LAS PROTEÍNAS
Las proteínas son polímeros lineales de α-aminoácidos que se organizan aleatoriamente para formar asociaciones estructuralmente diferentes, con diversas funciones biológicas.
Los aminoácidos son compuestos orgánicos que se caracterizan por tener una estructura básica de un grupo carboxilo, unido a un grupo amino por medio de un carbono tetramérico (C α)
Además de unirse al grupo carboxilo y al grupo amino, se une a un hidrógeno a través de su tercer enlace y, a través de su cuarto enlace, a una cadena variable que da origen a la diversidad de α-aminoácidos que constituyen las proteínas.
A pesar de que se conocen más de quinientos aminoácidos, solo son veinte los que se encuentran, mayoritariamente, en las proteínas y los que dan origen a la diversidad funcional y estructural de las mismas.
Para que los aminoácidos se unan entre sí y puedan formar estructuras estables, se realiza un enlace covalente entre el grupo amino de un aminoácido y el grupo carboxilo del siguiente, estableciéndose un enlace tipo amida que posee características especiales y se denomina enlace peptídico.
Las proteínas se sintetizan constantemente y, para que eso ocurra, la información de su estructura se encuentra almacenada en una molécula completamente diferente, el ADN.
Para que se forme una proteína nueva, se requiere que se activen una serie de procesos que involucran varias estructuras celulares, y otros, más complejos:
- de copiado de información a partir de un gen (ADN), la generación de una molécula mensajera que lleve la información desde el ADN hasta el ribosoma (ARN) y
- la lectura y traducción de dicha información para que el mensaje que viene codificado en un lenguaje de cuatro componentes en el ARN sea traducido en un lenguaje de veinte componentes en la proteína.
El proceso de transcripción
Durante el proceso de transcripción (copiado de la información del ADN para formar ARNM), se envía un mensaje que contiene toda la información almacenada en uno de los genes que conforman el genoma de un organismo.
Este ARNM llega al ribosoma de la célula y allí ocurre el proceso de lectura por tripletas de ese mensaje (codones), para formar la proteína con una alta fidelidad de acuerdo a lo contenido en el genoma del organismo.
Los seres vivos están conformados por una gran variedad de proteínas que se pueden agrupar de acuerdo con sus características físicas, químicas, estructurales o funcionales.
Teniendo en cuenta su función, las proteínas se pueden clasificar según el fenómeno biológico en el cual están involucradas.
Hay proteínas que se encuentran catalizando la mayoría de las reacciones 18 metabólicas que ocurren en las células.
Estas son conocidas como enzimas y presentan características como su especificidad, que las convierte en reguladoras de los procesos en los que participan.
Los procesos de comunicación celular
Si se revisan los procesos de comunicación celular, se encontrará que en todos ellos hay proteínas involucradas.
Ejemplos de estas proteínas son los receptores de hormonas y los receptores de neurotransmisores, los cuales interactúan con sus ligandos por complementariedad entre sus estructuras y desencadenan respuestas celulares.
Muchos de estos ligandos (hormonas y neurotransmisores) son, a su vez, de naturaleza proteica.
Las moléculas biológicas para transportar son, generalmente, proteínas, que se relacionan con cualquier tipo de transporte de moléculas.
Entre los que se destacan el transporte de moléculas hidrofóbicas a través de medios acuosos como las lipoproteínas en la sangre y el transporte de sustancias a través del citoplasma por medio de una red de microtúbulos, como lo hace la kinesina.
Así mismo, las proteínas pueden servir de transportadores a través de la membrana biológica ya sea participando en procesos redox, como en la membrana de la mitocondria, o como transportadoras de moléculas polares a través de la membrana, como ocurre en los canales iónicos.
Algunas proteínas pueden cumplir también funciones de almacenamiento de sustancias nutritivas, como sucede en las etapas del desarrollo embrionario o con algunos iones vitales para el organismo.
Otros procesos biológicos también son soportados por este tipo de moléculas.
La estructura y soporte de las células son dadas por una compleja red de naturaleza proteica que se denomina citoesqueleto, el cual constituye un armazón alrededor del que se organizan todos los componentes celulares
Sirviendo como soporte para la realización de fenómenos indispensables para la viabilidad celular como el transporte intracelular o la división celular.
En los tejidos de sostén (conjuntivo, óseo y cartilaginoso) de los vertebrados, las fibras de colágeno presentes en la matriz extracelular son las encargadas de conferir resistencia mecánica tanto a la tracción como a la compresión.
La queratina (presente en cabello, plumas, uñas y cuernos), la fibroína de la seda de araña y la fibrina que segregan las plaquetas para formar los coágulos sanguíneos también son proteínas con función estructural.
La defensa en los diferentes organismos también es un proceso realizado por proteínas.
En las bacterias, las llamadas endonucleasas de restricción se encargan de identificar y destruir moléculas de ADN que no se identifican como propias y, en los vertebrados superiores, las inmunoglobulinas reconocen moléculas extrañas y se unen a ellas para facilitar su destrucción, proceso del que se encargan las células del sistema inmunitario.
El control de diferentes funciones vitales de las células se puede realizar a nivel génico y, en este proceso, las proteínas regulan la expresión génica, es decir, se encargan de decidir en todo momento qué genes deben ser transcritos a ARN y, por lo tanto, traducidos a proteína.
Estructura de las proteinas
Independientemente del tipo de proteína que se esté considerando, para que esta sea funcional, debe tener una estructura tridimensional estable. Para llegar a esta estabilidad, las proteínas presentan tres (algunas cuatro) niveles estructurales que contribuyen para alcanzar esa estabilidad.
La estructura primaria
Está determinada por la secuencia de aminoácidos en la cadena proteica, es decir, el número de aminoácidos presentes y el orden en que están enlazados.
La estructura secundaria
Corresponde al plegamiento que adoptan determinadas regiones de la cadena polipeptídica por el establecimiento de puentes de hidrógeno entre los átomos que forman el enlace peptídico.
Finalmente, la molécula proteica adopta un plegamiento tridimensional que constituye su estructura terciaria, concepto equiparable al de conformación absoluta en otras moléculas.
La estructura terciaria
Está determinada por la estructura primaria y es la responsable directa de sus propiedades biológicas.
Las interacciones que estabilizan la estructura terciaria pueden ser tanto de tipo covalente (puentes disulfuro) como de tipo no covalente (puentes de hidrógeno, fuerzas de polaridad, electrostáticas, hidrofóbicas, etc.).
La estructura cuaternaria
Algunas proteínas pueden tener un nivel estructural adicional cuando se asocian varias cadenas polipeptídicas (iguales o distintas) para formar una unidad funcional, y en ese caso se habla de estructura cuaternaria. Las interacciones que estabilizan la estructura cuaternaria son de tipo no covalente.
Las proteínas se asocian entre sí o con otra clase de biomoléculas para formar asociaciones supramacromoleculares (microtúbulos, ribosomas, nucleosomas, virus, membranas, etc.).
Las interacciones que estabilizan este nivel de estructura también son de tipo no covalente. Esta organización se diferencia de la cuaternaria debido a que la estequiometría de las estructuras formadas puede variar considerablemente.
La pérdida de la estructura terciaria se denomina desnaturalización y va acompañada de la pérdida de funcionalidad. Sin embargo, con la desnaturalización no desaparece la estructura primaria, ya que se mantienen los enlaces peptídicos.
En algunos casos la desnaturalización es reversible. Las proteínas se pueden estudiar en todos sus niveles estructurales por medio de diferentes técnicas experimentales.