Tema 4 Las proteĂnas
Tema 4.- Las proteínas
1.- Introducción
7.- Propiedades de las proteínas
2.- Concepto de proteína
7.1.- Solubilidad
3.- Los aminoácidos
7.2.- Capacidad amortiguadora
3.1.- Clasificación
7.3.- Desnaturalización
3.2.- Propiedades
7.4.- Especificidad
4.- El enlace peptídico 5.- Los péptidos 6.- Estructura de las proteínas 6.1.- Estructura primaria 6.2.- Estructura secundaria 6.3.- Estructura terciaria 6.4.- Estructura cuaternaria
8.- Clasificación de las proteínas 8.1.- Holoproteínas 8.2.- Heteroproteínas 9.- Funciones de las proteínas
Tema 4.- Las proteínas 1.- Introducción Las proteínas constituyen el grupo de biomoléculas más complejo de los seres vivos, son muy abundantes, las hay de muchos tipos y cada una desarrollará una función muy concreta, por lo que su presencia en los organismos es esencial. La forma que tiene el ADN de expresarse es formando proteínas que ejecutarán las funciones que se necesitan realizar en una célula. Estas moléculas se formarán por la unión de cientos o miles de monómeros llamados aminoácidos, el tipo de monómeros y su orden determinará una configuración de la proteína en el espacio que le permitirá desarrollar su función. Las funciones son tan específicas que discriminarán entre moléculas estereoisómeras. También se pueden unir a otras moléculas como glúcidos, lípidos o grupos fosfato, lo que les permitirá estar en todos los espacios intracelulares y extracelulares. El número de funciones biológicas que tienen es muy elevado, pueden ser estructurales, defensivas o transportadoras, pueden funcionar como hormonas o como reserva energética y sobretodo, son biocatalizadoras, es decir catalizan todas las reacciones químicas que se dan en un organismo.
Tema 4.- Las proteínas 2.- Concepto de proteína Las proteínas son las biomoléculas más abundantes en los seres vivos, representan el 50% del peso seco de los organismos. Están constituidas por C, H, O y N (el N es el elemento característico de las proteínas) pero también pueden contener S y P y en menor proporción Fe, Cu, Mg o I. Están formadas por la unión de múltiples unidades sencillas y no hidrolizables llamadas aminoácidos (aa) que forman estructuras muy diversas, de elevado peso molecular, muy complejas y con multitud de funciones ya que serán las encargadas de expresar la información contenida en los genes. Son muy específicas y por lo tanto las responsables de la mayor parte de las estructuras y de las acciones vitales de los organismos.
Tema 4.- Las proteínas 3.- Los aminoácidos Son las unidades que forman las proteínas, se trata de compuestos orgánicos de bajo peso molecular compuestas por un C central llamado C α al que se le une un H, un grupo carboxilo (COOH), un grupo amino (NH 2) y una cadena lateral llamada radical R que será diferente en cada aa. Este radical determinará las propiedades químicas y biológicas de cada aa, hay 20 aa diferentes puesto que hay 20 radicales distintos.
Para formar las proteínas se necesitarán todos los aa y se obtienen hidrolizando las proteínas consumidas en la dieta o sintetizándolos a partir de precursores, por este motivo no existen proteínas esenciales pero sí aa esenciales si no se pueden sintetizar mediante precursores, en humanos hay 8 aa esenciales que solo las bacterias y los vegetales pueden sintetizar. También existen hasta 200 aa que no forman parte de las proteínas.
Tema 4.- Las proteínas 3.1.- Clasificación: Los aa se clasifican según el radical que posean, algunos autores lo hacen según la estructura química del radical (alifáticos, aromáticos y heterocíclicos) pero la clasificación más habitual es atendiendo a su polaridad, formando cuatro grupos:
–
Hidrófobos o apolares: Los radicales solo reaccionan con otros grupos hidrófobos mediante fuerzas de Van der Waals y no interaccionan con el agua, en proteínas solubles se colocan en su núcleo interno y si hay muchos de estos aa la proteína será insoluble en agua.
–
Hidrofílicos o polares sin carga: El radical posee grupos polares capaces de formar puentes de hidrógeno con otros grupos polares como el agua, por lo que si una proteína posee muchos de estos aa será soluble en agua. A pH neutro los grupos del radical no tienen carga.
–
Ácidos: El radical posee un grupo carboxilo que se ioniza negativamente (COO-) si el pH es neutro o básico.
–
Básicos: El radical tendrá un grupo amino que se ioniza positivamente (NH 3+) si el pH es neutro o ácido.
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Tema 4.- Las proteínas 3.2.- Propiedades: Los aa son sólidos, cristalinos, solubles en agua y con un alto punto de fusión pero además tienen tres características muy importantes: Estereoisomería: El C central de todos los aa (excepto la glicina) es un C asimétrico (Cα) ya que establece sus cuatro enlaces con cuatro grupos diferentes, por esta razón cada aa puede adoptar dos formas en el espacio. Por consenso se ha decidido que si el grupo carboxilo está arriba, será una forma D si el grupo amino está a la derecha y será una forma L si queda a la izquierda. En los seres vivos solo están presentes las formas L.
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Tema 4.- Las proteínas Actividad óptica: Al tener un C asimétrico (menos la glicina) también tendrán la capacidad de desviar el plano de luz polarizada que atraviese una solución de aa. Por consenso serán (+) o dextrógiros si el plano de luz lo desvían hacia la derecha y serán (–) o levógiros si lo hacen hacia la izquierda. Hay que recordar que esta capacidad es independiente a la estereoisomería y por lo tanto tendremos aa que sean D-(+), D-(-), L-(+) y L(-). En la naturaleza solo se sintetizan formas L porque se usan enzimas estereoespecíficos, pero cuando se hace en el laboratorio se obtiene una mezcla equimolecular que será ópticamente inactiva llamada mezcla racémica.
Tema 4.- Las proteínas Comportamiento anfótero: Los aa son capaces de ionizarse en función del pH del medio en el que están, esto quiere decir que podrán actuar como ácidos (los grupos COOH liberarán H+ y tendrán una carga negativa, COO-), como bases (los grupos NH2 captarán H+ y tendrán una carga positiva, NH 3+) o como ácidos y bases a la vez (el aa está doblemente ionizado y se origina una forma dipolar iónica llamada zwitterion).
Forma no ionizada Forma zwitterion
Tema 4.- Las proteínas Los equilibrios químicos se desplazarán en un sentido u otro en función del pH de la disolución en la que esté el aa: –
pH=7: La forma predominante del aa es la forma zwitterion.
–
pH inferior a 7: La forma predominante posee el grupo amino ionizado y el grupo carboxilo no (actúa como una base al captar H +) por lo que el aa tendrá cargas positivas.
–
pH superior a 7: La forma predominante posee el grupo carboxilo ionizado y el grupo amino no (actúa como un ácido al ceder H +), la carga del aa será negativa.
Si representamos la variación de cargas de un aa neutro en función del pH quedaría así: Cuando el pH es muy bajo hay una alta concentración de H+, el aa tenderá a captarlos con el grupo amino y su carga neta será positiva, el grupo carboxilo también estará protonado. A medida que aumenta el pH desciende la concentración de H+ con lo que primero el grupo carboxilo perderá su H+ y después el grupo amino cederá el suyo, ahora la carga neta del aa será negativa.
Tema 4.- Las proteínas Para comprender mejor este comportamiento hay que definir dos parámetros: - Punto isoeléctrico (pI): Es el pH en el cual el aa tiende a adoptar una forma dipolar neutra, con tantas cargas positivas como negativas (la carga neta es 0). Con esta forma, en un medio ácido el aa actúa como una base ya que tiende a captar H+ y en un medio básico actuará como un ácido ya que cederá H+, esto es el carácter anfótero y lo que permite regular el pH de una disolución. - pK: Se define como el -log K donde K es la constante de acidez. El pK es la fuerza que tienen las moléculas de disociarse y representará el pH en el que el aa se encuentra en su forma protonada y desprotonada al 50%, dicho de otro modo, representa la mitad del camino que le queda hasta alcanzar su desprotonación total. Hay tantos pK como grupos protonables tenga el aa.
Tema 4.- Las proteínas pH = 1: El 100% del aa presenta la forma:
pH = 2,34 = pK1: El aa presenta dos formas al 50%:
pH = 5,97 = pI: El 100% del aa presenta la forma:
pH = 9,60 = pK2: El aa presenta dos formas al 50%:
pH = 13: El 100% del aa presenta la forma:
Tema 4.- Las proteínas Esta curva que se representa en la gráfica es sigmoide porque al comienzo de la desprotonación les cuesta mucho perder los H+ pero cuando lo hace alguno el resto de aa lo hacen rápidamente, este efecto se conoce como cooperatividad. Como consecuencia de este efecto, los aa se comportan como tampones ya que serán capaces de mantener el pH de la disolución prácticamente constante aunque cambie el pH del medio (aunque cambie la concentración de H+). En la gráfica se representa con las dos zonas rosas. Cada aa tendrá un pI y una gráfica diferente debido a los radicales que posean, de hecho observaremos tantos pK como grupos protonables tenga el aa por lo que los aa polares ácidos y básicos presentarán un pK más llamado pKR (pK del radical):
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Tema 4.- Las proteínas 4.- El enlace peptídico Para formar una proteína se tienen que unir cientos de aminoácidos, esto se consigue mediante el enlace peptídico que es un enlace covalente (químicamente es un enlace amida) entre el grupo carboxilo de un aa y el grupo amino del siguiente, este enlace se produce por deshidratación y por lo tanto al formarse el enlace se desprende una molécula de agua. El resultado de la unión entre dos o más aa se llama péptido y a cada aa que lo compone se le llama residuo. Formarán una estructura lineal y no ramificada que tendrá en un extremo un grupo carboxilo llamado C-terminal y en el otro extremo un grupo amino llamado N-terminal, por consenso los aa se numerarán desde el N-terminal.
Tema 4.- Las proteínas La cadena polipeptídica central estará formada por una serie de átomos que se irán repitiendo (---NCCNCCNCCNCCNCC---) y a los que se le unirán el resto de grupos o átomos de la molécula.
Tema 4.- Las proteínas El enlace peptídico tiene unas características que determinarán el comportamiento de los aa que lo componen: –
Este enlace tiene un comportamiento similar al de un doble enlace ya que presenta una rigidez que inmoviliza en un plano a los átomos que lo forman (O=C-N-H) con distancias y ángulos fijos entre ellos. Esto impone restricciones en la forma de la cadena polipeptídica.
–
Los únicos enlaces que podrán girar en esta estructura lineal serán los enlaces asociados al Cα (Cα-C y N-Cα).
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Tema 4.- Las proteínas Pese al carácter de doble enlace que presenta el enlace peptídico, se representa como un enlace simple, esto es porque la representación de Lewis, en este caso, es insuficiente para explicar lo que sucede, en realidad está en un equilibrio de alta velocidad entre sus formas mesoméricas, ninguna de estas formas es un enlace peptídico, lo más correcto es decir que se trata de una transición entre ambas ya que los electrones se van desplazando libremente por el O, el C y el N. Otra cualidad que nos indica la peculiaridad de este enlace es que su longitud (1,32Å) es intermedia entre un enlace simple (1,47Å entre C-N) y uno doble (1,27Å entre C=N).
Tema 4.- Las proteínas 5.- Los péptidos Cuando se juntan dos aa se forma un dipéptido, si son tres será un tripéptido y así sucesivamente pero se les clasifica de la siguiente forma (el número varía según el autor): –
Oligopéptido: Contienen entre 2-10 aa.
–
Polipéptido: De 10-100 aa.
–
Proteína: Más de 100 aa.
Además de los péptidos proteicos que se obtienen por hidrólisis parcial de las proteínas, existen péptidos no proteicos con funciones biológicas muy variadas: –
Tripéptidos como el glutatión que tiene muchas funciones como desintoxicante y antioxidante celular o actuar en la respuesta inmunitaria.
–
Oligopéptidos de 9 aa: Las más importantes son las que tienen función hormonal como la oxitocina (hormona implicada en el parto y la lactancia) o la vasopresina (controla la reabsorción de agua en el riñón).
–
Oligopéptidos de 10 aa: La gramicidina es un antibiótico.
–
Polipéptidos: Aquí destaca la insulina y el glucagón, dos hormonas que regulan la concentración de glucosa en sangre.
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Oxitocina
Glucag贸n
Vasopresina
Insulina
Tema 4.- Las proteínas 6.- Estructura de las proteínas Las proteínas están formadas por una o varias cadenas polipeptídicas, estas cadenas se irán plegando en el espacio para adoptar conformaciones únicas que les otorgarán funciones muy específicas. Este plegamiento tiene varios niveles que se irán estableciendo sobre los anteriores por lo que el tercer nivel no se puede establecer sin que se haya formado el segundo, esto otorga a la proteína una complejidad no solo a nivel de la cadena de aa, también una complejidad estructural que será indispensable para realizar su función correctamente. La estructura de las proteínas se define en cuatro niveles estructurales o de organización llamados: –
Estructura primaria
–
Estructura secundaria
–
Estructura terciaria
–
Estructura cuaternaria
Complejidad estructural de una proteína
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Tema 4.- Las proteínas 6.1.- Estructura primaria: Está formada por la unión de aa mediante enlaces peptídicos numerados desde el N-terminal al C-terminal, es decir, la estructura primaria es la secuencia de aa que contiene una proteína. La estructura primaria es la más importante de todas ya que el resto se formarán a partir de esta secuencia; los siguientes niveles se establecerán mediante diversos enlaces e interacciones que solo se pueden producir si están los átomos necesarios, por esta razón el orden de la estructura es muy importante. Las proteínas solo son funcionales si alcanzan el nivel estructural necesario, si el número y el orden de los aa no es el correcto, la proteína no funcionará o lo hará incorrectamente.
Tema 4.- Las proteínas Por las características del enlace peptídico, la estructura será lineal y sin ramificaciones donde los aa se van uniendo de forma invertida, esto provoca que sus radicales se dispongan por encima y por debajo alternativamente con respecto al esqueleto -NCCNCC-. La dificultad de rotación que ocasiona el enlace peptídico también limita la configuración espacial de la cadena, por este motivo se dispone en zig-zag y condiciona las interacciones y uniones que se producirán para formar el resto de niveles estructurales.
Tema 4.- Las proteínas Si nos fijamos en los ángulos de rotación de los enlaces que poseen movimiento (ψ y ɸ, que teóricamente pueden tomar valores comprendidos entre -180º y +180º) se pueden apreciar las estructuras que son estables y las que no lo son al formar la estructura secundaria.
Tema 4.- Las proteínas Si existen 20 aa diferentes, una proteína pequeña que contenga 100 aa podrá tener 2 100 combinaciones posibles, eso nos indica que su orden no se produce al azar ya que hay muchas posibilidades que no pueden formar ninguna estructura. El orden de la secuencia viene determinado por el ADN para que la síntesis de la cadena polipeptídica sea exacta. Se puede ver como a lo largo de la evolución se han ido modificando las secuencias para producir mejores estructuras y también se puede ver lo que ocurre si hay un fallo, la anemia falciforme es una enfermedad hereditaria que se produce por el cambio de un aa en la secuencia de la hemoglobina.
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Tema 4.- Las proteínas 6.2.- Estructura secundaria: Es el plegamiento de algunos segmentos de la estructura primaria (cadena de aa) en el espacio para ser más estable, como se ha comentado, este plegamiento está condicionado por la rotación limitada que puede tener esta cadena entre los enlaces no peptídicos. Como la secuencia de aa es muy larga, algunos segmentos tendrán una estructura periódica que permitirá la formación de estas configuraciones pero otras partes no, en estos casos los ángulos de rotación son diferentes ( ψ y ɸ) y se forma una estructura secundaria aperiódica e irregular llamada ovillo estadístico. La estructura secundaria se estabiliza mediante puentes de hidrógeno y según los aa que componen la cadena se pueden formar tres estructuras que son la α-hélice, la conformación β o lámina plegada y la hélice de colágeno. Cada segmento de la estructura primaria puede adoptar una estructura secundaria en función de los aa que contengan en esos tramos.
Tema 4.- Las proteínas Conformación α-hélice: Son las estructuras más simples y comunes; en estos tramos la molécula adopta una disposición helicoidal formando una hélice dextrógira que tendrá 3,6 aa por vuelta. La estructura se mantiene gracias a la formación de puentes de hidrógeno entre el O del grupo carboxilo de un aa y el H del grupo amino del aa de la siguiente vuelta (será el aa que esté cuatro posiciones por delante en la estructura primaria). Esta estructura está hueca ya que los radicales y los H del Cα se sitúan hacia el exterior, la distancia entre una vuelta y la siguiente es de 5,4Å. Algunos aa como la prolina o la hidroxiprolina pueden inestabilizar esta estructura ya que impiden la formación de puentes de hidrógeno.
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Tema 4.- Las proteínas Conformación β o lámina plegada: Se forma cuando conservan su estructura primaria en zigzag y se van apilando en paralelo varios segmentos, para mantener la estructura se establecen puentes de hidrógeno intercatenarios que son muy abundantes porque se forman entre todos los grupos de los enlaces peptídicos (C=O y H-N) por lo que esta estructura es la más estable al tener más puentes de hidrógeno que las otras. En este estado los radicales de los aa se colocan alternativamente hacia arriba y hacia abajo y los aa con radicales muy voluminosos o con las mismas cargas eléctricas desestabilizarán la cadena al impedir la formación de puentes de hidrógeno. Esta conformación le da a la estructura una forma de hoja con pliegues. Los puentes de hidrógeno se pueden establecer entre segmentos de la misma cadena o entre cadenas polipeptídicas diferentes.
Tema 4.- Las proteínas Las dos cadenas que se unen lo pueden hacer de dos formas distintas:
Forma antiparalela: Los dos sectores que se unen lo hacen en sentidos inversos, en esta forma los puentes de hidrógeno son más estables ya que los átomos que los forman están más cerca por lo que la estabilidad de esta forma es mayor.
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Forma paralela: Los sectores que se unen están en el mismo sentido, esto hace que la distancia de los puentes de hidrógeno sea mayor y en consecuencia la estructura será más inestable que la forma antiparalela.
Tema 4.- Las proteínas Estas dos conformaciones β y en ocasiones secciones que conectan diferentes conformaciones α y β obligan a la cadena polipeptídica a realizar giros bruscos de 180º llamados giros β. Las secuencias que contienen estos giros generalmente son cortas y contienen aa que desestabilizan las estructuras α y β como la prolina o la glicina, por esta razón se quedan en estas regiones. Los giros β permiten que las proteínas adopten estructuras más compactas.
Tema 4.- Las proteínas Hélice de colágeno: La cadena adopta una disposición helicoidal levógira más alargada que la α-hélice con 3,3 aa por vuelta; esta estructura secundaria solo se encuentra en la proteína colágeno y es consecuencia de su estructura primaria donde abundan la prolina o hidroxiprolina y la glicina. Estos aa dificultan la formación de puentes de hidrógeno intracatenarios por lo que se forma una hélice muy extendida que se estabilizará por la asociación, mediante puentes de hidrógeno intercatenarios, de tres cadenas con hélices de colágeno. Esta cadena se llama tropocolágeno y es la responsable de la fuerza de tensión que tiene el colágeno.
Tema 4.- Las proteínas Estas tres conformaciones son las estructuras secundarias principales que se pueden formar en una cadena polipeptídica, hay que recordar que su plegamiento está condicionado por los radicales de determinados aa que inestabilizan la estructura y por la movilidad reducida de la cadena debido a los enlaces peptídicos.
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Tema 4.- Las proteínas 6.3.- Estructura terciaria: Una proteína, según las condiciones fisicoquímicas del medio, se pliega en el espacio adoptando una forma tridimensional especial, estable y característica llamada estructura terciaria. Cada proteína puede adoptar una o muy pocas disposiciones espaciales conocidas como conformaciones, si la proteína tiene alguna de estas conformaciones será funcional y se llamará proteína nativa. A la tendencia de mantener esta conformación se le denomina estabilidad. Estructuras terciarias con conformaciones α (bucles)
Estructuras terciarias con conformaciones α y β
Estructuras terciarias con conformaciones β (flechas)
Tema 4.- Las proteínas Esta estructura terciaria es estable gracias a una serie de enlaces e interacciones que se producen entre los radicales de los aa que forman la secuencia: –
Enlaces no covalentes: De menor a mayor fuerza de unión tenemos: ●
●
●
●
–
Interacciones hidrofóbicas: Los residuos de los aa apolares repelen el agua y tienden a unirse entre sí para permanecer más estables. Fuerzas de Van der Waals: Se forman entre los radicales de aa no cargados pero que pueden polarizarse en presencia de una carga. Puentes de hidrógeno: Se pueden establecer entre los grupos C=O y N-H de los enlaces peptídicos que no hayan intervenido en la estructura secundaria o entre radicales polares (pueden actuar como aceptores o dadores de H+) de los aa. Interacciones iónicas: Se establecen entre aa con radicales que tengan carga, grupos con carga opuesta establecen interacciones electrostáticas.
Enlaces covalentes: Son más fuertes que los no covalentes: ●
Puentes disulfuro: Se establecen entre dos grupos S-H de dos cisteínas, unen fuertemente la estructura.
La estructura primaria es vital para formar la conformación correcta de la estructura terciaria ya que determina la posición de cada aa y su radical.
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Tema 4.- Las proteínas Si una proteína no tiene su forma nativa no será funcional por lo que las funciones de las proteínas dependen del plegamiento que tengan. Según la estructura terciaria de las proteínas las podemos clasificar en dos grupos principales: –
Proteínas fibrosas: Son largas cadenas polipeptídicas que suelen tener función estructural, de protección o ambas a la vez. Normalmente están formadas por un único tipo de estructura secundaria, razón por la cual algunos autores incluyen a este grupo dentro de la estructura secundaria. Son insolubles en agua y solubles en soluciones salinas, algunos ejemplos de este grupo son la queratina , el colágeno, la elastina o la fibroína.
–
Proteínas globulares: Proteínas con formas globulares o esféricas formadas por varios tipos de estructuras secundarias. Estas proteínas son solubles en agua y en soluciones salinas, son las encargadas de realizar funciones específicas como función enzimática, transportadora o reguladora.
Tema 4.- Las proteínas Cuando se forma una proteína globular tendremos tramos rectos (poseen estructuras en α-hélice o β-lámina plegada) y tramos con giros (secuencias sin estructura), algunos de estos tramos se combinan y forman una estructura estable y compacta llamada dominio que realizará una función específica en la proteína globular. Los dominios tienen que alcanzar su correcta estructura terciaria ya que son muy específicos (discriminan moléculas estereoisómeras) y además tienen que tener cierto movimiento para permitir la entrada de la molécula necesaria (se le llama sustrato) y actuar sobre ella. La estructura terciaria de un dominio se alcanza de forma independiente a la proteína y a otros dominios. A lo largo de la evolución se puede ver como han ido cambiando y se han seleccionado para mejorar su funcionamiento, esto se hace conservando y repitiendo las secuencias de ADN hasta producir proteínas más eficientes. Las proteínas pueden tener varios dominios para realizar varias funciones y proteínas diferentes pueden tener dominios parecidos si realizan una misma reacción pero a moléculas diferentes. Los dominios realizarán una parte de la función de la proteína como reconocer, interactuar o enlazar moléculas.
Tema 4.- Las proteínas La proteína piruvato quinasa está formada por tres dominios, cada uno de ellos realizará una función y juntas le darán la función a la proteína (transferir un grupo fosfato del fosfoenolpiruvato al ADP para producir piruvato y ATP). Cada dominio está formado por estructuras secundarias que se repiten, estas pequeñas subunidades se llaman motivos y se forman por repetición de aa que se pliegan de la misma forma para formar una estructura mayor (el dominio). Este dominio está formado por cinco
motivos repetidos, en este caso el motivo está compuesto por una estructura en α-hélice (cilindro verde) y otra en β-lámina plegada (flecha roja) con codos para unirlas. Hay muchos tipos de dominios como los βαβ o los αα antiparalelas, algunos autores los llaman estructuras supersecundarias.
Tema 4.- Las proteínas 6.4.- Estructura cuaternaria: Surge por la unión de varias cadenas polipeptídicas con estructura terciaria iguales o diferentes, como resultado se forma una proteína de elevado peso molecular llamada oligomérica y cada unidad o cadena polipeptídica con estructura terciaria se llama monómero. También se considera estructura cuaternaria cuando una o varias proteínas se unen con otras moléculas no proteicas. La unión entre monómeros se realiza con enlaces débiles como los puentes de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas o fuerzas de Van der Waals, raramente se producen enlaces covalentes.
Tema 4.- Las proteínas Un ejemplo característico de proteína con estructura cuaternaria es la hemoglobina, responsable del transporte de oxígeno en vertebrados. La hemoglobina está formada por 4 monómeros (tetrámero) llamados globinas, cada una de las cuales es capaz de captar una molécula de O2.
Resumen de la estructura de las proteínas Nivel estructural E. primaria E. secundaria
E. terciaria
E. cuaternaria
Enlaces que forman la estructura
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Tipos de estructura
- Enlaces peptídicos
- Ilimitadas
- Puentes de hidrógeno
- α-hélice - β-lámina plegada - Triple hélice de colágeno - Sin estructura
- Interacciones hidrofóbicas - Fuerzas de Van der Waals - Puentes de hidrógeno - Interacciones iónicas - Puentes disulfuro
- Proteínas fibrilares - Proteínas globulares
- Enlaces no covalentes
- Proteínas con monómeros iguales o diferentes
Tema 4.- Las proteínas 7.- Propiedades de las proteínas Una vez que alcanzan la estructura necesaria para realizar su función, las proteínas adquieren una serie de propiedades debidas a su composición y organización en el espacio, destacan cuatro características principales: 7.1.- Solubilidad: Depende de los radicales que posean los aa que forman la proteína, si los radicales son polares en su mayoría y se colocan en la superficie de la proteína, reaccionarán con el agua mediante puentes de hidrógeno y serán solubles en ella tal y como ocurre con la proteínas globulares. Si los aa contienen en su mayoría radicales no polares serán insolubles como ocurre con la proteínas fibrosas. La solubilidad de las proteínas depende de dos factores: –
pH: Si el pH=pI los aa no están cargados y será más difícil interaccionar con el agua, haciendo que sean menos solubles.
–
Concentración de sales: Las proteínas son más solubles en una disolución con sales que en agua pura ya que los iones salinos les ayudan a tener carga y así solubilizarse mejor pero con altas concentraciones salinas la proteína precipita puesto que hay muchos iones y competirán con la proteína para reaccionar con el agua.
Tema 4.- Las proteínas 7.2.- Capacidad amortiguadora: Las proteínas, al igual que los aa que las forman, tendrán un comportamiento anfótero, es decir, son capaces de comportarse como un ácido (liberan H+ al medio) o como una base (captan H +) para neutralizar las variaciones de pH del medio. Los aa pueden regular el pH por los grupos amino, carboxilo y los grupos que tengan sus radicales, al formar proteínas la capacidad de los grupos amino y carboxilo se pierde ya que todos están ocupados formando enlaces peptídicos (menos los grupos Nterminal y C-terminal del primer y del último aa) y la capacidad de regular el pH queda restringida a los grupos de los radicales. El pI de una proteína (el pH en el que la carga neta de la molécula es 0) será muy específico por la complejidad de radicales que posee.
Con pH bajo la carga neta de la proteína es positiva Con el pH=pI la carga neta de la proteína es nula Con pH alto la carga neta de la proteína es negativa
Tema 4.- Las proteínas Esta propiedad nos permite separar proteínas de una muestra mediante la técnica llamada electroforesis donde se somete a las proteínas a un campo eléctrico y se separarán en función de su carga eléctrica y su masa.
Tema 4.- Las proteínas 7.3.- Desnaturalización: Es la pérdida de la conformación espacial de una proteína, es decir, que pierda su estructura cuaternaria, terciaria y secundaria; como la función de una proteína depende de su estructura, cuando se desnaturalizan pierden su función al perder su forma nativa. Este fenómeno ocurre cuando se somete a la proteína a condiciones ambientales desfavorables que provoquen la rotura de todos los enlaces que se establecen al formar la estructura secundaria (puentes de hidrógeno), terciaria (enlaces covalentes y no covalentes) y cuaternaria (enlaces no covalentes). Los únicos enlaces que no se rompen son los peptídicos y por lo tanto se mantiene la estructura primaria (secuencia de aa). Al mantener la estructura primaria, si las condiciones desfavorables desaparecen, la proteína puede volver a establecer sus enlaces y volver al estado nativo, a este proceso se le llama renaturalización, pero si el agente desnaturalizador es muy fuerte, la desnaturalización será irreversible.
Tema 4.- Las proteínas Los factores desnaturalizantes pueden ser agentes físicos o químicos: –
Agentes físicos: ●
●
–
Temperatura: Al aumentar la temperatura, los enlaces se rompen y la proteína se desnaturaliza, es lo que ocurre cuando se fríe un huevo o cuando se alisa el pelo. Radiación
Agentes químicos: ●
●
pH: La variación brusca del pH cambia la protonación de los radicales modificando las interacciones que tenían. Al añadir urea, detergentes o disolventes orgánicos.
Tema 4.- Las proteínas 7.4.- Especificidad: Es la capacidad de una proteína globular para ser selectiva en el tipo de interacciones que establece, esta capacidad puede ser: –
Especificidad de función: El centro activo de una proteína reconoce a un único sustrato ya que con su estructura tridimensional encajan perfectamente, discriminando estereoisómeros.
–
Especificidad de especie: Cada especie tiene proteínas específicas, e incluso organismos de la misma especie (rechazo en los transplantes), aquellas proteínas que sean diferentes pero que realicen la misma función se llamarán proteínas homólogas.
Especificidad de especie
Especificidad de función
Tema 4.- Las proteínas 8.- Clasificación de las proteínas Se realiza según su composición y su estructura:
–
–
Holoproteínas: Formadas exclusivamente por aa: ●
Proteínas fibrosas
●
Proteínas globulares
Heteroproteínas: La molécula está formada por una parte proteica y otra no proteica llamada grupo prostético, según su naturaleza tendremos: ●
Glucoproteínas
●
Lipoproteínas
●
Nucleoproteínas
●
Fosfoproteínas
●
Cromoproteínas
Tema 4.- Las proteínas 8.1.- Holoproteínas: Holoproteínas fibrosas: Forman estructuras alargadas que se ordenan en haces paralelos, desempeñan funciones estructurales y de protección. Son casi exclusivamente de animales
Colágeno: Proteína estructural de los tejidos conectivos (conjuntivo, cartilaginoso y óseo. ●
Queratina: Componente principal de las capas más externas de la epidermis y sus derivados como pelo, uñas, cuernos, plumas o pezuñas. ●
Elastina: Proteína que proporciona elasticidad a los tejidos que reviste como vasos sanguíneos, pulmones o tendones. ●
Fibroína: Proteína resistente y flexible usada por los insectos y arácnidos para fabricar hilos de seda. ●
Albúminas: La ovoalbúmina del huevo y la lactoalbúmina de la leche tienen función de reserva proteica, la seroalbúmina de la sangre transporta sustancias químicas. ●
Holoproteínas globulares: Son más ● Globulinas: Aquí se incluyen los anticuerpos, la lactoglobulina complejas que las de la leche, la ovoglobulina del huevo o las seroglobulinas de fibrosas y forman la sangre. estructuras compactas y ● Protaminas e histonas: Se encuentran asociadas a los ácidos casi esféricas. Las hay nucleicos. de muchos tipos y con funciones muy diversas ● Hormonas: Como la insulina, la hormona del crecimiento o la prolactina. ●
Enzimas: Como oxidasas, hidrolasas o transferasas.
Colágeno
Tema 4.- Las proteínas
Queratina
Tema 4.- Las proteĂnas
Elastina
Tema 4.- Las proteĂnas
FibroĂna
Tema 4.- Las proteĂnas AlbĂşmina
Globulina
Anticuerpo
Insulina
Histonas
Tema 4.- Las proteínas 8.2.- Heteroproteínas: .
Glucoproteínas: El grupo prostético es un glúcido, se unen por un enlace covalente
Mucinas: Su función es proteger frente a la desecación, podemos encontrarlas en el tegumento de babosas y caracoles, en el aparato respiratorio y en el digestivo. ● Gonadotropinas: Son hormonas implicadas en la regulación de la ovulación y del desarrollo embrionario. ● Peptidoglucanos: Presentes en las paredes bacterianas. ● Anticuerpos (función defensiva) y fibrinógenos (proteína del plasma sanguíneo responsable de la formación de coágulos de sangre.
Lipoproteínas: El grupo prostético es un lípido unido por un enlace no covalente
Las hay que forman las membranas celulares y otras como las lipoproteínas de alta, baja y muy baja densidad (HDL, LDL y VLDL respectivamente) encargadas de transportar lípidos por la sangre.
●
Nucleoproteínas: Los ácidos nucleicos son su grupo prostético Fosfoproteínas: El grupo prostético es un ácido fosfórico
Aquí están las protaminas holoproteínas globulares.
e
histonas
vistas
en
las
Destaca la caseína de la leche, tiene función de reserva y se emplea en la elaboración de productos derivados de los lácteos como el yogur y el queso.
Tema 4.- Las proteínas Porfirínicas: El grupo prostético es un anillo tetrapirrólico o porfirina
que tiene en su interior un catión metálico, las más importantes son: ● Hemoglobinas: Se encargan del transporte de oxígeno por la sangre en vertebrados y en algunos invertebrados como anélidos, nematodos o algunos crustáceos. Está formada por cuatro cadenas polipeptídicas llamadas globinas, cada una posee una porfirina con un átomo de Fe2+ (llamado grupo hemo) que se unirá de forma reversible al O2. ● Mioglobinas: Formadas por una globina, se encargan de la fijación y Cromoproteínas: almacenamiento de O2 en el músculo. ● Citocromos: Su grupo prostético es de tipo hemo (porfirina unida al El grupo prostético es una Fe), se encargan de transportar e- en las cadenas respiratorias de las sustancia células. coloreada, aquí ● Cloroplastinas: Su grupo prostético es la clorofila que posee Mg2+ en se diferencian dos vez de Fe2+, gracias a ellas las plantas pueden realizar la fotosíntesis. grupos No porfirínicas: Su grupo prostético es distinto a la porfirina: Hemocianinas: Pigmento respiratorio de crustáceos y moluscos, es similar a la globina pero posee un grupo no porfirínico con Cu (azul). ● Flavoproteínas: No tienen componentes metálicos, su grupo prostético es un derivado de la vitamina B2, transportan e- en la cadena respiratoria. ● Carotenoproteínas: La rodopsina es un pigmento fotosensible de los bastones de la retina, su grupo prostético es un carotenoide llamado retineno. ●
Tema 4.- Las proteínas
Caseína (fosfoproteína)
Lipoproteína
Peptidoglucano (glucoproteína)
Cromoproteínas porfirínicas
Tema 4.- Las proteínas
Tema 4.- Las proteĂnas
Desoxihemoglobina
Oxihemoglobina
Tema 4.- Las proteínas
Cromoproteínas no porfirínicas Hemocianina
Rodopsina
Tema 4.- Las proteínas 9.- Funciones de las proteínas Resulta casi imposible citar todas las funciones que realizan las proteínas en los seres vivos, resumiremos las más importantes para repasar las moléculas que se han ido viendo a lo largo del tema: Estructural: Es una de las funciones más características, forman parte de casi todas las estructuras celulares y extracelulares como las membranas celulares (hay muchas glucoproteínas que forman parte de ella), el citoesqueleto, la matriz extracelular e incluso el ADN con las histonas y protaminas. Aquí se incluyen también el colágeno, la queratina, la elastina, la fibroína y la miosina. Reserva: Esta función es propia de los glúcidos y lípidos pero hay proteínas como la ovoalbúmina del huevo o la caseína de la leche que tienen esta función. Transporte y almacenamiento: Hay muchos ejemplos: –
Las proteínas de las membranas celulares permiten el intercambio de sustancias entre el exterior y el interior.
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La hemoglobina, la mioglobina y la hemocianina transportan O 2.
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Las lipoproteínas transportan lípidos por la sangre. Las seroalbúminas ácidos grasos, fármacos y productos tóxicos.
Tema 4.- Las proteínas Hormonal: Hay muchas proteínas que tienen esta función como la insulina, el glucagón, la hormona del crecimiento, la oxitocina o las gonadotropinas. Defensiva: Las inmunoglobulinas son anticuerpos con función inmunológica (reconocen sustancias extrañas o antígenos). Los fibrinógenos forman coágulos de sangre cuando se produce una herida. Contráctil o de movimiento: La actina (proteína globular) y la miosina (proteína fibrosa) se organizan en los músculos y sus movimientos coordinados provocan la contracción muscular. La dineína es una proteína motora de los microtúbulos responsable del movimiento de cilios y flagelos. Homeostática: Algunas proteínas regulan el pH y el equilibrio osmótico, así se mantiene estable el medio interno. Enzimática: Es la función más importante, todas las reacciones químicas que se dan en un organismo están catalizadas por enzimas (todas las enzimas son proteínas). Se diferencian de los catalizadores no biológicos porque las enzimas son específicas de la reacción que catalizan y de los sustratos que intervienen en ellas.