Las Proteínas - Resumen PDF

LA PROT ÍNAS  Las proteínas son las biomoléculas orgánicas más abundan - tes en las células. Su nombre viene del griego protos que sig- nifica, el primero. Constituyen aproximadamente la mitad del peso seco de un gran número de organismos. La información contenida en los genes se expresa...

LA PROT ÍNAS  Las proteínas son las biomoléculas orgánicas más abundan - tes en las células. Su nombre viene del griego protos que sig- nifica, el primero. Constituyen aproximadamente la mitad del peso seco de un gran número de organismos. La información contenida en los genes se expresa mayorita- riamente en forma de proteínas. En correspondencia con la gran diversidad genética, existen en la célula miles de proteínas diferentes que desarrollan funciones muy diversas. Así tenemos enzimas, proteínas transportadoras, reguladoras, contráctiles, inmunoglobulinas, proteínas estructurales, de reserva, etc. Es un hecho fascinante, que todas las proteínas de los dife- rentes seres vivos están constituidas por un conjunto básico de veinte aminoácidos. La enorme variabilidad proteica hay que buscarla por lo tanto no en sus componentes básicos, sino en la secuencia en que tales aminoácidos se unen para conformar la proteína. Además las proteínas son capaces de unirse a otros compuestos, formando moléculas complejas. El análisis cualitativo y cuantitativo de proteínas en la sangre es un dato clínico del mayor interés. Una persona sana tiene en su sangre determinados tipos de proteínas cuya concentración fluctúa dentro de límites precisos. La transgresión de esos lími- tes y la aparición o la ausencia de determinadas proteínas, per- mite diagnosticar enfermedades y actuar en consecuencia. 1 Los aminoácidos 2 Los péptidos 3 Las proteínas: concepto y estructura 4 Homoproteínas y heteroproteínas 5 Funciones y clasificación de las proteínas 6 Propiedades de interés de las proteínas Resumen 1 Actividades 1 Ampliación Proteínas motoras  D LOS AMINOÁCIDOS proteína+ (n -1) Hp ---.. n am inoácidos Los am inoácidos son los componentes moleculares más sencillos de las proteínas. Cuando las proteínas se Son compuestos orgánicos de baja masa molecula r, someten a reacciones de hidrólisis, se desdoblan final- solubles en agua, con un grupo func iona l ácido carboxílico mente en aminoácidos:. y un grupo funcional amino, al menos. En los aminoácidos proteicos, estos grupos funcionales se co locan en una posi- ción característica, con el grupo am ino en el carbono a, COOH que es el contiguo al grupo carboxilo (fi g. 1). Fórmula general de un aminoácido. El carbono más próximo al grupo 1 R representa la cadena lateral, de natu raleza variada, COOH se denomina carbono a. HN - C- H que distingue unos aminoácidos de otros. 2 1 En la figura 1.2 se clasifican los 20 am inoácidos prote i- R cos en diferentes grupos según la natura leza de su cade- na lateral. A Fig. 1.1. Estructura general de un a-aminoácido. Grupos R aromáticos Grupos R apelares alifáticos Grupos R cargados coo- coo- coo- coo- coa- coa- negativamente + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 H N - C- H HN - C - H HN - C - H H N - C- H H N- C- H HN - C - H 3 1 3 1 3 1 3 1 3 1 3 1 coo- ó e; CH 2 H CH 3 CH + 1 /"- HN - C - H 1 H3C CH 3 3 1 e CH 2 0--~CH Glicina Alanina Valina 1 NH coo- coo- :::-.._ + 1 Aspartato OH H N - C- H 3 1 Fenilalanina Tirosina Triptófano H - C- CH 1 3 coo- Grupos R polares sin carga CH 2 + 1 H N- C- H 1 3 coo- coo- coo- CH 3 1 CH 2 + 1 + 1 + 1 Leucina lsoleucina Prolina HN - C - H HN - C - H HN - C - H 1 3 1 3 1 3 1 CH 2 CH 2 0H H- C - OH CH 2 Grupos R cargados positivamente 1 1 1 coo- CH 3 SH coo- coo- coa- Glutamato Serina Treon ina Cisteína + 1 + 1 + 1 H N - C- H H N - C- H H N - C- H 3 1 3 1 3 1 coo- coo- coo- CH 2 CH 2 CH 2 1 1 1 + 1 + 1 + 1 CH 2 CH 2 e H N- e- H HN - C - H HN - C - H 3 1 3 1 3 1 1 1 HC ~ "--- NH CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 \ + 1 1 1 1 1 1 HN = CH CH 2 e CH 2 CH 2 NH 1 H N/ 2 ~O 1 +1 NH3 1 + C = NH S e i 2 ~O 1 1 H N/ ! CH 3 2 NH 2 l A Metionina Asparag ina Glutam ina Lisina Arg inina Histidina Fig. 1.2. Los 20 aminoácidos proteicos. [  Los aminoácidos en disolución do se presenta en un 60 % con carga positiva (forma pro- Aunque la estructura representada en la f igura 1.1 tonada), en un 40 % sin carga (forma di polar) y en un O % sea formalmente correcta, no representa el estado real con carga negativa (forma desprotonada), la carga neta en que se encuentra la molécula en d isolución acuosa, del aminoácido puede considerarse + 0,6, que es como el pues los grupos ácido tienden a ceder protones quedan- promedio de las cargas que se encontrarían en las molécu- do un grupo carboxilo de carga negativa (-Coo-). y los las individuales. grupos amino tienden a captar protones quedando un En la f igura 1.2 observamos un grupo de aminoácidos grupo amonio de carga positiva (- NH!). que presenta un grupo carboxilo en la cadena lateral (aspartato y glutamato); son aminoácidos que a pH neutro presentarán una carga neta de -1. Otro grupo (lisina, argi- COOH _e + coo- + coo- niga, histidina) presenta un grupo amino (o imino en el HN!_C-H 3 1 R ~ H+ + H N- C- H 3 1 R _L ") H+ H,N -rj caso de la histidina) en la cadena lateral; o sea, son amino- ácidos con carga neta + 1 a pH neutro. Otros no presentan cargas en las cadenas latera les, pero éstas son de naturale- Forma za variable y pueden influir en la faci lidad o dificultad de Forma Forma predominante predominante predominante ionización de los grupos carboxilo y ami no principales. Por apH 1 a pH 7 a pH 13 eso, cada aminoácido presentará un comportamiento eléc- trico distinto a los diferentes valores de pH del medio. En 1 ~ Formas ionizadas de los aminoácidos en disolución la figura 1.4 se representará este comportamiento para el acuosa. caso de la glicina. Por lo mismo, tal como se indica en la figura 1.3, cuan- Cada aminoácido presentará un valor de pH para el que do el aminoácido se encuentra en medio ácido, se ionizará la carga neta será O, y a ese valor de pH se le denomina el grupo amino pero no el carboxilo, y si el medio es bási- punto isoeléctrico (pi). co, se ionizará el grupo carboxilo pero no el amino. Las técnicas de separación de aminoácidos basadas en Cuando un aminoácido presenta una carga positiva y sus propiedades eléctricas, aprovechan el conocimiento del una negativa, su carga eléctrica neta es O; si presenta una valor del pi de cada aminoácido (véase Investigaciones y carga positiva, su carga neta es +1, y si presenta una carga Técnicas). negativa, su carga neta es -1. Electrofores1s de una mezcla de am1 Pero como las cargas se forman por efecto de un equi- ~'l""t noác1dos (2). En 1 y 3 se colocaron librio químico entre la forma ionizada y la no ionizada del ~ como control dos de los amtnácidos sometidos a electroforests. aminoácido, la carga neta del aminoácido dependerá del grado de ionización que han sufrido sus grupos ácido y amino. Por ejemplo, si a un determinado pH un aminoáci-.,., +1 11 ,(" Ast Electroforesis de los aminoácidos arginina, prolina y asparraro. pl =5,97 a o pK2=9,60 a) Indica cuál será la carga eléctrica a pH 13 de la serina, la valina y la arginina. -1 b) ¿Qué carga eléctrica tendrá el glutamato a pH 1? e) La electroforesis de la figura 1.5 se realizó en un medio o 2 4 6 8 10 12 tamponado a pH 7. Indicar la carga (positiva o negativa) de.. pH A Variación de la carga neta de la glicina en función los aminoácidos arginina, prolina y aspartato a ese pH. d) ¿Por qué tienen distinto punto isoeléctrico los diferentes del pH. aminoácidos?  Aminoácidos proteicos y aminoácidos no proteicos IEJI LOSPÉP_T_ID_o_s_________________ El carbono a, o sea, el siguiente al grupo carboxilo, al que se une el grupo amino, es asimétrico en todos los ami- Hemos dicho al principio del Tema que las proteínas noácidos proteicos (a excepción de la glicina, como puede estaban compuestas por numerosos aminoácidos. Los verse en la figura 1.2). Esto hace que puedan darse dos con- aminoácidos se unen entre sí med iante una unión que figuraciones distintas (distintas maneras de configurarse los recibe el nombre de enlace peptídico. Este enlace resulta átomos de la molécula en el espacio), que dan lugar a la iso- de la formación de un grupo amida entre el grupo carbo- mería óptica de los aminoácidos (fig. 1.6). xilo principal de un aminoácido y el grupo a -amino del siguiente, según puede verse en la figura 2.1. Formación de un enlace peptídico entre dos aminoácidos en la síntesis de un dipéptido. A Enlace peptídico R1 H"-. 1 / OH L D N - CH - C / ~ A H O Fig. 1.6. Estereoisomería de la alanina. Si suponemos al carbono a situado en el centro de un Dipéptido tetraedro, se denominan aminoácidos Lo de configuración La aquellos que presentan el grupo NH 3 en el vértice de la izquierda y saliendo hacia el observador. Se denominan aminoácidos Do que presentan una configuración D, aque- llos cuyo grupo NH 3 está en el vértice de la derecha y salien- do hacia el observador. Sólo el carbono a determina la estructura L o D; el resto de los carbonos asimétricos de la Formación de un enlace peptídico entre un dipéptido cadena lateral puede tener cualquiera de las dos configura- y un aminoácido en la síntesis de un tripéptido. ciones. Todos los aminoácidos proteicos son a-L-aminoácidos B Enlace peptíd ico Existen en la naturaleza algunos a-O-aminoácidos, como el ácido D-glutámico, pero no entran a formar parte de pro- te ínas, sino que aparecen en la pared celular de algunas bacterias poco corrientes. También existen en la naturaleza aminoácidos sin grupo amino en el carbono a, pero tampoco son proteicos; por ejemplo, el ácido y-aminobutírico es un neurotransmisor. Tripéptido Finalmente, también existen a-L-aminoácidos que no R H R H R H "-. 11 1 12 1 13 / OH son proteicos, como la ornitina y la citrulina, que son com- N - CH - C - N- CH - C - N- CH - C + H2 0 puestos intermediarios del metabolismo. H/ 11 11 ~ No existe, por el momento, ninguna explicación satisfac- o o toria del por qué la evolución biológica ha seleccionado las A formas L de los aminoácidos como aminoácidos constitu- Fig. 2.1. Esta figura tiene el único objeto de comprender la yentes de las proteínas. lógica química de la forma ción del enlace peptídico ya que la reacci ón por la que realmente se forma en el organismo es Actividades mucho más compleja. a) Observa las fórmulas estructurales de los aminoácidos proteicos (fig. 1.2) y señala aquellos que tengan algún car- El conjunto de dos aminoácidos unidos por un enlace bono asimétrico además del carbono a. Indica, además, peptídico recibe el nombre de dipéptido, si se trata de cuántos isómeros ópticos presentarán dichos aminoáci- dos. tres aminoácidos unidos por enlaces peptídicos, tripépti- do, y así sucesivamente.  Genéricamente se habla de oligopéptidos cuando un grupo amino libre, y en el otro extremo aparece un hay un número moderado de aminoácidos unidos por residuo de aminoácido que presenta un grupo carboxilo enlaces peptídicos, y de polipéptidos, cuando hay un libre; estos grupos se llaman respectivamente N-terminal número elevado de aminoácidos unidos por enlaces y ( -terminal. peptídicos. Una propiedad importante del enlace peptídico es En la figura 2.2 aparece un pentapéptido. Puede que los cuatro átomos implicados en torno a él (C, O, N, observarse cómo los sucesivos residuos de aminoácidos H) se sitúan en un mismo plano, que recibe el nombre se sitúan como los eslabones de una cadena, de la cual de plano de la amida. salen, a modo de ramificaciones, las cadenas laterales Dos planos de la amida contiguos pueden girar a tra- de los aminoácidos. vés de los dos enlaces sencillos del carbono a, aunque el Puede observarse también cómo aparece un residuo giro no es totalmente libre, ya que la cadena lateral de aminoácido en un extremo de la cadena que presenta unida al carbono a dificulta la rotación (fig. 2.3). Esta propiedad tiene importancia para comprender En la representación de polipéptidos y proteínas, por convenio, que una cadena peptídica (o de aminoácidos enlazados se representa a la izquierda el residuo amino libre y a la dere· por enlaces peptídicos) adquiere la estructura de unos cha el resiauo carboxilo libre. planos sucesivos que pueden tomar diversos ángulos entre sí, y de los que salen lateralmente los grupos quí- tt H O HO HO HO H micos de cada aminoácido (las cadenas laterales). + 1 11 1 11 1 lf 1 u: 1 Los grupos amino y carboxilo situados en carbonos H N- e - e N- c - e N. - c - e N- c - e N - c - coo- 3 ± 1 1 1 1 1 1 1 1 diferentes al carbono a pueden formar también enlaces - R1 1H R2 1H R3 H R4 H R5 semejantes a los enlaces peptídicos, que reciben el nombre de enlaces isopeptídicos; estos enlaces no apa- Residuo Residuo recen nunca en proteínas, sino en péptidos con otras amino-terminal carboxilo-terminal funciones biológicas, como hormonas, antibióticos y.A Fig. 2.2. Un pentapéptido. componentes de paredes celulares bacterianas. Los rectángulos azules representan la disposición plana en el espacio del enlace peptídico. Estos planos pueden formar entre sí diversos ángulos, ya que se realizan giros en el sentido que indican las flechas. El ángulo de giro no es totalmente libre, sino que presenta restricciones Carbono - Nitrógeno Oxíg eno O Hidrógeno O Cadena lateral.A Fig. 2.3. Cadena polipeptídica. Actividades a) Escribe la estructura de un tripéptido formado por los aminoácidos serina, leucina y alanina, colocando la serina en el extremo N- terminal y la leucina en el extermo e-terminal. b} Escribe la estructura de un tetrapéptido formado por los aminoácidos glicocola, alanina, prolina y valina. ¿Cuántas posibilidades exis- ten? ¿Cuántas posibilidades existen ocupando la valina el residuo aminoterminal? ¿Cuántas posibilidades existen ocupando la vali- na el residuo aminoterminal y la glicocola el residuo carboxiloterminal. B LAS PROTEÍNAS: CONCEPTO Y ESTRUCTURA Estructura secundaria Un fragmento de cadena polipeptídica puede adop- tar diferentes disposiciones espaciales según IÓs ángulos Las proteínas son biomoléculas formadas por la unión que forman entre sí los planos de la amida. A dicha dis- de aminoácidos. Elementalmente están compuestas por car- posición espacial se le llama estructura secundaria. bono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, y en la mayor parte La estructura secundaria más frecuente en las proteí- de los casos también contienen azufre. Son macromolécu- nas es la hélice a (fig. 3.2), post u lada en 1951 por las, es decir, que tienen elevadas masas moleculares relati- Pauling y Corey, y confirmada seis años después por los vas (por ejemplo, el fibrinógeno de la sangre, 500 000). Son estudios con difracción de rayos X. Los planos de los las responsables de la mayor parte de las estructuras y de las sucesivos enlaces peptídicos se disponen formando una acciones vitales de los organismos. hélice dextrógira; las cadenas laterales se proyectan Las proteínas están constituidas por largas cadenas poli- hacia fuera de la hélice y los grupos C=O y N- H de los peptídicas que poseen una estructura que puede ser estu- enlaces peptídicos quedan hacia arriba o hacia abajo, en diada a diversos niveles de organ ización: las estructuras pri- dirección más o menos paralela al eje de la hélice; esto maria, secundaria, terciaria y, en su caso, cuaternaria. Cada permite que se formen enlaces de hidrógeno entre un nivel aporta información para comprender el siguiente. C=O y un N-H concretamente cada cuatro aminoácidos. Estructura primaria Se observa la distribución helicohidal de los sucesivos planos peptídi- cos (3,6 1 vuelta) y los enlaces de hidrógeno (1 cada 4 residuos). Las La estructura primaria hace referencia a la secuencia cadenas laterales de los aminoácidos se proyectan hacia el exterior de de aminoácidos, es decir, al orden en que se colocan los la hélice. El paso de rosca de la hélice es de 0,54 nm. diferentes aminoácidos para formar la cadena peptídica (fig. 3.1). El orden de colocación de los aminoácidos puede ser muy variado, como se desprende del hecho de que una proteína tiene miles de aminoácidos y hay 20 aminoáci- dos diferentes. Puente de hidrógeno Lo anterior no significa que puedan darse todas las combinac iones posibles de aminoácidos, de la misma manera que las palabras escritas con 28 letras diferentes no son todas las combinaciones posibles, pues hay combi- naciones sin sentido; pero el elevado número de combi- naciones posibles nos da explicación a una de las propie- dades fundamentales de las proteínas que es la especifi- cidad, por la cual cada individuo tiene sus propias proteí- nas, que difieren de las proteínas equivalentes de otro individuo en la secuencia de aminoácidos o estructura pri- maria. / Cuando se escribe la secuencia de aminoácidos de una proteína, se usa la convenc ión de poner a la izquierda el residuo N-terminal. aa 6 COOH aax = aminoácido Á. Fig. 3.1. Representación esquemática de la estructura prima- ria de una proteína.. Fig. 3.2. Estructura de hélice a.  Estructura secundaria ~ también llamada en hoja plegada. Los sucesivos planos se situan de forma regular en zigzag con las cadenas laterales dirigidas alternativamente hacia arriba y hacia abajo. Las flechas verdes indican tanto la polaridad de la cadena como la forma sim- bólica de representación de esta estructura. Puentes de hidrógeno ' ! 7 Asociación antiparalela en estructura ~ de dos... segmentos pertenecientes a una misma cadena. Fig. 3.3. Estructura en para lelo de la hoja plegada ~ que implica dos cadenas. Otra estructura secundaria descubier- ta simultáneamente por los mismos Asociación paralela en estructura ~ de dos segmentos investigadores que en el caso anterior es pertenecientes a diferentes cadenas. la estructura ~.también llamada en hoja plegada (fig. 3.3). Los planos de los enla- ces peptídicos sucesivos se disponen en zig-zag, y la estructura se estabiliza mediante puentes de hidrógeno entre los grupos C=O y N-H de aminoácidos per- tencientes a diferentes segmentos de la cadena polipeptídica, que pueden perte- necer a la misma o a diferente cadena (fig. 3.4).... Fig. 3.4. Fragmentos peptídicos en estructura ~ que pertenecen a la misma cadena polipeptídica (arriba ), o a diferentes cadenas (abajo ). Actividades a) Haciendo uso de tus conocimientos de Matemáticas, calcula cuántas proteínas diferentes de 100 aminoácidos podrían construir- se si contuvieran los 20 aminoácidos proteicos. b) Si tenemos un a hélice de 54 nm de larga, calcula: - el número de aminoácidos que contendrá - el número de vueltas que tendrá  Las estructuras secundarias vistas no son las únicas posibles, pero sí las más frecuentes. Otro caso, que se da a b únicamente en el colágeno (prote ína abundante en el tej ido conjuntivo de los animales), es una hélice forma- da por tres cadenas peptídicas que se arrollan entre sí (fig. 3.5). e d Hélice polipeptídica.... Fig. 3.6. Estructuras supersecundarias: a ) ~a~; b) aa antipa- ralelas; e) meandro ~ y d ) estructuras en barrilete. Las hélices se representan como tales mientras que las secuencias con estructura ~ se representan convencionalmente con flechas cuya dirección indica el sentido N - C de la secuencia. puede adquirir diferentes estructuras secundarias en diferentes segmentos de la misma. En algunas proteínas globulares se producen agrupa- ciones de a - hélices y estructuras ~' denominadas estruc- turas supersecundarias. La más frecuente de estas estruc- turas es la asociación ~a~ constituida por dos láminas ~ paralelas enlazadas por una a hélice (fig. 3.6 a). Otras estructuras supersecundarias son la asociación aa, forma- da por dos hélices a antipara lelas (fig. 3.6 b), el meandro ~,formado por tres láminas~ antipara lelas (fig. 3.6 e) y las estructuras en barrilete de láminas ~ (fig. 3.6 d). Hélice triple del colágeno Estructura terciaria.... Fig. 3.5. Estructura del colágeno en forma de triple hélice. La cadena polipeptídica, aunque estabilizada por su estructura secundaria, puede aún sufrir g iros y plega- El que una prote ín a adquiera una u otra estructura mientos, adquiriendo una disposición tridimensional secundar ia depende en definitiva de su secuencia o conocida como estructura terciaria de la proteína. En la estructura primar ia. Una misma cadena polipeptídica figura 3.7 puede apreciarse un ejemplo de plegamiento de una cadena polipeptídica en la que entran en contac- to segmentos diferentes de la misma. Actividades Las causas que determinan el plegamiento de la cade- a) Explica de qué manera puede influir la estructura primaria na peptídica se relacionan con la búsqueda de estabilidad de una proteína en el tipo de estructura secundaria que de la molécula; determinadas interacciones fisicoquímicas presenta. Para eso habrás de recordar algún detalle expli- entre diversas cadenas laterales de la molécula pueden cado en el apartado correspondiente a la estereoisomería originar una disposición tridimensional más estable en el del enlace peptídico. medio en que se encuentre la proteína.  0 ~ e.... a) Esquema de la estructura secunda ria de una proteína. b) Plegamiento de la cadena polipeptídica representada en (a) para formar la estructura terciaria de la proteína. Los números indican la posición de algunos aminoácidos en la cadena. N Las pri ncipales interacciones no cova lentes que pue- ca rboxilo de una cadena lateral y un grupo amino den establecerse entre las cadenas laterales de aminoá- de otra. También entran en esta categoría las inter- cidos son: acciones entre grupos químicos que sin presentar Puentes de hidrógeno entre cadenas laterales pola- una carga eléctrica neta sí que poseen un extremo res que presenten algún grupo que pueda actuar con carga parcial positiva o negativa, como los gru- como aceptar o donador de hidrogeniones, como pos amida de la asparagina y la glutamina. los grupos- OH de la serina o la treonina. También Interacciones de van der Waals, o sea, interacciones pueden participar en estas interacciones los grupos muy débiles entre grupos no cargados pero que C=O y N- H de los enlaces peptídicos no implicados pueden polarizarse por la presencia de una carga o en la estabilización de la estructura secundaria. por desplazamientos electrónicos temporales. Interacciones electrost át icas entre grupos con Interacciones hidrof óbicas. Los grupos apelares no carga eléctrica opuesta, como puede ser un grupo pueden interaccionar con el agua, medio en el que habitualmente se encuentran las proteínas; esto hace que los aminoácidos apolares tiendan a inter- H o H accionar entre sí ocultándose del agua que envuel- H O H O H O ve a la molécu la. H 11 N- c - c - N- c - c - N- c - c - N- c - c - - Además de estas interacciones no covalentes, cuando 2 dos residuos de cisteína se encuentran próximos entre sí, CH H H CH Q·· """ H CH e 2 puede formarse un puent e disulfuro, enlace covalente ,p CH3 CH3 o'i' "-o- / 0 S que resulta de la oxidación de los dos tioles: H CH3 A + R-SH + R'-SH ~ R-5-S-R' + AH 2 + o- S NH3 o~ "'e CH2 CH3 Siendo A el oxidante responsable de la formación del CH H CH 2 H puente disufuro. (CH2) CH2 H H e -- N- - oc- e - N- e - e - N - e - e - N- e El puente disulfuro es la interacción más fuerte de o H cuantas estabilizan la estructura terciaria, por ser un o H o CH enlace covalente, pero es también la menos frecuente H H H3C CH3 de todas ellas. e o "o En la f igura 3.8 se representan esquemáticamente las interacciones señaladas; las interacciones hidrofóbicas corresponden a las propias de una proteína globu lar Interacciones electrostáticas Interacciones hidrofóbicas soluble en agua, ya que t ienen lugar en el interior de la Puentes de hidrógeno molécula; pero existen también proteínas que realizan Puentes disulfuro las interacciones hidrofóbicas de sus aminoácidos con... compuestos hidrofóbicos que rodean a la proteína, Algunas de las interacciones entre cadenas laterales como ocurre con muchas de las proteínas de la membra- que conducen a la estabilizació n de la estructura terciaria. na celular.  Estructura cuaternaria Las proteínas que están formadas por una sola cade- na polipeptídica sólo alcanzan la estructura terciaria. La estructura cuaternaria es un grado superior de organización espacial (fig. 3.9). Es la que poseen las pro- teínas que constan de 2 o más cadenas polipeptídicas, iguales o diferentes. Una proteína con estructura cuater- naria sería, por tanto, un oligómero const ituid o por varias cadenas po lipeptídicas cada una de las cuales sería un monómero. Puentes disulfuro Las diferentes cadenas polipeptídicas se unen entre sí.... mediante interacciones del mismo tipo de las que hemos Fig. 3.9. Estructura cuaternaria de una proteína formada por señalado para estabilizar la estructura terciaria, tanto las cuatro subunidades diferentes. Dos de ellas se representa en interacciones no covalentes como los puentes disulfuro. verde y las otras dos en rojo. RESUMEN DE LA ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS Estructura primari a Estructura secundaria Estructura terc iaria Estructura cuaternaria V La "cu bierta" con que se representa la estructura cuaternaria no existe físicamente aunque delimita una región del espacio ocupada por la proteína. En ocasiones también se representan con "cubierta" proteínas con estructura terciaria..... Fig. 3.10. Resumen de la estructura de las proteínas. Actividades a) Indica los diferentes tipos de interacciones (enlaces) que estabilizan las estructuras primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria de una proteína. b) Ordena de mayor a menor fuerza las siguientes interacciones : interacción hidrofóbica, enlace de Van der Waals , enlace peptídi- co , puente disulfuro e interacción electrostática. e) Indica qué tipo de interacciones, de las que suelen estabilizar la estructura terciaria de una proteína, pueden establecerse entre las sigu ientes parejas de aminoácidos (ver fig. 1.2) : valina-leucina cisteína-cisteína lisina-aspartato serina-serina tirosina-glutamina glutamato-treonina  HOMOPROTEÍNAS Y r.. FUNCIONES DE LAS PROTEfNAS. HETEROPROTEÍNAS llia CLASIFICACIÓN FUNCIONAL Algunas proteínas están formadas únicamente por ami- A lo largo del t iempo se han hecho numerosas clasifica- noácidos. Se denominan homoproteínas. Otras, en cam- ciones de proteínas atendiendo a diversos criterios: solubili- bio, contienen en su estructura además de la cadena o dad, composición, forma de la molécula, función que des- cadenas polipeptídicas, otra sustancia no formada por ami- empeña... noácidos: son las heteroproteínas o prot eínas conjugadas. Muchas de estas clasificaciones han quedado en desuso En una heteroprotelna los componentes no aminoací- por ser poco útiles en la práctica para caracterizar las pro- dicos reciben el nombre de grupos prost éticos y son nece- teínas. Así, por ejemplo, la que atiende a su forma espa- sarios para que la proteína desarrol le su función. cial, divide las proteínas en f ibrosas (fil iformes) y globula· El grupo prostético puede unirse a las cadenas poli- res (redondeadas). Esta clasificación aporta muy poca peptídícas por un enlace covalente o por una interacción información y ninguna sobre la rica y vanada función de no covalente con algún o algunos de los aminoácidos de las proteínas. la proteína. Una proteína conjugada desprovista de su La clasificación de las proteínas según la función que grupo prostético recibe el nom bre de apoproteína. desempeñan cumple el doble papel de explicar qué hacen Las proteínas conjugadas se agrupan para su estudio las proteínas y cómo podemos agruparlas de un modo según la natu raleza del grupo prostético. Entre los grupos racional. Por ello las clasificamos según este criterio en: más importantes podemos citar: Proteínas estructurales, que contribuyen a f ijar la forma, Glicoproteínas, que contienen un hidrato de carbono o dar rigidez, o flexibilidad a las diversas partes de los un ido covalentemente a algún aminoácido. organismos, desde los orgánulos celulares a los órganos Lipoproteínas, que contienen una sustancia lipídica de los pluricelulares. Pertenecen a este grupo la mayor unida no covalentemente, aunque en algunas proteí- parte de las proteínas fibrilares. Ejemplos: el colágeno nas de membrana la parte lipídica sí que forma un de los tendones (y del tejido conjuntivo de los animales enlace covalente con los aminoácidos terminales o con en genera l) (f ig. 5.1), la queratina de pelos y uñas, la la cisteína. fibroína de la seda, etc. En la f igura 5.2 se cita otro grupo prostético de inte- rés, el grupo hemo, presente en la mioglobina y en la hemoglobina, que son proteínas transportadoras de oxí- geno. La estructura de dicho grupo se representa en la figura 4.1; el átomo de hierro presente en medio del com- puesto cíclico es el principa l responsable de su capacidad de adsorber las moléculas de oxígeno. HC - CH Pirro! I/ '~ HC~ / NH 1 N H HC ~~ CH 1\ estrellado Fig. 5.1. Imagen microscópica de rejido conjuntivo fibroso A N ~ con abundantes fibras de colágeno. Porfirina NH@ HN J Proteínas de reserva, que constituyen un almacén de ~ ~ aminoácidos que el organismo utilizará en el crecimien- N HC _¿? " - eH to o reparación de sus estructuras y en su desarrollo. Ejemplos: las albúminas de las semillas, de la leche y de ~ los huevos..... Proteínas activas, que desempeñan múltiples funciones. ~tg. 4.1. Estructura química simplificada del grupo hemo. Todas tienen en común que para desempeñar su función Los dobles enlaces conjugados y la presencia del á romo de hie- han de interaccionar específicamente con otra sustancia rro explican el color rojo de las proreínas que contienen este llamada ligando. A su vez podemos subdividir esta clase grupo. de proteínas en las siguientes subclases:  -Enzimas, se unen a un ligando, que se denomina sus- PROPIEDADES DE INTERÉS DE LAS trato, y catalizan su transformación química en otra PROTE(NAS sustancia diferente. -Proteínas reguladoras, interaccionan con el ligando y De la estructura de las proteínas se derivan propieda- ponen en marcha determinados procesos celulares. des de interés que hacen posible muchas de las funciones Por ejemplo, los receptores hormonales, al unirse a que desempeñan estas biomoléculas en los organismos. una hormona (el ligando) desencadenan un proceso o Entre ellas destacamos cuatro: especificidad, solubilidad, conjunto de reacciones en la célula. Algunas hormo- comportamiento ácido-base y desnaturalización. nas, además, son proteínas: insulina, hormona del cre- cimiento y parathormona. Especificidad - Proteínas transportadoras, se unen reversiblemente a Ya citamos esta propiedad al hablar de la estructura un ligando y lo transportan de un lugar a otro del primaria, como consecuencia del elevado número de posi- organismo. Ejemplos: la hemoglobina y la mioglobina bilidades de combinación de los veinte aminoácidos pro- (fig. 5.2), citadas como proteínas conjugadas transpor- teicos en molécu las de decenas y centenas de miles de tadoras de oxígeno, la primera en la sangre y la segun- aminoácidos. da en el interior de la célula muscular. Además, la secuencia de am inoácidos determina las posibles estructuras secundarias, terciarias y cuaternarias que la proteína puede adquirir, y éstas, a su vez, determi- nan la función de la proteína. El dtsco representa el Hay dos tipos de proteínas cuyas funciones requieren grupo prostético hemo. especialmente la capacidad de las proteínas para presen- tar una secuencia específica de aminoácidos: Las enzimas, pues existe una enzima diferente para cada sustrato (ligando al que se une la enzima) y para cada reacción química que puede experimentar dicho sustrato. De esta especificidad depende en gran... medida la elevada eficiencia de las enzimas como Estructura terciaria catalizadores. de la mioglobina. Las proteínas inmunes (inmunoglobulinas), pues cada antígeno provoca en las células in munitarias la elabo- ración de una proteína que interaccionará específica- - Proteínas contráctiles, al unirse al ligando, experimen- mente con las moléculas de dicho antígeno; cada tan un cambio de conformación que t 1ene como con- nuevo antígeno reconocido por el organismo, gene- secuencia el acortamiento o alargamiento del órgano ra una nueva proteína inmune (un anticuerpo). u orgánulo en que se encuentren. Un ejemplo es la miosina de las fibras musculares. - Proteínas inmunes o inmunoglobulinas, se unen espe- cíficamente e irreversiblemente a un ligando que es una sustancia tóxica o una célula o fragmento celular; como consecuencia de dicha unión, el agente tóxico (antígeno) queda bloqueado y no puede ejercer su acción. a) Enumera las diferentes acciones que puede experimentar un ligando como consecuencia de su unión a una proteína activa.... b) Haz una clasificación de proteínas activas según que la 1 " 1 Imagen de la estructura de una inmunoglobulina unión con el ligando sea reversible o irreversible. obtenida por rayos X.  Comportamiento ácido- base Cada proteína presentará, igua l que los aminoacl - dos, una curva de comportamiento ácido-base similar a Los grupos car boxil o y ami no unid os al carbono a de la señalada en la figura 1.4 para un aminoác ido, y pre- los aminoácidos comp o nentes de una proteína están sentará un punto isoeléctrico o valor de pH para el que neutralizados formando los enlaces peptídicos, a excep- la carga neta de la proteína es nula. ción de los extremos N-terminal y (-terminal, y por tanto pod emos dec ir que no influyen en las propieda- La carga eléctrica de las proteínas es aprovechada en des ácido-base de las proteínas. técnicas de separac ión de mezclas de diversas prote ínas. En la figura 1.2 observamos que hay aminoácidos cuya cadena lateral es ionizable y con cará cter ácido Solubilidad de las proteínas (ácido glutámico y ácido aspártico) o con carácter bási- Las proteínas son más solubles en agua si presentan co (li sina, arginina e hi stidina). Po r eso, igual que se dijo más aminoácidos polares que am inoácidos apelares, en el apartado 2 del tema que los aminoácid os tendrí- pues en este segundo caso, las cadenas latera les inte r- an una determinada carga eléctrica neta en función del accionarían entre ellas con más fuerza que co n el agua pH del medio, también las proteínas presentarán una circundante. carg a eléctrica neta diferente según el pH del medio y La mayor parte de las proteínas estructurales fi br ila- los amin oácid os com ponentes. res son insolubles en agua. La mayor parte de las prote- ínas globulares son solubles porque colocan las cadenas hidrófilas en la periferia de la molécula, concentrando PUNTO ISOELÉCTRICO DE ALGUNAS PROTEÍNAS los grupos apelares en el interior (fig. 6.2). Proteína Punto isoeléctrico La solubilidad de las proteínas viene afectada po r el pH del medio, pues de éste depende el número de car- Pepsina