TEMA 4 Proteínas
Bioq. Juan Pablo Rodríguez
1. Las
proteínas son las moléculas orgánicas más abundantes en las células, constituyendo el 50% o más de su peso seco. 2. Se encuentran en todas las partes celulares, ya que son fundamentales en aspectos estructurales y funcionales. 3. Existen muchas clases de proteínas diferentes, cada una de ellas especializada en una función biológica diferente.
Desempeñan gran diversidad de funciones: 1. Elementos estructurales 2. Catalizadores 3. Reserva de elementos nutritivos 4. Vehículos de transporte 5. Hormonas 6. Elementos de protección 7. Antígenos celulares
Son polímeros no ramificados formados por La -aminoácidos unidos covalentemente. Para ser considerados proteína, la cadena debe tener más de cincuenta aminoácidos. Si consideramos como peso promedio de un aminoácido 120 Da, desde el punto de vista de la masa molecular, la masa mínima de una proteína debe ser de 6000 Da aproximadamente.
Las proteínas simples son aquellas que por hidrólisis producen solamente aminoácidos, sin ningún otro producto principal, orgánico o inorgánico. Las proteínas conjugadas son aquellas que por hidrólisis producen no solamente aminoácidos, sino también otros componentes orgánicos e inorgánicos.
◦ La porción no aminoácido de una proteína conjugada se denomina grupo prostético. ◦ Las proteínas conjugadas pueden clasificarse de acuerdo con la naturaleza química de sus grupos protéticos.
Clase
Grupo prostético
% aproximado en peso
RNA RNA
50 – 60 5
Lipoproteínas 1-lipoproteínas del plasma
Fosfolípidos, colesterol, lípidos neutros
79
Glucoproteínas -globulinas Orosomucoide del plasma
Hexosamina, galactosa, manosa, ácido siálico N-acetil-galactosamina, ácido N-acetilneuramínico
2 40
Fosfato esterificado a restos de serina
4
Ferroprotoporfirina Ferroprotoporfirina Ferroprotoporfirina
4 4 3.1
Flavin-nucleótido Flavin-nucleótido
2 2
Fe(OH)3 Fe y Cu Zn Mo y Fe
23 0.3 0.3 0.4
Sistemas nucleoproteínicos Ribosomas Virus mosaico del tabaco
Fosfoproteínas Caseína (leche) Hemoproteínas Hemoglobina Citocromo c Catalasa Flavoproteínas Succinato-deshidrogenasa D-aminoácido-oxidasa Metalproteínas Ferritina Citocromo-oxidasa Alcohol-deshidrogenasa Xantinoxidasa
Cada tipo de molécula proteica posee en su estado nativo una forma tridimensional característica que es conocida como su conformación. Las proteínas pueden clasificarse en dos clases principales:
Las proteínas fibrosas se hallan constituidas por cadenas polipeptídicas ordenadas de modo paralelo a lo largo de un eje, formando fibras o láminas largas.
Las proteínas globulares : constituidas por cadenas polipeptídicas plegadas estrechamente de modo que adoptan formas esféricas o globulares compactas ◦ La mayor parte de las proteínas globulares son solubles en los sistemas acuosos. ◦ Generalmente desempeñan una función móvil o dinámica dentro de la célula. ◦ Ejemplos: enzimas, anticuerpos, hormonas globulinas de transporte, hemoglobina
Proteínas estructurales Proteínas de reserva Enzimas Globulinas de transporte Proteínas contráctiles Proteínas de defensa Hormonas Toxinas Antígenos
Tipos y ejemplos Enzimas Hexoquinasa Lactato-deshidrogenasa Citocromo c DNA-polimerasa
Localización o función Fosforila glucosa Deshidrogena lactato Transfiere electrones Replica y repara DNA
Proteínas de reserva Ovoalbúmina Caseína Ferritina Gliadina Ceína
Proteína de la clara del huevo Proteína de la leche Reserva de hierro en el bazo Proteína de la semilla de trigo Proteína de la semilla de maíz
Proteínas transportadoras Hemoglobina Hemocianina Mioglobina Seroalbúmina 1-lipoproteína Globulina que liga hierro Ceruloplasmina
Transporta O2 en la sangre de los vertebrados Transporta O2 en la sangre de algunos invertebrados Transporta O2 en el músculo Transporta ácidos grasos en la sangre Transporta lípidos en la sangre Transporta hierro en la sangre Transporta cobre en la sangre
Proteínas contráctiles Miosina Actina Dineína
Filamentos estacionarios en las miofibrillas Filamentos móviles en las miofibrillas Cilios y flagelos
Proteínas protectoras en la sangre de vertebrados Anticuerpos Complemento Fibrinógeno Trombina
Forman complejos con proteínas extrañas Complejos con algunos sistemas antígeno-anticuerpo Precursor de la fibrina en la coagulación sanguínea Componente del mecanismo de coagulación
Toxinas Toxina de Clostridium botulinum Toxina diftérica Venenos de serpientes Ricina Gosipina
Origina envenenamiento bacteriano de los alimentos Toxina bacteriana Enzimas que hidrolizan los fosfoglicéridos Proteína tóxica de la semilla del ricino Proteína tóxica de la semilla del algodón
Hormonas Insulina Hormona adrenocorticotrópica Hormona del crecimiento
Regula el metabolismo de la glucosa Regula la síntesis de corticosteroides Estimula el crecimiento de los huesos
Proteínas estructurales Proteínas recubrimiento viral Glucoproteínas a-queratina Esclerotina Fibroína Colágeno Elastina Mucoproteínas
Cubierta alrededor del cromosoma Recubrimientos celulares y paredes Piel, plumas, uñas, pezuñas Exoesqueletos de los insectos Seda de los capullos, telarañas Tejido conectivo fibroso (tendones, hueso, cartílago) Tejido conectivo elástico (ligamentos) Secreciones mucosas, fluido sinovial
Estructura primaria se refiere al esqueleto covalente
de la cadena polipeptídica, y establece en modo específico la secuencia de sus restos aminoácidos. Estructura secundaria se refiere a la ordenación regular y periódica en el espacio de las cadenas polipeptídicas a lo largo de una dirección. Estructura terciaria se refiere al modo en que la cadena polipeptídica se pliega para formar la estructura estrechamente plegada y compacta de las proteínas globulares. Estructura cuaternaria considera cómo se disponen en el espacio las cadenas individuales polipeptídicas de una proteína que posee más de una cadena.
El término más general de conformación , se emplea para referirse a la estructura combinada secundaria, terciaria y cuaternaria de una proteína.
La cadena polipeptídica se enrolla sobre un eje central, como si estuviese envolviendo un cilindro. Una vuelta completa de la hélice cubre una distancia de 0,54 nm a lo largo del eje y requiere 3,6 restos aminoacídicos. El giro se hace en el sentido de las agujas del reloj y por ello se dice que la hélice es dextrógira o derecha. Este tipo de estructura secundaria se mantiene por uniones puente de hidrógeno. En la cadena polipeptídica, el hidrógeno unido al nitrógeno de un resto amino es atraído por el oxígeno de un grupo carbonilo.
La cadena polipeptídica se encuentra más extendida que en la hélice a Cuando dos o más cadenas así extendidas se aparean, pueden establecerse entre ellas puentes de hidrógeno entre grupos =NH de una con grupos =CO de otra. Forman así estructuras laminares que presentan un plegamiento en zigzag. Las cadenas apareadas tienen el mismo sentido (N–terminal C–terminal), se las llama paralelas ; si marchan en direcciones opuestas, son antiparalelas .
La disposición tridimensional finalmente adoptada por la proteína no es fortuita. Se da gracias interacciones de las cadenas laterales de residuos aminoacídicos del polipéptido. ◦ En las proteínas fibrosas basta la estructura secundaria para explicar su conformación. Toda la molécula puede disponerse en hélice, o en lámina plegada ◦ En las proteínas globulares , en cambio, si bien pueden existir porciones de la cadena que adoptan estructuras en hélice a o en lamina , son necesarios segmentos dispuestos al azar entre las zonas estructuradas para permitir las acodaduras y plegamientos indispensables a fin de alcanzar conformación esferoidal.
Proteínas oligoméricas , en las cuales cada una de las cadenas representa una subunidad. Ej: miosina está
formada por dos subunidades, la hemoglobina por cuatro, etc. Se refiere a la disposición espacial de las subunidades polipeptídicas constituyentes de esas moléculas complejas. Las fuerzas responsables de mantener en posición a las diferentes subunidades son puentes de hidrógeno, atracciones electrostáticas, interacciones hidrofóbicas, puentes disulfuro entre cisternas, etc.
Ribonucleasa Calmodulina
Quertinas
Hemoglobina
Mioglobina
Las proteínas en disolución muestran cambios profundos de su solubilidad, en función de: 1) el pH 2) la fuerza iónica 3) las propiedades dieléctricas del disolvente 4) la temperatura. Estas variables que son reflejo del hecho de que las proteínas son electrolitos de peso molecular muy grande, pueden utilizarse para separar mezclas de proteínas, ya que cada proteína posee una composición en aminoácidos característica, la cual determina su comportamiento como electrolito.
El pH al que una proteína muestra un mínimo de solubilidad es su pH isoeléctrico, definido como aquel valor de pH al que la molécula no posee carga eléctrica y es incapaz de desplazarse en un campo eléctrico. En estas condiciones no existe repulsión electrostática entre moléculas de proteínas vecinas y tienden a y precipitar. Cuando los valores de pH están por encima o por debajo del punto isoeléctrico, todas las moléculas de proteína poseen una carga eléctrica neta del mismo signo, se repelen mutuamente, impidiendo a las moléculas sencillas formar agregados insolubles.
A baja concentración, las sales incrementan la solubilidad de muchas proteínas, fenómeno que recibe el nombre de solubilización por salado. Las sales de los iones divalentes tales como el MgCl2 y el (NH4)2SO4, son mucho más eficaces en la solubilización de las proteínas que las sales de iones monovalentes tales como el NaCl, el NH4Cl y el KCl. A medida que la fuerza iónica aumenta, la solubilidad de una proteína comienza a disminuir. A una fuerza iónica suficientemente elevada, una proteína puede ser casi completamente precipitada de su disolución, efecto llamado insolubilización por salado. Las proteínas precipitadas por salado retienen su conformación nativa y pueden disolverse de nuevo, normalmente sin experimentar desnaturalización.
Dentro de una fluctuación limitada entre los 0 y los 40°C aproximadamente, la mayor parte de la solubilidad de las proteínas globulares aumenta al aumentar la temperatura. Por encima de los 40 y los 50°C, la mayor parte de las proteínas aumentan en inestabilidad y comienzan a desnaturalizarse, generalmente con pérdida de solubilidad en la zona neutra de pH.
