Las protenas 1 Concepto de protenas La palabra

Las proteínas 1

Concepto de proteínas • La palabra proteína viene del griego protos que significa "lo más antiguo, lo primero”. • Las proteínas son biopolímeros (macromoléculas orgánicas) de elevado peso molecular; compuestos químicos muy complejos que se encuentran en todas las células vivas. • Hay ciertos elementos químicos que todas ellas poseen, pero los diversos tipos de proteínas los contienen en diferentes cantidades. • Están constituidas básicamente por carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N); aunque pueden contener también azufre (S) y fósforo (P) y, en menor proporción, hierro (Fe), cobre (Cu), magnesio (Mg), yodo (Y). 2

• • • Las proteínas son las moléculas orgánicas más abundantes en las células; constituyen alrededor del 50% de su peso seco o más en algunos casos. Una bacteria puede tener cerca de 1000 proteínas diferentes, pero en una célula humana puede haber 10. 000 clases de proteínas distintas. Químicamente, las proteínas están formadas por la unión de muchas moléculas relativamente sencillas y no hidrolizables, denominadas Aminoácidos (Aa). Los aminoácidos se unen entre sí originando péptidos. Según su tamaño molecular, pueden ser oligopéptidos, formados por no más de 10 Aa y polipéptidos, constituidos por más de 10 Aa. Cuando el número de Aa supera los 50 y el polipéptido tiene una estructura tridimensional específica, entonces se habla propiamente de proteínas. 3

Clasificación de las proteínas Proteínas fibrilares Holoproteínas Proteínas globulares Cromo proteínas Glucoproteínas PROTEÍNAS Heteroproteínas Lipoproteínas Nucleoproteínas Fosfoproteínas 4

Aminoácidos: Unidades estructurales de las Proteínas Los aminoácidos son compuestos orgánicos de bajo peso molecular. Están compuestos siempre de C, H, O y N y además pueden presentar otros elementos. Se caracterizan por poseer un grupo carboxilo (—COOH) y un grupo amino (—NH 2) que se unen al mismo carbono (carbono α). Las otras dos valencias del carbono se saturan con un átomo de H y con un grupo variable denominado radical R. Este radical es el que determina las propiedades químicas y biológicas de cada aminoácido. Según éste se distinguen 20 tipos de aminoácidos. 5

Estructura de los aminoácidos En un aminoácido, un carbono central (ɑ) se une a: • Un grupo amino –NH 2 • Un grupo carboxilo –COOH • Un hidrógeno • Un cadena lateral R que difiere en los 20 aminoácidos existentes. H Monómero AMINOÁCIDO H 2 N C COOH CH 3 6

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Propiedades de los aminoácidos 1. Los aminoácidos son compuestos sólidos. 2. compuestos cristalinos 3. Presentan un elevado punto de fusión. 4. Son solubles en agua. 5. Tienen actividad óptica 6. Presentan un comportamiento químico anfótero. Esto se debe a que a p. H=7 presentan una ionización dipolar, llamada zwitterion, que permanece en equilibrio con la forma no iónica. Este estado varía con el p. H. A p. H alcalino, el grupo carboxilo está ionizado (-COO-) y el grupo amino no. A p. H ácido, el grupo amino está ionizado (NH 3+) y el grupo carboxilo no. 8

Comportamiento químico: propiedades ácido-básicas En disolución acuosa, los aminoácidos muestran un comportamiento anfótero, es decir, pueden ionizarse, dependiendo del p. H, como un ácido (los grupos -COOH liberan protones, quedando como -COO- ), como una base (los grupos -NH 2 captan protones, quedando como NH 3+) o como un ácido y una base a la vez. En el último caso los aminoácidos se ionizan doblemente, apareciendo una forma dipolar iónica llamada zwitterion. 9

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La forma dipolar, en un medio ácido, capta protones y se comporta como una base y en un medio básico libera protones y se comporta como un ácido. El p. H en el cual el aminoácido tiende a adoptar una forma dipolar neutra, con tantas cargas positivas como negativas, se denomina punto isoeléctrico. El carácter anfótero de los aminoácidos permite la regulación del p. H, ya que se comporta como un ácido o como una base según le convenga al organismo. 11

El punto isoeléctrico es el valor de p. H al que el aminoácido presenta una carga neta igual al cero 12

Estereoisomería de los aminoácidos Debido a la presencia del carbono asimétrico, los aminoácidos pueden presentar dos configuraciones espaciales. Un aminoácido tendrá una configuración D si al disponerlo en el espacio, de forma que el grupo carboxilo quede arriba, el grupo —NH 2 queda situado a la derecha, mientras que, si se encuentra a la izquierda, poseerá una configuración L. La disposición L o D es independiente de la actividad óptica. Por ello, un Laminoácido podrá ser levógiro o dextrógiro, e igual ocurrirá con la configuración D. En la naturaleza, la forma L es la más abundante, y todas las proteínas están formadas por aminoácidos L 13

La racemización de aminoacidoses un método de datación química que consiste en la conversión de un compuesto L-aminoácido a un D-aminoácido o viceversa y permite datar muestras orgánicas hasta el Paleolítico Medio. La racemización, como toda reacción química , se basa en la ecuación de Arrhenius. Esta ecuación, indica que la velocidad de la reacción química se acelerará cuanto más alta sea la temperatura; es decir, que contra más se enfríe el aminoácido, más lenta será la reacción y viceversa. Otro de los efectos que puede acelerar o aminorar la reacción de transformación puede ser el p. H. Por tanto, la racemización depende de la temperatura y p. H, por lo que puede provocar errores en la datación de restos 14

Actividad óptica de los aminoácidos Todos los aminoácidos, salvo la glicocola o glicina, presentan el carbono α asimétrico, ya que está enlazado a cuatro radicales diferentes: un grupo amino, un grupo carboxilo. un radical R y un hidrógeno. Debido a esta característica, los aminoácidos presentan 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 (—). 15

Puentes de Hidrógeno entre aminoácidos 16

Clasificación de aminoácidos Hidrófobos Según la polaridad del radical Hidrófilos Ácidos Básicos Aminoácidos Ácidos Según la estructura del radical Alifáticos Básicos Aromáticos Neutros Heterocíclicos 17

AMINOÁCIDOS: CLASIFICACIÓN Aminoácidos neutros: La cadena lateral no posee carboxilo ni amino. Se subdividen en: Aminoácidos neutros apolares: la cadena lateral sólo contiene enlaces covalente apolares y son hidrofóbicos e insolubles en agua. Aminoácidos neutros polares: la cadena lateral posee grupos hidrófilos que le permiten formar puentes de hidrógeno por lo que, aunque no tiene carga eléctrica neta, son muy solubles en agua Aminoácidos: Presentan un grupo carboxilo en la cadena lateral y poseen carga eléctrica negativa Aminoácidos básicos: Contienen un grupo amino en la cadena lateral y poseen carga positiva.

Clasificación de aminoácidos 1. Aminoácidos alifáticos. Son los aminoácidos en los que el radical R es una cadena hidrocarbonada abierta, que puede tener, además, grupos —COOH y —NH 2. Los aminoácidos alifáticos se clasifican en neutros, ácidos y básicos. 1. Neutros. Si el radical R no posee grupos carboxilo ni amino. 2. Ácidos. Si el radical R presenta grupos carboxilo, pero no amino. 3. Básicos. Si el radical R tiene grupos amino, pero no grupos carboxilo 2. Aminoácidos aromáticos. Son aquellos cuyo radical R es una cadena cerrada, generalmente relacionada con el benceno. 3. Aminoácidos heterocíclicos. Aquellos cuyo radical R es una cadena cerrada, generalmente compleja y con algunos átomos distintos del carbono y del hidrógeno. 19

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Clasificación de aminoácidos Existe otra clasificación basada en función de la carga del radical R 1. Aminoácidos con R no polar, hidrófobo 2. Aminoácidos con R polar sin carga, hidrófilos y por tanto más solubles que los anteriores. 3. Aminoácidos. Presentan carboxilos en el radical R, que normalmente está ionizado. 4. Aminoácidos básicos. Presentan un radical R que se carga positivamente a p. H neutro. De los 20 aminoácidos proteicos (hay otros 150 que no forman parte de las proteínas), hay 8 que son esenciales para la especie humana y que deben ser incorporados en la dieta. Sólo los vegetales y las bacterias pueden sintetizarlos, aunque todos los seres vivos los necesitan para fabricar sus proteínas. 23

Aminoácidos Esenciales • • Son aquellos que los organismos heterótrofos deben tomar de su dieta ya que no pueden sintetizarlos en su cuerpo (los autótrofos pueden sintetizarlos todos) Las rutas metabólicas para su obtención suelen ser largas y energéticamente costosas, por lo que los vertebrados las han ido perdiendo a lo largo de la evolución (resulta menos costoso obtenerlos en los alimentos). • EN ADULTOS: 8 – – – – Fenilalanina Isoleucina Lisina Metionina Treonina Triptófano Valina • EN NIÑOS los anteriores y: – Arginina – Histidina

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Unión de los aminoácidos. ü Los enlaces químicos entre aminoácidos se denominan enlaces peptídicos y a las cadenas formadas, péptidos. ü Si el número de aminoácidos que forma un péptido es dos, se denomina dipéptido, si es tres, tripéptido. etc. ü Si es inferior a 50 (10 según que textos) se habla de oligopéptido, y si es superior a 50 se denomina polipéptido. ü Sólo cuando un polipéptido se halla constituido por más de cincuenta moléculas de aminoácidos o si el valor de su peso molecular excede de 5 000 se habla de proteína. 26

Unión Peptídica entre Aminoácidos Unión Peptídica H O O H = N N CC OH H = H H N C H R H + H 2 O C C = O OH R CONDENSACIÓN Los aminoácidos se unen entre sí mediante uniones peptídicas para formar cadenas lineales no ramificadas. 27

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Enlace peptídico 1. En un enlace peptídico, los átomos del grupo carboxilo y del grupo amino se sitúan en un mismo plano, con distancias y ángulos fijos. 2. Los grupos de aminoácidos unidos por este enlace se denominan residuos para resaltar la pérdida de una molécula de agua en cada enlace. 3. El amino libre de un extremo y el carboxilo libre del otro extremo de la cadena reciben el nombre de N-terminal y C-terminal respectivamente. Por convenio, los aminoácidos se numeran desde el N-terminal. 29

Enlace peptídico 4. El enlace peptídico tiene un comportamiento similar al de un enlace doble, es decir, presenta una cierta rigidez que inmoviliza en un plano los átomos que lo forman. 5. Además es un enlace más corto que otros enlaces C-N. Esto le impide girar libremente, los únicos enlaces que pueden girar son los Cα-C y los Cα-N que no corresponden al enlace peptídico. 30

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Péptidos y oligopéptidos de interés biológico Existen algunos péptidos cortos con función biológica. Entre ellos podemos citar: • El tripéptido glutatión (que transportador de hidrógeno reacciones metabólicas). • Los nanopéptidos oxitocina y vasopresina (con actividad hormonal), la insulina y el glucagón que regulan la concentración de glucosa en sangre. • Los decapéptidos tirocidina, valinomicina (antibióticos). actúa como en algunas gramicidina y 32

Estructura de una Proteína? 33

Estructura de las proteínas La organización de una proteína viene definida por cuatro niveles estructurales ( o cuatro niveles de organización) denominados: 1. 2. 3. 4. ESTRUCTURA PRIMARIA ESTRUCTURA SECUNDARIA ESTRUCTURA TERCIARIA ESTRUCTURA CUATERNARIA Cada una de estas estructuras informa de la disposición de la anterior en el espacio. 34

Estructura primaria La estructura primaria es la secuencia de aminoácidos de la proteína. Nos indica qué aminoácidos componen la cadena polipeptídica y el orden en que dichos aminoácidos se encuentran. La secuencia de una proteína se escribe enumerando los aminoácidos desde el extremo N-terminal hasta el C-terminal. 35

Estructura primaria La función de una proteína depende de su secuencia de aminoácidos y de la forma que ésta adopte. El cambio de un solo aa de la secuencia de la proteína puede tener efectos muy importantes, como el cambio de un solo aa en la hemoglobina humana que provoca la anemia falciforme. 36

Estructura primaria Serina Glicina Tirosina Alanina Leucina 37

Estructura primaria 38

Estructura secundaria La estructura secundaria es la disposición de la secuencia de aminoácidos o estructura primaria en el espacio. Los aminoácidos, a medida que van siendo enlazados durante la síntesis de las proteínas, y gracias a la capacidad de giro de sus enlaces, adquieren una disposición espacial estable, la estructura secundaria. Son conocidos tres tipos de estructura secundaria: la α-hélice, la hélice de colágeno y la conformación β o lámina plegada β. La estructura secundaria de la cadena polipeptídica depende de los aminoácidos que la forman. 39

Estructura secundaria • Las interacciones no covalentes entre los restos laterales de los aminoácidos dan origen a la estructura secundaria. • Esta conformación viene dada por puentes de hidrógeno intercatenarios. • La estructura secundaria puede ser: – Conformación ɑ (Hélice) – Conformación β (Hoja plegada) • Si bien las conformaciones anteriores son las más usuales, existen Conformación β otras menos frecuentes. • Existen sectores de los polipéptidos cuya estructura no está bien Conformación ɑ definida: los enroscamientos aleatorios o “ad-random”. 40

α-hélice • Estructura en forma de bastón. • Los restos laterales de los aminoácidos se ubican de forma perpendicular al eje de la hélice. • Los enlaces puente de hidrógeno se establecen entre el hidrógeno unido al nitrógeno y el oxígeno del primitivp carboxilo. 41

α-hélice § La estructura secundaria en α-hélice se forma al enrollarse helicoidalmente sobre sí misma la estructura primaria. § Esto se debe a la formación espontánea de enlaces de hidrógeno entre el —CO— de un aminoácido y el —NH— del cuarto aminoácido que le sigue. § En la α-hélice, los oxígenos de todos los grupos —CO— quedan orientados en el mismo sentido, y los hidrógenos de todos los grupos — NH— quedan orientados justo en el sentido contrario. § La α-hélice presenta 3, 6 aminoácidos por vuelta y la rotación es hacia la derecha. 42

Hélice de colágeno • El colágeno posee una disposición en hélice especial, mas alargada que la α-hélice, debido a la abundancia de prolina e hidroxiprolina. • Estos aa poseen una estructura que dificulta la formación de enlaces de hidrógeno, por lo que se forma una hélice más extendida, con sólo tres aminoácidos por vuelta. 43

Hélice de colágeno • Su estabilidad viene dada por la asociación de tres hélices empaquetadas, para formar la triple hélice o superhélice que es la responsable de la gran fuerza de tensión del colágeno. • Las tres hélices se unen mediante enlaces covalentes y enlaces débiles de tipo puente de hidrógeno. Las maromas y cables se construyen de forma semejante a esta triple hélice. • Hay algunas alteraciones del colágeno que provocan síndromes como el de el hombre de goma o el síndrome de Marfán que padecía Paganini y que explicaba sus dedos largos e hiperextensibles 44

Hélice de colágeno 45

Conformación-β • Son estructuras flexibles que no se pueden estirar. • Los restos laterales se ubican hacia arriba y hacia abajo del plano de las hojas. 46

Conformación-β • Los aminoácidos forman una cadena en forma de zigzag. • No existen enlaces de hidrógeno entre los aminoácidos próximos de la cadena polipeptídica. Si que existen enlaces de hidrógeno intercatenarios, en los que participan todos los enlaces peptídicos, dando una gran estabilidad a la estructura. • Las dos cadenas se pueden unir de dos formas distintas; paralela y antiparalela. Esta última es un poco mas compacta y aparece con mayor frecuencia en las proteínas. • Si la cadena conformación β se repliega sobre si misma, se pueden establecer puentes de hidrógeno entre segmentos, antes distantes, que ahora han quedado próximos. Esto da lugar a una lámina en zigzag muy estable denominada β-lámina plegada. Esta estructura también se puede formar entre dos o mas cadenas polipeptídicas diferentes. 47

Conformación-β ANTIPARALELA 48

Conformación-β • • Muchas proteínas globulares presentan segmentos conformación β alternados con segmentos de estructura en α-hélice. En general, las proteínas que se quedan en la estructura secundaria, dan lugar a proteínas filamentosas alargadas. Son insolubles en agua y soluciones salinas y realizan funciones esqueléticas. Las más conocidas son la α-queratina del pelo, plumas, uñas, cuernos, etc, la fibroína del hilo de seda y de las telarañas, y la elastina del tejido conjuntivo, que forma una red deformable por la tensión. 49

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Conformación-β Características de la Hoja plegada (beta-lamina): • Los grupos C=O y N-H de los enlaces peptídicos de cadenas adyacentes (o de segmentos adyacentes de una misma cadena) están en el mismo plano apuntando uno hacia el otro, de tal forma que se hace posible el enlace de hidrogeno entre ellos. • Los puentes de hidrogeno son mas o menos perpendiculares al eje principal de la estructura en hoja plegada. • Todos los grupos R en cada una de las cadenas alternan, primero arriba del eje de la lamina, después abajo del mismo, y así sucesivamente. 51

Giros β Secuencias de la cadena polipeptídica con estructura α o β a menudo están conectadas entre sí por medio de los llamados giros β. Son secuencias cortas, con una conformación característica que impone un brusco giro de 180 o a la cadena principal de un polipéptido. AA como Asn, Gly y Pro (que se acomodan mal en estructuras de tipo α o β) aparecen con frecuencia en este tipo de estructura. La conformación de los giros b está estabilizada generalmente por medio de un puente de hidrógeno entre los residuos 1 y 4 del giro β Sirven para que la proteína adopte estructuras más compactas 52

Estructura terciaria • La conformación terciaria de una proteína globular es la conformación tridimensional del polipéptido plegado. • Las interacciones que intervienen en el plegamiento de la estructura secundaria son: • Interacciones hidrofóbicas entre restos laterales no polares. • Uniones de Van der Waals. • Puentes de Hidrógeno. • Interacciones salinas. • Puentes Disulfuro. • Las funciones de las proteínas dependen del plegamiento particular que adopten. • Esta estructura está altamente influenciada por la estructura primaria. 53

Estructura terciaria • Es disposición espacial de la estructura secundaria de un polipéptido al plegarse sobre sí misma originando una conformación globular. • La conformación globular en las proteínas facilita su solubilidad en agua y en disoluciones salinas. Esto les permite realizar funciones de transporte, enzimáticas, hormonales, etc • Las conformaciones globulares se mantienen estables por la existencia de enlaces entre los radicales R de los aminoácidos. Lámina β Hélice α 54

Residuos hidrofóbicos Residuos polares 55

Enlaces de hidrógeno en estructura terciaria Aceptores Donadores

Enlaces salinos o iónicos en estructura terciaria

Enlaces covalentes en estructura terciaria: disulfuro S S

Enlaces covalentes en estructura terciaria: amida

Interacciones que intervienen en el plegamiento de la estructura terciaria 60

• En los tramos rectos, la cadena polipeptídica posee estructura secundaria de tipo α-hélice o β-lámina • En los codos o giros presenta secuencias sin estructura precisa. • Existen combinaciones estables, compactas y de aspecto globular de αhélice y conformación-β que aparecen repetidamente en proteínas distintas. • Reciben el nombre de dominios estructurales y cada dominio se pliega y se desnaturaliza casi independientemente de los demás. • Evolutivamente, se considera que los dominios estructurales han servido como unidades modulares para constituir diferentes tipos de proteínas globulares. • Los distintos dominios suelen estar unidos por zonas estrechas o «cuellos» , lo que posibilita un cierto movimiento rotacional. Así, al separarse dos dominios, permiten la introducción de la molécula de sustrato y, al acercarse, la fijan para actuar sobre ella. 61

Funciones de los Dominios: A menudo un dominio realiza una función especifica y separada para la proteína: - Enlaza a un pequeño ligando - “Atravesar” la membrana plasmática - Contiene el sitio catalítico (enzimas) - Enlazar al DNA (en factores de transcripción) - Provee una superficie para enlazarse específicamente a otra proteína. 62

Estructura cuaternaria 1. La estructura cuaternaria es la unión mediante enlaces débiles (no covalentes) de varias cadenas polipeptídicas con estructura terciana, idénticas o no, para formar un complejo proteico. 2. Cada una de estas cadenas polipeptídicas recibe el nombre de protómero (subunidad o monómero) 3. Según el número de protómeros que se asocian. las proteínas que tienen estructura cuaternaria se denominan: • Dímeros, como la hexoquinasa. • tetrámero como la hemoglobina. • Pentámeros, como la ARN-polimerasa. • Polímeros, cuando en su composición intervienen gran número de protómeros. (cápsida del virus de la poliomielitis, que consta de 60 subunidades proteicas, los filamentos de actina y miosina de las células musculares, etc). 63

Estructura cuaternaria • Las interacciones que estabilizan esta estructura son en general uniones débiles: • • • Interacciones hidrofóbicas. Puentes de hidrógeno. Interacciones salinas. Fuerza de Van der Waals. En algunas ocasiones puede haber enlaces fuertes tipo puentes disulfuro, en el caso de las inmunoglobulinas. 64

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El uso de subunidades menores para construir grandes estructuras presenta varias ventajas: • Reduce la cantidad de información genética necesaria. • El ensamblaje y la disgregación se controlan fácilmente, ya que las subunidades se asocian por enlaces débiles. • Los mecanismos de corrección pueden excluir durante el ensamblaje las subunidades defectuosas, con lo que disminuyen los errores en la síntesis de la estructura. Se pueden distinguir dentro de las estructuras cuaternarias dos tipos: • Homotípicas: Las cadenas polipeptídicas son idénticas o casi idénticas. • Heterotípicas: Las subunidades poseen estructuras muy diferentes. 66

En resumen, la estructura de una proteína. Primaria Secundaria Terciaria Cuaternaria Combinación ilimitada de aminoácidos. Hélice Globular Subunidades iguales Hoja Plegada Fibrosa Subunidades distintas Unión Peptídica Puente de Hidrógeno, Interacciones hidrofóbicas, salinas, electrostáticas. Secuencia Conformación Fuerzas diversas no covalentes. Asociación 67

PROPIEDADES DE LAS PROTEINAS Las propiedades de las proteínas dependen sobre todo de los radicales R libres y de que éstos sobresalgan de la molécula y, por tanto, tengan la posibilidad de reaccionar con otras moléculas. El conjunto de aminoácidos de una proteína cuyos radicales poseen la capacidad de unirse a otras moléculas y de reaccionar con éstas se denomina centro activo de la proteína. 68

Propiedades de las proteínas Solubilidad Desnaturalización y renaturalización De función Especificidad Capacidad amortiguadora De especie 69

Solubilidad q Las proteínas globulares poseen un elevado tamaño molecular, por lo que al disolverse, dan lugar a disoluciones coloidales. q La solubilidad de estas moléculas se debe a los radicales R que, al ionizarse, establecen puentes de hidrógeno con las moléculas de agua. Así, la proteína queda recubierta de una capa de moléculas de agua que impide que se pueda unir a otras proteínas, lo que provocaría su precipitación. q La solubilidad depende del p. H, temperatura, concentración iónica. . . A pesar de ser solubles, la mayoría de las membranas biológicas son impermeables al paso de proteínas. Capa de moléculas de agua 70

Desnaturalización y renaturalización Consiste en la pérdida de todas las estructuras de orden superior (secundaria, terciaria y cuaternaria) quedando la proteína reducida a un polímero con estructura primaria. Consecuencias inmediatas son: - Disminución drástica de la solubilidad de la proteína, acompañada frecuentemente de precipitación - Pérdida de todas sus funciones biológicas - Alteración de sus propiedades hidrodinámicas

Agentes desnaturalizantes I. Físicos 1. Calor. La mayor parte de las proteínas experimentan desnaturalizaciones cuando se calientan entre 50 y 60 ºC; otras se desnaturalizan también cuando se enfrían por debajo de los 10 a 15 ºC. 2. Radiaciones II. Químicos: todos los agentes que rompen interacciones o enlaces presentes en la estructura nativa de la proteína: 1. Detergentes 2. Urea y guanidina a altas concentraciones 3. Altas concentraciones de sal y extremos de p. H 4. Reactivos de grupos -SH

Agentes desnaturalizantes 2 -mercaptoetanol Urea Guanidina Ditiotreitol (DTT) Dodecilsulfato sódico (SDS, laurilsulfato)

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Especificidad La especificidad es doble: • de especie • de función. Especificidad de especie: En su secuencia de aminoácidos, las proteínas presentan dos tipos de sectores: • Sectores estables • Sectores variables: Algunos aminoácidos pueden ser sustituidos por otros distintos sin que se altere la funcionalidad de la molécula. Ello ha dado lugar, durante la evolución, a una gran variabilidad de proteínas, lo que permite que cada especie tenga sus proteínas específicas y que, incluso, aparezcan diferencias entre individuos de la misma especie (rechazo en trasplantes de tejidos). Las diferencias entre proteínas homologas, es decir, con la misma función, son grandes entre especies alejadas evolutivamente y escasas entre especies emparentadas. 75

Especificidad de función. La especificidad también se refiere a la función. • Cada proteína realiza una determinada función exclusivamente, por ejemplo, catalizar cierta reacción química sobre cierto substrato y no sobre otro. • La especificidad se debe a que su actuación se realiza mediante interacciones selectivas con otras moléculas, para lo que necesitan una determinada secuencia de aa y una conformación concreta. • Un cambio en la secuencia o conformación puede impedir la unión y por lo tanto dificultar la función. 76

Capacidad amortiguadora Las proteínas, al estar constituidas por aminoácidos, tienen un comportamiento anfótero. Tienden a neutralizar las variaciones de p. H del medio, ya que pueden comportarse como un ácido o una base y, por tanto, liberar o retirar protones (H+) del medio 77

CLASIFICACIÓN DE PROTEÍNAS Se clasifican en: • Holoproteínas: Formadas solamente por aminoácidos. • Heteroproteínas: Formadas por una fracción proteínica y por un grupo no proteínico, que se denomina "grupo prostético. Se clasifican según la naturaleza del grupo prostético. Proteínas fibrilares Holoproteínas Proteínas globulares Cromoproteínas Glucoproteínas PROTEÍNAS Heteroproteínas Lipoproteínas Nucleoproteínas Fosfoproteínas 78

HOLOPROTEÍNAS Globulares: Más complejas que las fibrosas. Forman estructuras compactas, casi esféricas, solubles en agua o disolventes polares. Son responsables de la actividad celular 1. Prolaminas: Zeína (maíza), gliadina (trigo), hordeína (cebada) 2. Gluteninas: Glutenina (trigo), orizanina (arroz). 3. Albúminas: Seroalbúmina (sangre), ovoalbúmina (huevo), lactoalbúmina (leche) 4. Hormonas: Insulina, hormona del crecimiento, prolactina, tirotropina 5. Enzimas: Hidrolasas, Oxidasas, Ligasas, Liasas, Transferasas. 79

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Algunas personas tienen alergia al gluten, otras tienen intolerancia al gluten (celiaquía), por lo que en ambos casos tienen que hacer dietas libres de gluten. Tras eliminar el gluten de la dieta el intestino vuelve a funcionar con normalidad La gliadina la fracción que provoca atrofia de las vellosidades del intestino delgado, lo que provoca que algunos nutrimentos, por ejemplo vitaminas, no se absorban adecuadamente y que se presente desnutrición y avitaminosis. Se obtiene a partir de harina de trigo y es utilizado como aditivo para dar viscosidad, espesor o volumen a una gran cantidad de productos alimenticios. 81

HOLOPROTEÍNAS Fibrosas: Más simples que las globulares. Forman estructuras alargadas, ordenadas en una sola dimensión, formando haces paralelos. Son responsables de funciones estructurales y protectoras 1. Colágenos: en tejidos conjuntivos, cartilaginosos 2. Queratinas: En formaciones epidérmicas: pelos, uñas, plumas, cuernos. 3. Elastinas: En tendones y vasos sanguíneos 4. Fibroínas: En hilos de seda, (arañas, insectos) 82

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HETEROPROTEÍNAS 1. Glucoproteínas: ribonucleasa mucoproteínas, anticuerpos, hormona luteinizante 2. Lipoproteínas: De alta, baja y muy baja densidad, que transportan lípidos en la sangre. 3. Nucleoproteínas: Nucleosomas de la cromatina, ribosomas, histonas y protaminas de eucariotas. 4. Cromoproteínas: Pueden ser de dos tipos: a) Porfirínicas. Hemoglobina, mioglobina que transportan oxígeno, citocromos, que transportan electrones b) No profirínicas como la hemocianina (pigmento respiratorio de crustáceos y moluscos, de color azul y que contiene cobre) 5. Fosfoproteínas: Tienen PO 4 H 3 en el grupo prostético. La caseína de la leche. 84

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FUNCIONES Y EJEMPLOS DE PROTEÍNAS: 1. Estructural 2. Enzimática 3. Hormonal 4. Defensiva 5. Transporte 6. Reserva 7. Función homeostática 8. Anticongelante 9. Actividad contráctil 89

Estructural Es una de las funciones más características: 1. Algunas glucoproteínas forman parte de las membranas celulares. Intervienen en el transporte selectivo de iones (bomba de Na-K) 2. Otras proteínas forman el citoesqueleto de las células, las fibras del huso, de los cilios y flagelos. 3. Otras, como las histonas forman parte de los cromosomas eucariotas. 4. El colágeno, que mantiene unidos los tejidos animales y forma los tendones y la matriz de los huesos y cartílagos. 5. La elastina, en el tejido conjuntivo elástico (ligamentos paredes de vasos sanguíneos). 6. La queratina, que se sintetiza en la epidermis y forma parte de pelos, uñas, escamas de reptiles, plumas, etc. 7. La fibroína, que forma la seda y las telas de arañas. Es una disolución viscosa que solidifica rápidamente al contacto con el aire. 90

Enzimática • Es la función más importante. • Las enzimas son las proteínas más numerosas y especializadas y actúan como biocatalizadores de las reacciones que constituyen el metabolismo celular. • 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. Hormonal Insulina y glucagón Hormona del crecimiento segregada por la hipófisis Calcitonina Defensiva Inmunoglobulina, trombina y fibrinógeno 91

Transporte • Además de las proteínas transportadoras de las membranas, existen otras extracelulares que transportan sustancias a lugares diferentes del organismo. • Hemoglobina, la hemocianina y la mioglobina del músculo estriado. • Los citocromos transportan electrones en la cadena respiratoria (mitocondrias) y en la fase luminosa de la fotosíntesis (cloroplastos). • La seroalbúmina transporta ácidos grasos, fármacos y productos tóxicos por la sangre. • Las lipoproteínas transportan el colesterol y los triacilglicéridos por la sangre. 92

Reserva En general, las proteínas no se utilizan para la obtención de energía. No obstante, algunas como la ovoalbúmina de la clara de huevo, la caseína de la leche o la gliadina de la semilla de trigo, son utilizadas por el embrión en desarrollo como nutrientes. Función homeostática Las proteínas intracelulares y del medio interno intervienen en el mantenimiento del equilibrio osmótico en coordinación con los tampones. 93

Función contráctil El movimiento y la locomoción en los organismos unicelulares y pluricelulares dependen de las proteínas contráctiles: • la dineína, en cilios y flagelos, • la actina y miosina, responsables de la contracción muscular. Anticongelante Presentes en el citoplasma de ciertos peces antárticos. 94