PROTEÍNAS - Apuntes

@profesorjano WIX PROFESOR JANO
PROTEÍNAS
ÍNDICE
1. Introducción
2. Funciones de las proteínas
3. Estructura de los aminoácidos
4. El enlace peptídico. Péptidos y proteínas
5. La estructura de las proteínas. Desnaturalización.
6. Calsificación de las proteínas (Anexo I)
1. INTRODUCCIÓN
Las proteínas son las moléculas que desempeñan la mayor parte de la
actividad de las células además de tener importantes
funciones estructurales.
Las proteínas son fruto de la polimerización de unas
unidades básicas llamadas aminoácidos que se unen
entre sí formando enlaces peptídicos.
2. FUNCIONES DE LAS PROTEÍNAS
• Función estructural: cuando forma parte del
armazón o cuerpo de otras estructuras celulares o
tisulares (tejidos). Son ejemplos el colágeno que
forma parte de la sustancia intercelular de los
tejidos conectivos, las proteínas que forman
parte de la cápsida de los virus o la tubulina cuya
polimerización de lugar a cilios y flagelos.
• Función reguladora. Son aquellas que
intervienen en los procesos de señalización
química como algunas hormonas (insulina,
hormona de crecimiento), en la activación de
genes como los factores de transcripción o bien
los receptores proteicos de membrana que desencadenan cambios
en las células cuando les llega el ligando específico.
• Proteínas contráctiles como la actina y la miosina del músculo.
• Proteínas de transporte, como la hemoglobina y mioglobina que
transportan y almacenan oxígeno respectivamente, la albúmina
sérica que transporta ácidos grasos o las proteínas
transportadoras de membrana como los “carriers” o la bomba de
sodio y potasio.
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Estructura tridimensional
de la mioglobina

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• Proteínas de almacenamiento reserva. Es el caso de
ovoalbúmina en el huevo, la caseína en la leche o la gliadina
presente en los cereales.
• Proteínas de defensa como los anticuerpos o inmuniglobulinas
o el complemento.
• Función enzimática. Los enzimas son biocatalizadores
orgánicos. Tienen un capítulo aparte en estos apuntes.
3. LA ESTRUCTURA DE LOS AMINOÁCIDOS
Los aminoácidos son las unidades (monómeros) que
forman parte de las proteínas. Existen unos 300
aminoácidos distintos aunque la mayoría de las
proteínas de los seres vivos contienen 20
aminoácidos distintos. El orden en el que estos
aminoácidos se unen para constituir las proteínas
está determinado por el ADN.
Para que muchas proteínas funciones correctamente
necesitan la presencia de partes no proteícas que
reciben el nombre de grupos prostéticos. El grupo
hemo de lo hemoglobina sería un ejemplo.
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Los aminoácidos tienen un átomo de carbono central llamado a al
que se une un grupo amino, un hidrógeno y un grupo carboxilo
(ácido). Esta estructura es común a todos. Los aminoácidos se
diferencian entre sí según el grupo orgánico “R” que se una a la
cuarta valencia del carbono a. Según la naturaleza del grupo R los
aminoácidos se clasifican en:
• Aminoácidos con grupo R apolar o hidrófobos.
• Aminoácidos con grupo R polar o hidrófilos
• Aminoácidos con grupo R ácido y cargados negativamente
(también son hidrófilos)
• Aminoácidos con grupo R básico y cargados positivamente
(también son hidrófilos)
El carbono a de los aminoácidos es
asimétrico salvo en el caso de la
glicina. Por esta razón los
aminoácidos presentan enantiómeros
D y L.
Se denominan aminoácidos esenciales
aquellos que no se pueden fabricar a
partir de otros aminoácidos o de
otras biomoléculas y, por lo tanto,
deben de ser ingeridos en la dieta.
Este concepto de “esencial” es
ampliable a otro tipo de biomoléculas.
IONIZACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS
Cuando un aminoácido se disuelve
en agua, se encuentra en solución
en forma de ion dipolar o
zwitterion.
Según el pH del medio el tipo de
ionización de un aminoácido cambia
y también sus cargas lo que puede
ocasionar cambios en la forma
espacial de la proteína que los
contiene situación que puede
resultar peligrosa.
En medios ácidos el aminoácido
está completamene protonado (con
-COOH y NH3 + ) y su carga es positiva
mientras que en medios básicos el
aminoácido presenta su forma desprotonada (-COO - y NH2) y su
carga es negativa.
Una sustancia ácida es aquella que es capaz de donar H +
(protones) al medio y una sustancia básica es aquella capaz de
tomarlos del medio. Cuando el aminoácido está en su forma
protonada en un medio ácido y el pH va aumentando, el
aminoácido se desprotona donando H + al medio y se comporta
como un ácido. Cuando el aminoácido está en su forma
desprotonada en un medio básico y el pH va disminuyendo, el
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Al igual que los monosacáridos,
los aminoácidos también
presentan imágenes
especulares D y L

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aminoácido capta protones del medio comportándose con una base.
Por lo tanto, los aminoácidos pueden comportarse como ácidos y
como bases según sea el pH del medio. A las sustancias que tienen
esta propiedad se les denomina anfóteras.
Existen unos valores de pH característicos para cada aminoácido.
Son
• Pka : el es pH para el cual el aminoácido está en un 50 % en su
forma protonada y un 50 % en su forma de ion dipolar
(zwitterion)
• PI o punto isoeléctrico: es el pH para el cual ese aminoácido
está al 100 % en forma de ion dipolar.
• Pkb: es el pH para el cual el aminoácido está en un 50 % en su
forma desprotonada y un 50 % en forma de ion dipolar
(zwitterion)
A pH fisiológico (el habitual en células y tejidos) los aminoácidos no
suelen tener carga neta ya que se encuentran en forma de ion
dipolar. Si varía el pH y po eso debe mantenerse constante, sí que
pueden verse alteradas las cargas de los aminoácidos.
Dado que los aminoácidos de las proteínas pueden comportarse como
ácidos o como bases, a menudo influyen como sustancias
tamponadoras de las variaciones de pH en el organismo.
4. EL ENLACE PEPTÍDICO. PÉPTIDOS Y PROTEÍNAS
Los aminoácidos se unen entre sí mediante un enlace covalente de
tipo amida, en el que el grupo carboxilo (-COOH) del primer
aminoácido enlaza con el grupo amino (H2N-) del siguiente.
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Aunque el enlace formado es simple y no doble, el
enlace amida presenta la rigidez caracteerística del
doble enlace lo que provoca que los átomos que se
encuentran unidos a carbono del grupo carboxilo y
al nitrógeno del grupo amino estén en el mismo
plano.
A una cadena de muchos aminoácidos unidos se le
denomina polipétido y si son unos pocos recibe el
nombre de oligopétido (o más concretamente
dipéptido, tripéptido, tetrapéptido, etc.)
Aunque a veces se suelen usar indistintamente los
términos polipéptido y proteína, se considera que
una proteína debe tener una masa molécular
superior a 10.000.
El primer aminoácido de una cadena polipeptídica
es aquel que tiene su grupo amino libre (extremo
N-terminal) y el último es el que tiene libre el COOH (extremo C o
carboxilo terminal)
Algunos ejemplos de péptidos de interés biológico:
• Glutation. Es un potente reductor biológico que entre otras
funciones tiene la de mantener el estado de oxidación del hierro
de la hemoglobina en +2 (en +3, metahemoglobina, es incapaz de
unirse al oxígeno)
• Ácido pantoténico que es el precursor de la vitamina B5.
• La gramidicina y la penicilina son antibióticos formados o que
contienen péptidos.
• Hormonas peptídicas, como la oxitocina, vasopresina o insulina.
5. LA ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS
Una proteína es activa por que tiene una determinada forma en
el espacio. Se denomina conformación a la disposición
tridimensional de los átomos de una proteína. Cuando esta
conformación es la que permite que la proteína pueda llevar a
cabo su función se dice que es su forma nativa.
La forma nativa de una proteína nunca es la estructura en zigzag
de la cadena de aminoácidos o estructura primaria sino
que presentan diversos grados de plegamiento en el espacio.
Dado que el enlace peptídico es rígido, sólo los enlaces
adyacentes pueden girar según unos ángulos y . Sólo unos
valores determinados de f y y permiten plegamientos estables
que genera el siguiente grado de plegamiento o estructura
secundaria.
Las estructuras secundarias estables para valores permitidos de
y fueron representadas en unos ejes en los que se situaron
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VÍDEO formación ENLACE
PEPTÍDICO

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los diferentes tipos de estructuras secundarias estables.
Este diagrama recibe el nombre de Diagrama de
Ramachandran. Las estructuras secundarias más
frecuentes son:
Hélice : es una disposición helicoidal de la cadena en
zig-zag de aminoácidos que generan una forma cilíndrica
con los grupos R hacia el exterior de la hélice. ( = -45 o a
-50 o ; = -60 o ). Su sentido de avance es en el sentido de
las agujas del reloj, dextrógira, y cada vuelta avanza 5’4
angtroms y contiene 3,6 aminoácidos.
Esta tipo de disposición en el especie permite la
formación de puentes de hidrógeno intracatenarios que le
otorga gran estabilidad.
En general, las proteínas
que presentan como
máximo grado de
plegamiento especial una
estructura secundaria se denominas
proteínas fibrosas y suelen tener
función estructural ya que forman
largas hebras o láminas. Las queratinas
con proteínas formadas
casi exclusivamente por hélices y
son el constituyente del pelo, uñas y
pezuñas. Presentan abundantes
cisteínas y por eso su combustión
genera ese olor azufrado característico
de “pollo chamuscado”. Al tener cisteínas forman puentes disulfuro.
Aminoácidos como la prolina
desestabilizan la hélice haciendo
que pierda esta conformación.
Conformación en lámina o
conformación . Se trata de una
disposición paralela o antiparalela
según sea el sentido en el que se
encuentren las cadenas en zig-zag de
los aminoácidos que forman la
proteína a modo de una lámina
plegada. Los grupos R se disponen de
manera opuesta (arriba-abajo). Estas
láminas están estabilizadas por
puentes de hidrógeno intracatenarios
e intercatenarios.
Las -queratinas que constituyen por
ejemplo los hilos de la tela de araña y la
fibroína de la seda presentan láminas como su grado máximo de
plegamiento. Tienen abundantes residuos de alanina y glicina y
forman fibras inextensibles.
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El colágeno es una proteína fibrosa formada por la polimerización de
unidades tres hélices acopladas entre sí. Cada una de estas hélices
ricas en hidroxiprolina recibe el nombre de cadena pro- (no
confundirlo con la hélice ). Esta hélice es levógira (avanza en
sentido opuesto a las agujas del reloj) pero cuando se ensamblan tres
de ellas generan una triple hélice dextrógira. La polimerización de
estas unidades genera la fibra de colágeno. La fibra generada tiene
la misma fuerza de tensión que un cable de acero de idéntica
sección. Existen muchos tipos de colágeno en el ser humano y es
sintetizado por los fibroblastos. El colágeno es el principal
componente de ligamentos y tendones y forman parte de las
sustancias intercelular de los tejidos conectivos.
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CHAPERONA
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Las proteínas que desempeñan la
mayor partes de las funciones
biológicas señaladas al principio del
tema presentan un grado más de
plegamiento en el espacio en el que
se combinan distintas
combinaciones de láminas y
hélices generando estructuras
globulares. De hecho las proteínas
con estructura terciaria se
denominan globulares y pueden
tener varios tipos de estructura
secundaria (las fibrosas sólo uno)
Gracias a este segundo grado de
plegamiento aminoácidos que
estaban muy separados en la cadena
polipeptídica pueden terminar
próximos. Las fuerzas que
intervienen en este plegamiento
espacial y que otorgan a las
proteínas la forma precisa que
ahce que sea funcional son:
-Interacciones hidrofóbias e
hidrofílicas de los grupos R de los
aminoácidos con el medio
- Fuerzas de atracción y repulsión
de los grupos R de los
aminoácidos con carga.
- Formación de puentes disulfuro
entre cisteínas.
- Fuerzas de Van deer Waals.
Todo esto depende de la secuencia
de los aminoácidos, es decir, de
qué posición ocupan por lo que se
puede decir que la estructura
primaria de una proteína determina
la forma espacial que va a tener.
Además, algunas proteínas necesitan la ayuda de otras proteínas para
adquirir esa forma espacial activa. Estas proteínas que ayudan a que
las proteínas adquieran la forma correcta en el momento oportuno
reciben el nombre de chaperonas. Una de las familias de chaperonas
más conocidas con las Hsp70 que suelen tener una masa de unos
70.000 y se encuentran ya sea en bacterias hasta en los seres
humanos.
Una de las primeras proteínas globulares de las que se supo su
conformación fue la mioglobina. La mioglobina es la proteína que
almacena oxígeno en el músculo y contiene 153 residuos
aminoácidos que forman ocho segmentos de hélice a con “lazos”
entre ambas. Además contien un grupo hemo con un átomo de hierro
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al que se une el oxígeno como grupo
prostético. La mioglobina es especialmente
abundante en animales que permanecen largo
tiempo sumergidos como las ballenas o los
pinnípedos (focas, morsas, etc.).
A menudo las proteínas globulares grandes
contienen diversas regiones estables bien
diferenciadas en su conformación espacial. Si
por métodos químicos se separan estos
dominios mantienen su conformación espacial.
En las proteínas globulares también existen
combianciones de estructuras secundarias que
aparecen en proteínas distintas. A estas
combinacios estables ya que son frecuentes se
les denomina motivos.
Por último, existen proteínas que están formadas por el
ensamblaje de varias subunidades globulares. Se dice que estas
proteínas tienen estructura cuaternaria y que son
oligoméricas si son pocas subunidades o multimérica si son
muchas.
Un ejemplo de proteínas oligomérica es la hemoglobina, formada
por cuantro subunidades de globina, dos tipo y dos de tipo
(nada que ver con las estructuras secundarias vistas
anteriormente), cada una de las cuales tiene su grupo hemo.
La hemoglobina es la proteína que transporta oxígeno en la
sangre y dado que tiene cuatro grupos hemo puede transportar
cuatro moléculas de oxígeno. La
conformación de cada una de las
subunidades es diferente según
contengan oxígeno (oxihemoglobina) o
no (desoxihemoglobina).
La hemoglobina presenta un fenómeno
llamado cooperativdad que consiste en
que cuando un oxígeno entra a la primera
subunidad de la hemoglobina provoca
que aumente la afinidad del oxígeno por
las restantes acelerándose así la captura
de esta molécula.
(Ampliación universidad)
PARA QUE UNA PROTEÍNA LLEVE A CABO SU FUNCIÓN ES IMPRESCINDIBLE
QUE TENGA INTACTA SU CONFORMACIÓN NATIVA.
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Proteina de un bacteroide
de la flora intestinal con
3 dominios

Video sobre la
desnaturalización
Un vídeo resumen
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La desnaturalización es el proceso mediante el cual una proteína
pierde su forma espacial nativa y, por lo tanto, se vuelve inactiva.
Una de las razones de la pérdida de la estructura terciaria es por la
rotura de los puentes disulfuro. Cuando esto sucede en un organismo
puede tener efectos desastrosos llegando incluso a provocar la
muerte del individuo.
La desnaturalización puede ser reversible o irreversible y puede
estar provocada por:
• Aumento de temperatura, como por ejemplo lo que le sucede a la
albúmina (clara) del huevo cuando se fríe. Esta es otra de las
razones por las cuales la fiebre no puede ser muy alta durante
mucho tiempo porque provocaría la desnaturalización de las
proteínas humanas además de las de las proteínas bacterianas o
víricas que es lo que se pretende con la fiebre como mecanismo
de defensa.
• Variación del pH. Como ya se ha visto, la variación del pH puede
causar cambio en las cargas de los grupos R de los aminoácidos lo
que afectará a las fuerzas electrostáticas que mantenía a la
proteína en su conformación nativa produciéndose la
desnaturalización.
Como se puede concluir, la homeostasis es fundamental parara
evitar cambios que alteren la forma de las proteínas.
• De manera artificial, la desnaturalización de una proteína
también se puede producir por la adición de detergentes.
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