternaria
  • Es el 3º nivel que contribuye a la conformación o estructura tridimensional de la proteína, y está presente solo en las las proteínas que constan de más de un péptido.
  • Consiste en la unión de 2 o más protómeros (péptidos con estructura terciaria) para formar una proteína funcional. Sólo se da en algunos casos (como la hemoglobina o los anticuerpos).
  • Se mantiene por las mismas clases de enlaces que la estructura terciaria.

Tipos

  • Las proteínas globulares:
    • Como la globina (de la hemoglobina), las histonas (de la cromatina), las inmunoglobulinas (o anticuerpos), el fibrinógeno (de la sangre) o la RuBisCO (como todas las enzimas).
    • Son solubles en fluidos biológicos porque ocultan sus cadenas laterales hidrófobas en su interior.
    • Dan lugar a dispersiones coloidales.
    • La elevación de la salinidad da lugar a que las sales secuestren a las moléculas de agua que forman la capa de solvatación que se une a los restos polares de los aminoácidos de la proteína, haciendo que estas tiendan a agregarse entre sí, formando precipitados insolubles.
  • Las proteínas fibrilares, como la fibrina (formada a partir del fibrinógeno) o el colágeno. No son hidrosolubles porque han de aglomerarse con otras similares para poder ocultar sus cadenas laterales apolares de los medios acuosos y, al hacerlo, precipitan.

Propiedades

  • Su función depende de su conformación (de su forma). Cuando pierden su forma (desnaturalización) pierden su función, y suele ser de forma irreversible. Los motivos para esto pueden ser:
    • La elevada temperatura, al incrementar el estado de agitación de las moléculas, puede desencadenar la rotura de algunos de los enlaces que mantienen la conformación de la enzima.
    • Las variaciones en el pH dan lugar a que cadenas laterales con carga negativa tengan que aceptar protones del medio si se hace muy ácido, o a que cadenas laterales con carga positiva tengan que donar protones al medio si se hace muy básico. En ambos casos las fuerzas electrostáticas (iónicas y puentes de H) que contribuyen a su conformación (estructuras terciaria y cuaternaria, en concreto) van a deshacerse.
  • Son muy específicas:
    • Cada especie tiene proteínas que las demás especies no tienen.
    • En distintas especies, proteínas con la misma función tienen estructuras primarias algo diferentes. Esto permite a veces establecer el grado de parentesco filogenético entre diferentes especies, sin necesidad de secuenciar y comparar sus genomas.
    • Las hay específicas de cada individuo, como las proteínas del Complejo Mayor de Histocompatibilidad (CMH o MHC), que funcionan como antígenos de superficie de cada célula de un mamífero, y que permiten a sus leucocitos reconocerlas como propias.

Funciones

  • Constituyen estructuras como:
    • la queratina forma parte de la sustancia intercelular de tejidos epiteliales y de estructuras dérmicas (pelo, uñas, pezuñas, escamas, cuernos de bóvidos);
    • el colágeno, por su resistencia al estiramiento, forma parte de la sustancia intercelular de los tejidos conjuntivo, cartilaginoso y óseo;
    • la elastina, por su elasticidad, forma parte de las pleuras, las paredes de los vasos sanguíneos y la dermis;
    • la actina y la tubulina de los microtúbulos forman parte del citoesqueleto.
  • Forman parte de las membranas celulares, donde actúan como:
    • canales de transporte de sustancias;
    • moléculas receptoras (de hormonas, de virus);
    • moléculas de reconocimiento, como los antígenos del Complejo Mayor de Histocompatibilidad, que permiten que las células que los poseen sean reconocidas como propias.
  • Almacenan aminoácidos para el desarrollo embrionario: ovoalbúmina (en la clara de los huevos) o gluten (en semillas de cereales).
  • Enzimas: catalizan las reacciones bioquímicas.
  • Histonas: ayudan al empaquetamiento y organización del ADN nuclear en la cromatina y, con ello, controlan la expresión de sus genes.
  • Anticuerpos: identifican antígenos, que son macromoléculas libres (como las toxinas) o de la superficie de los microorganismos, de cara a su posterior eliminación por los leucocitos.
  • Transportan sustancias por la sangre: hemoglobina (O2), seroalbúminas (ácidos grasos, metales), proteínas de los complejos LDL y HDL (grasas, colesterol).
  • Participan en los movimientos de la célula: actina de los filamenos finos de los sarcómeros, miosina de los filamentos gruesos, tubulina de los microtúbulos.
  • Son precursoras de hormonas: insulina, prolactina, ADH, GH...

Clasificación

Holoproteínas

Formadas sólo por uno o varios péptidos:

  • Globulinas. Globulares. Como las subunidades proteicas de la hemoglobina o de las inmunoglobulinas.
  • Histonas. Globulares. Ricas en aminoácidos básicos.
  • Albúminas. Globulares.
  • Actina. Globular.
  • Colágeno. Fibrilar. Con estructura secundaria propia, de 3 moléculas entrelazadas helicoidalmente.
  • Queratina. Fibrilar. Rica en cisteína.
  • Elastina. Fibrilar.
  • Miosina. Fibrilar.
Heteroproteínas

Formadas por uno o varios péptidos unido(s) a una parte no peptídica (el grupo prostético):

  • Glucoproteínas. Unidas a glúcidos. Anticuerpos, glucoproteínas de las membranas celulares.
  • Lipoproteínas. Unidas a lípidos. HDL, LDL.
  • Núcleoproteínas. Unidas a ADN. La cromatina.
  • Fosfoproteínas. Unidas al ácido ortofosfórico. Caseína de la leche.
  • Cromoproteínas. Unidas a una molécula coloreada, por tener dobles enlaces conjugados; esta puede ser una metalporfirina o no:
    • Compuestos porfirínicos:
      • hemoglobina (con Fe, en los glóbulos rojos),
      • mioglobina (con Fe, en las células musculares),
      • citocromos (con Fe, en las cadenas de transporte de electrones),
      • peroxidasas y catalasas (con Fe, en los peroxisomas),
      • clorofila (con Mg, en los cloroplastos).
    • Compuestos no porfirínicos:
      • rodopsina (en los bastones de la retina),
      • hemocianina (en la sangre de moluscos, crustáceos y arácnidos).