1. Características generales de las proteínas






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título1. Características generales de las proteínas
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TEMA 4. PROTEÍNAS

1. Características generales de las proteínas.

2. Aminoácidos.

2.1 Propiedades de los aminoácidos.

2.2 Clasificación de los aminoácidos.

3. El enlace peptídico.

4. Estructura de las proteínas.

4.1 Estructura primaria.

4.2 Estructura secundaria.

4.3 Estructura terciaria.

4.4 Estructura cuaternaria.

5. Propiedades de las proteínas.

5.1 Solubilidad.

5.2 Desnaturalización.

5.3 Especificidad.

6. Funciones de las proteínas.

7. Clasificación de las proteínas.

7.1 Holoproteínas.

7.2 Heteroproteínas.

1. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS PROTEÍNAS
Las proteínas son las moléculas orgánicas más abundantes en las células, constituyendo el 50% de su peso seco. Su importancia, sin embargo, no radica exclusivamente en su abundancia, sino también en la variedad de funciones que desempeñan.
Las proteínas son macromoléculas de enorme tamaño, por tanto de elevado peso molecular. Se pueden definir como polímeros formados por la unión de aminoácidos (existen 20 aminoácidos distintos en las proteínas). Si se unen dos aminoácidos, se obtiene un dipéptido, si son tres, un tripéptido, etc. Si el número de aminoácidos es inferior a 10 se habla de oligopéptido, y si es superior a 10 se denomina polipéptido. Sólo cuando un polipéptido está formado por más de 50 aminoácidos o su peso molecular es mayor de 5.000, se habla de proteína.


2. AMINOÁCIDOS
Los aminoácidos son compuestos orgánicos que poseen un grupo amino (-NH2) y un grupo ácido carboxílico (-COOH) unidos a un átomo de carbono central, llamado carbono alfa, al cual también se unen un átomo de H y una cadena lateral R.
H

Las diferencias entre los 20 aminoácidos 

proteicos se deben a que cada uno presenta H2N - Cα- COOH

una cadena lateral (R) distinta. Ejemplos: 

R

. glicocola: R= -H
. alanina: R= -CH3
. cisteina: R= -CH2 -SH


2.1 PROPIEDADES DE LOS AMINOÁCIDOS.


- Todos los aminoácidos, excepto uno, presentan un carbono asimétrico (C α) y por lo tanto tienen actividad óptica, es decir, son capaces de desviar el plano de luz polarizada que atraviesa una disolución de aminoácidos.
Si un aminoácido desvía el plano de luz polarizada hacia la derecha, se denomina dextrógiro (+) y si lo hace hacia la izquierda, levógiro (-).




Independientemente de esta capacidad óptica, cada aminoácido presenta dos configuraciones espaciales denominadas estereoisómeros D y L, según el grupo amino se halle situado a la derecha o a la izquierda, respectiva-mente (siempre que el grupo carboxilo quede arriba). Todos los aminoácidos proteicos son de la serie L.

- Los aminoácidos presentan carácter anfótero, es decir, cuando están en disolución se pueden ionizar, actuando como ácidos o como bases, según el pH del medio en el que se encuentran.

Cuando los aminoácidos se encuentran en disolución acuosa (pH neutro) forman iones dobles:




NH3+



H - C - R



COO-

- Algunos aminoácidos se pueden sintetizar a partir de otras moléculas, sin embargo otros deben ser ingeridos en la dieta. Estos últimos se denominan aminoácidos esenciales, que en el caso de la especie humana son ocho: fenilalanina, treonina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, triptófano y valina.

2.2 CLASIFICACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS.



3. EL ENLACE PEPTIDICO
Los aminoácidos se unen entre sí formando cadenas que reciben el nombre de péptidos. Esta unión denominada enlace peptídico, es un enlace covalente que se establece entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino del siguiente, perdiéndose una molécula de agua.



Este enlace puede ser hidrolizado separándose los dos aminoácidos.
El enlace peptídico tiene un comportamiento similar al de un doble enlace, es decir, presenta una cierta rigidez que inmoviliza en el mismo plano a los átomos que lo forman.
El dipéptido puede unirse a otro aminoácido, liberándose otra molécula de agua y formándose un tripéptido, así sucesivamente hasta llegar al polipéptido.


4. ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS
La actividad biológica de una proteína depende en gran medida de la disposición espacial de su cadena polipeptídica. Efectivamente, la cadena polipeptídica a medida que se va sintetizando sufre una serie de plegamientos hasta adquirir una estructura tridimensional determinada, que puede tener hasta cuatro niveles, de complejidad creciente, cada uno de los cuales se construye a partir del nivel anterior; son las estructuras primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria.

4.1 ESTRUCTURA PRIMARIA.
Es la secuencia lineal de aminoácidos que forman la proteína. Por lo tanto, nos indica qué aminoácidos componen la cadena polipeptídica y en el orden en que se encuentran unidos.
Siempre existe un extremo con un aminoácido cuyo grupo amino está libre y otro extremo con un aminoácido con su grupo carboxilo libre. Por convenio, los aminoácidos de la cadena se numeran comenzando por el que posee el extremo amino libre.




4.2 ESTRUCTURA SECUNDARIA.

Es la disposición espacial que adopta la secuencia de aminoácidos o estructura primaria. A medida que se sintetizan las cadenas polipeptídicas en los ribosomas, se pliegan hasta adoptar la configuración espacial más estable, la estructura secundaria.
Hay dos tipos de estructura secundaria:

. α -hélice.
La cadena polipeptídica se enrolla en espiral sobre si misma, gracias a la capacidad de rotación del carbono alfa, originando una hélice, que se mantiene gracias a los puentes de H formados entre el grupo -NH de un aminoácido y el grupo -CO del cuarto aminoácido que le sigue en la cadena lineal.
La α-hélice presenta 3,6 aminoácidos por cada vuelta.


Al formarse la α-hélice todos los grupos -CO quedan orientados en la misma dirección, mientras que los -NH se orientan en dirección contraria y los radicales (R) quedan dirigidos hacia el exterior de la α-hélice.

Esta estructura la presentan proteínas como la α-queratina del pelo y de las uñas y también la miosina de los músculos.
. Conformación β o lámina plegada.

En esta configuración la cadena polipeptídica se pliega en zig-zag (actuando como punto de plegamiento los carbonos alfa), de tal forma que diferentes tramos de la cadena quedan enfrentados, y se unen mediante puentes de H, que en este caso, también se establecen entre los grupos -NH y -CO de aminoácidos antes distantes.

Los radicales de los aminoácidos se disponen alternativamente por encima y por debajo de esta estructura.

4.3 ESTRUCTURA TERCIARIA.

Es la configuración espacial definitiva que adopta la cadena polipeptídica. Ya que la estructura secundaria se pliega sucesivamente, como un ovillo, hasta formar la estructura terciaria. Esta se mantiene por los enlaces entre las cadenas laterales (R) de los aminoácidos.
Los enlaces pueden ser de 4 tipos:


  • Puentes disulfuro. Son enlaces covalentes, por lo tanto fuertes, entre dos grupos -SH de dos aminoácidos cisteina.




  • Fuerzas electrostáticas entre grupos R con carga opuesta (-NH3+ y COO-).




  • Puentes de hidrógeno. Se establecen entre grupos polares localizados en las cadenas laterales.




  • Fuerzas de Van der Waals y atracciones hidrofóbicas entre radicales apolares.



En la estructura terciaria de una proteína se pueden encontrar tramos que presentan estructura secundaria (α -hélice y conformación β) y tramos sin forma regular.

La mioglobina del músculo y la tripsina del estómago tienen estructura terciaria.
En general, se puede decir que existen dos tipos de estructuras tridimensionales proteicas:


  • GLOBULARES. Poseen un alto grado de plegamiento y adoptan formas esféricas. Son solubles en agua. Ej: la mio-globina.




  • FIBROSAS. El plegamiento de la cadena polipeptídica es menor, por lo que estas proteínas presentan formas alargadas y son insolubles en agua. Ej: la queratina del pelo, uñas, plumas, etc.



4.4 ESTRUCTURA CUATERNARIA.
En ocasiones existe otro nivel estructural superior, la estructura cuaternaria. Esto sólo ocurre cuando la proteína está formada por varias cadenas polipeptídicas, denominadas en este caso subunidades proteicas o protómeros.
Los enlaces que mantienen la estructura cuaternaria son del mismo tipo que los que mantienen la terciaria.
La estructura cuaternaria de las proteínas (o la terciaria, en aquellas que sólo presentan esta estructura), es la responsable de su actividad biológica.
La hemoglobina y las inmunoglobulinas, entre otras, tienen estructura cuaternaria.
Como habrás podido observar, la estructura cuaternaria depende de la terciaria, ésta de la secundaria, que a su vez depende de la primaria.



5. PROPIEDADES DE LAS PROTEÍNAS.
Las propiedades de las proteínas dependen sobre todo de la naturaleza de los radicales (R) de los aminoácidos.
5.1 SOLUBILIDAD.
Las proteínas son macromoléculas solubles en agua cuando tienen forma globular. Aunque debido a su elevada masa molecular forman dispersiones coloidales.
La solubilidad de estas moléculas se debe a los radicales (R), que, al ionizarse, establecen puentes de H con las moléculas de agua que rodean a la proteína, formando una capa de solvatación, que impide que se pueda unir a otras proteínas, lo que provocaría su precipitación.
5.2 DESNATURALIZACIÓN.
Consiste en la rotura de los enlaces que mantienen las estructuras secundaria, terciaria y cuaternaria, conservándose solamente la primaria. La proteína pasa a adoptar una conformación lineal, por lo que disminuye su solubilidad, llegando incluso a precipitar.
La desnaturalización provoca la pérdida de la actividad biológica de la proteína.

La desnaturalización puede producirse por medios físicos: calor excesivo, radiación ultravioleta; o químicos como variaciones de pH, cambios en la concentración salina, etc.
Si el agente desnaturalizante actúa durante poco tiempo o con poca intensidad, la desnaturalización es reversible, la proteína adopta su configuración original y recupera su actividad biológica.
Pero si los cambios ambientales son intensos y persistentes, la desnaturalización es irreversible. Ejemplos de este tipo son la coagulación de la albúmina de la clara del huevo por el calor o la desnaturalización de la caseina de la leche al cortarse (por cambios en el pH).
5.3 ESPECIFICIDAD.


A diferencia de los glúcidos y de los lípidos, las proteínas son moléculas específicas, es decir, cada especie biológica posee Proteínas distintas a las de otros organismos. Incluso proteínas que presenta la misma función y una estructura tridimensional semejante suelen tener una secuencia peptídica algo diferente en distintos organismos. Este hecho posee una gran importancia, ya que el análisis de las semejanzas que existen entre algunas proteínas de diversos seres vivos permite establecer el parentesco evolutivo entre especies.
La especificidad proteica se da incluso en individuos de una misma especie, como se pone de manifiesto en los procesos de rechazo de órganos en los transplantes.
6. FUNCIONES DE LAS PROTEÍNAS.
Las proteínas son moléculas capaces de adoptar una gran variedad de estructuras tridimensionales, lo que les permite llevar a cabo numerosas funciones.
- Función estructural.

Las proteínas son las sustancias con las que se construyen la mayoría de las estructuras celulares. Ejemplos: las glucoproteinas de las membranas celulares, las histonas asociadas al ADN o las Proteínas de los microtúbulos del citoesqueleto.
A nivel histológico se pueden citar las queratinas del pelo y uñas, o el colágeno del tejido conjuntivo, cartilaginoso y óseo.
- Función de transporte.

Además de las proteínas transportadoras de las membranas celulares, que regulan el paso de moléculas, hay otras proteínas extracelulares que transportan sustancias por el organismo, como por ejemplo la hemoglobina (transporta el oxígeno en la sangre de los vertebrados), o la mioglobina (transporta el oxígeno en el músculo estriado), o las lipoproteinas del plasma sanguíneo (transportan lípidos).
- Función defensiva.

Las inmunoglobulinas o anticuerpos que son capaces de defender a los organismos contra las infecciones.
La trombina o el fibrinógeno, que contribuyen a la formación del coágulo en una herida.
- Función hormonal.

Hay algunas hormonas de naturaleza proteica, como la insulina del páncreas, que regula el metabolismo de la glucosa, o la hormona del crecimiento, secretada por la hipófisis.
- Función contráctil.

La actina y la miosina llevan a cabo la contracción y relajación en el músculo estriado.
- Función enzimática.

Las reacciones químicas que tienen lugar en la célula están catalizadas por enzimas, que aumentan la velocidad de dichas reacciones. Todas las enzimas son proteínas.
- Función de reserva.

Algunas proteínas almacenan aminoácidos a la espera de que sean utilizados por la célula. Ejemplos: la ovoalbúmina de la clara del huevo, la caseina de la leche, etc.
- Función homeostática.

Algunas proteínas sanguíneas, como la seroalbúmina, regulan el pH, gracias a su capacidad amortiguadora.

7. CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS.
Las proteínas se clasifican en dos grandes grupos:
7.1 HOLOPROTEÍNAS O PROTEÍNAS SIMPLES.
Están formadas únicamente por aminoácidos. Según su estructura tridimensional se subdividen en:

  • Proteínas fibrosas. Son insolubles en agua y desempeñan funciones estructurales. Pertenecen a este grupo: la queratina, el colágeno, la actina, la miosina, la elastina, ...




  • Proteínas globulares. Son solubles en agua y realizan funciones dinámicas. Pertenecen a este grupo: las albúminas (ovo, lacto y seroalbúmina), las globulinas, etc.

7.2 HETEROPROTEÍNAS O PROTEÍNAS COMPLEJAS.
Están formados por una parte proteica (grupo proteico) y otra no proteica denominada grupo prostético.
Según la naturaleza del grupo prostético, a su vez, se clasifican en:


  • Glucoproteínas.


Su grupo prostético es un glúcido unido covalentemente a la cadena polipeptídica. Se encuentran en las membranas celulares, donde desempeñan una función antigénica.

Las inmunoglobulinas son también glucoproteínas.

También se incluyen en este grupo el mucus protector de los aparatos respiratorio y digestivo. Así como algunas hormonas.


  • Fosfoproteínas.


Su grupo prostético es el ácido fosfórico. La caseina de la leche y la vitelina de la yema del huevo pertenecen a este grupo.


  • Lipoproteínas.


Tienen un lípido como grupo prostético. Muchas lipoproteinas forman parte de la membrana plasmática; sin embargo existe un grupo especial de lipoproteinas presentes en el plasma sanguíneo, que se encargan de transportar lípidos (colesterol, triglicéridos, ...) por el torrente circulatorio desde su lugar de absorción, el intestino, hasta los tejidos adiposos.


  • Cromoproteínas.


Tienen como grupo prostético una sustancia coloreada (pigmento). Este grupo prostético puede contener la porfirina, como sucede en la hemoglobina (contiene Fe2+ que le da color rojo), mioglobina y citocromos. Por el contrario, en otros pigmentos no figura la porfirina, como en la hemocianina (desempeña una función semejante a la hemoglobina en algunos invertebrados y contiene Cu 2+

que le da color azul).


  • Nucleoproteínas.

Su grupo prostético es un ácido nucleico. Se consideran núcleo- proteínas la asociación entre el ADN y las histonas para formar la cromatina.


ACTIVIDADES
1.- Hay un aminoácido para el que no existen estereoisómeros. ¿Cuál es? ¿Por qué? Escribe su fórmula.
2.- Utilizando la fórmula del aminoácido alanina, indica:

a) ¿Cuántos carbonos asimétricos tiene?

b) ¿Qué propiedades poseen las moléculas que tienen carbonos asimétricos?

3.- El pH en el cual el aminoácido forma un ión híbrido neutro (con tantas cargas positivas como negativas), se denomina punto isoeléctrico.

Si el punto isoeléctrico de la alanina es 6:

a) Indica la carga y estructura química de este aminoácido a pH 6.

b) Indica la carga y " " que presentará la alanina a pH de valores 2 y 9.

c) Explica en qué pH de los indicados anteriormente el aminoácido se desplazará hacia el cátodo, cuando lo hará hacia el ánodo y cuando permanecerá inmóvil.
4.- ¿Cuáles son los componentes de una cadena polipeptídica y qué enlaces los unen?
5.- Formula el tripéptido Lys-Glu-Met, en el que el grupo amino libre pertenezca a la lisina.
6.- La tripsina es una enzima que hidroliza los enlaces peptídicos en los que el grupo carboxilo lo aporta una lisina o una arginina. ¿Cuál será el resultado de la hidrólisis por medio de la tripsina sobre estos péptidos?

a) H2N-Lys-Met-Ala-Arg-Met-Val-COOH

b) HOOC-Lys-Arg-Met-Cys-LYs-Phe-NH2
7.- ¿Qué enlaces mantienen la estructura secundaria de una proteína?
8.- ¿Qué tipos de enlaces mantienen la estructura terciaria de una proteína?
9.- ¿Todas las proteínas alcanzan la estructura cuaternaria? Explica tu respuesta.
10.- ¿Qué conformación espacial es idónea para las proteínas estructurales? ¿Y para las proteínas dinámicas?
11.- ¿Se rompen los enlaces peptídicos cuando se desnaturaliza una proteína?
12.- La hemoglobina humana se diferencia de la del cerdo en 17 aminoácidos, de la del gorila en 1 y de la del caballo en 26. ¿Qué puedes deducir de estos datos?
13.- El olor característico del pelo quemado es debido a la formación de SO2. ¿Cómo crees que se produce?
14.- ¿Qué es un grupo prostético? Enumera los que conozcas.
15.- ¿Por qué es necesario ingerir proteínas en la dieta?
EJERCICIOS P.A.U.
16.- Enumere y describa cinco funciones de las proteínas ilustrando cada una con un ejemplo. (Septiembre 2003- Opción B)
17.- En relación con las proteínas, indique: ¿Cómo se define la estructura primaria de una proteína?, ¿qué tipo de enlace la caracteriza?, y ¿qué grupos químicos participan en el enlace? Qué se entiende por desnaturalización de una proteína? ¿Qué orgánulos están implicados en la síntesis y empaquetamiento de las proteínas?
18.- Características y propiedades del enlace peptídico.
19.- Cite cuatro de las funciones más relevantes de las proteínas y explique dos de ellas, ilustrando cada explicación con un ejemplo. (Junio 2005- Opción A)
20.- Explique en qué consiste la desnaturalización proteica. Indique qué tipos de enlaces se conservan y cuáles se ven afectados. ¿Qué factores provocan la desnaturalización? (Septiembre 2005- Opción A)





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