Lasproteínas

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PROTEÍNAS

El términoproteínaderivadelgriego"proteos" (loprimero, loprincipal) yhabladesugran importanciapara los seresvivos.Lasproteínassonlasmacromoléculasmásabundantesdelascélulas.Constituyenmásdel50%delpesosecodelacélula(15%deltotal).Sinembargosugranimportanciabiológicareside,másqueensuabundanciaenlamateriaviva,enelelevadonúmerodefuncionesbiológicasquedesempeñan,ensugranversatilidadfuncionalysobretodoenlaparticularrelaciónquelasunecon losácidosnucleicos,yaqueconstituyenelvehículohabitualdeexpresiónde la informacióngenéticacontenidaenéstosúltimos.EstánformadosporC,H,OyN,casitodastienenSy,enmenorproporción,P,Fe,Cu,etc.Sonpolímerosdelosaminoácidos.Seclasificanen:

Oligopéptidos(2–10)Polipéptidos Filamentosas(11–100) Holoproteínas

Péptidos GlobularesProteínas Cromoproteína(+100op.m.>5000) Glucoproteínas

HeteroproteínasLipoproteínas Nucleoproteínas

Fosfoproteínas

AMINOÁCIDOS

Los aminoácidos son compuestos orgánicos queposeenungrupo carboxilo (-COOH) y ungrupoamino (-NH2). Pueden ser α, β, γ, δ....aminoácidos, según si grupo amino esté unidorespectivamente al primero, segundo, tercero, cuarto... átomode carbono contando a partir delátomo de carbono del grupo carboxilo. Los aminoácidos que forman parte de las proteínas sontodossondetipoalfa,yaquelosgruposaminoycarboxiloseunenalmismocarbono. Seconocen20aminoácidos.

PROPIEDADES

• Sonsólidosatemperaturaambiente• Cristalinos• Elevadopuntodefusión,• Solublesenagua• Isomería:Todoslosaminoácidos,salvolaglicocolao

glicina, son compuestos quirales (tienen asimétricoelcarbonoα).Cada α-aminoácido puede existir en dos formasestereoisómeras que son enantiómeros (formas nosuperponibles)Sobre el plano del papel, y situando hacia arriba elgrupo carboxilo y hacia abajo el radical, si el grupoaminoquedahacialaderechatieneconfiguraciónDysiestáalaizquierdaseráL.TodoslosaminoácidospresentesenlasproteínassonL.LadisposiciónLoDesindependientedelaactividadóptica.Presentan actividad óptica: desvían en plano de laluzpolarizada,pudiendoserdextrógiros(+)olevógiros(-).

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• Comportamientoquímico: En disoluciónpresentan comportamiento anfótero. Pueden ionizarse, dependiendodelpH, comoun ácido (COO-) o comounabase, captandoelectrones (NH3), o comoun ácido y unabase a la vez. Laformadipolar(formazwitterion),enmedioácidocaptaprotonesysecomportacomounabase,yviceversa.ElpHenel cual el aminoácido tiende a adoptar una forma dipolar neutra, con tantas cargas positivas como negativas, sedenominapuntoisoeléctrico.

Algunos aminoácidos presentan cadenas laterales (R) con grupos funcionales que son potenciales dadores oaceptoresdeprotones,yqueporlotantotambiéninfluyendemaneradeterminanteensuspropiedadesácido-base.Elcomportamientoácido-basedelosaminoácidosrevisteunagranimportanciabiológica,yaqueinfluyeasuvezenlas propiedades de las proteínas de las que forman parte. Además, las técnicas para separar y analizar losaminoácidoscomponentesdeunaproteínasebasanengranmedidaensucomportamientoácido-base.

CLASIFICACIÓNDELOSAMINOÁCIDOS

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SeclasificansegúnelradicalRqueseenlacealCalfa.a- Alifáticos:elradicalResunacadenaabierta.

• Neutros:elradicalRnoposeegruposcarboxiloniamino.• Ácidos:elradicalRpresentagruposcarboxilo,peronoamino.• Básicos:elradicalRpresentagruposamino,peronocarboxilo.

b- Aromáticos:elradicalResunacadenacerrada,generalmenterelacionadaconelbenceno.c- Heterocíclicos:elradicalResunacadenacerrada,generalmentecomplejayconalgunosátomosdistintosalosdeCe

H.Sehanencontradoenlascélulasvivasalrededordeotros300aminoácidosquedesempeñandiferentesfuncionesperoquenoformanpartedelasproteínas.AlgunosdeellospresentanconfiguraciónDynotodossonα-aminoácidos.

ENLACEPEPTÍDICO

El enlace peptídico es un enlace covalente que se establece entre ungrupoaminodeunaminoácidosyelgrupocarboxilodeotro.Losátomosdel grupo carboxilo y del grupo amino se sitúanen elmismoplano, condistanciasyángulosfijos.Enelenlacepeptídico,launiónentreelCyelNesmáscortaqueenotrosenlaces C – N, pero más larga que en los enlaces C = N. Tiene ciertocarácter de enlace doble (ello es debido a que el nitrógeno del grupopeptídicoposeeunorbitalvacantequelepermitecompartirenresonanciaun par de electrones del doble enlace C-O). Como consecuencia, esteenlacetieneunaciertarigidez,sinquepermitaelgiro.Loscuatroátomosdelgrupopeptídicosoncoplanares,estandoeloxígenoyelhidrógenoenposición trans. Solamente giran los enlaces de la cadena en los queintervieneelcarbonoα.

ESTRUCTURADELASPROTEÍNASLas proteínas no son polímeros al azar de longitud indefinida, sino que cada una de ellas tiene una determinadacomposición en aminoácidos y estos están ordenados en una determinada secuencia. En las células vivas las cadenaspolipeptídicas de las proteínas no se encuentran extendidas ni plegadas al azar adoptando estructuras caprichosas ovariables, sino que cada una de ellas se encuentra plegada de un modo característico, que es igual para todas lasmoléculas de unamisma proteína, y que recibe el nombre deestructura o conformación tridimensional nativa de laproteína.Unaclaraevidenciaenfavordeestaidealaconstituyeelhechodequelasproteínaspuedancristalizar,yaquela disposición ordenada de la materia cristalina sólo es posible cuando las unidades moleculares individuales quecomponenelcristalsonidénticas.Lasproteínasvienendefinidaspor4estructuras:1- ESTRUCTURAPRIMARIA

Es lasecuenciadeaminoácidos.Nos indicaquéaminoácidosyenquéordenaparecen.La funcióndeunaproteínadependedelasecuencia.Cualquiervariacióndalugaraunaproteínadiferente.Entodaproteínahayungrupoaminoyotrocarboxilolibresenlosextremos.LasecuenciasiempreseescribedesdeelN-terminalalC–terminal.

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2- ESTRUCTURASECUNDARIA

Esladisposicióndelacadenaenelespacio.Losaminoácidos,amedidaquevansiendoenlazadosdurantelasíntesisde las proteínas, y gracias a la capacidad de giro de los enlaces, adquieren una disposición espacial estable. Seconocendostiposdeestructuras:• Alfahélice:Seproduceungiroenlamolécula,dandolugarauntipoespecial

de enrollamiento. Los átomos de oxígeno quedan orientados en la mismadirección,mientras que los deH del grupo amino lo hacen en la direccióncontraria.EllopermitelaformacióndepuentesdeHquemantienenestablelahélice.Losradicalesnointervienenenlosenlacesyaparecenproyectadoshacia la parte externa de la cadena. Por ello proteínas muy diferentespuedentenerlamismaestructura.Hay3,6aminoácidosporvuelta.

Unavarianteeslahélicedecolágeno,dondelaalfa–héliceesalgomásalargada(con3aminoácidosporvuelta),debidoasuriquezaenprolinaehidroprolina(nopuedenformarpuentesdeH).Laestabilidadsedebealaasociaciónde3hélices,queoriginaunasuperhélice(unidasporenlacescovalentesypuentesdeH).

• Disposiciónbetaoláminaplegada:Formaunahéliceextendida(parecidoaun zig – zag), ya que no existen puentes de H. Es estable gracias a laasociación de varias moléculas o varios segmentos de la misma cadena,estableciéndosepuentes deH. Los gruposR se disponenpor encima y pordebajo. Suelen tener grupos R pequeños. Es muy característica en laqueratina.

3- ESTRUCTURATERCIARIA

Es la disposición espacial de la proteína. La estructura primaria determina la estructura terciaria de las proteínasglobulares.Sedebenavariosfactores:

• LosrestosdeaminoácidoscongruposRpolaresoconcargaseproyectanhaciaelexteriordelaestructura,expuestosalcontactoconlasmoléculasdeagua.

• Los restos de aminoácidos con grupos R no polares (hidrófobos) se encuentran en el interior de laestructura,aisladosdelcontactoconelaguayejerciendointeraccioneshidrofóbicasentresí.

• puentesdisulfurosentrelascisteínasdedistintasodelamismacadena.• pHdelmedio• puentesdeH• fuerzasdeVanderWaals• aminoácidoscomoprolinaehidroprolinaqueirrumpelaestructuraendoblehélice

Generalmente,enlostramosrectos,lacadenapolipeptídicaposeeunaestructurasecundariadetipoalfa–hélice,yenloscodosocambiosdedirecciónpresentaunaestructurasecundariadetipobeta.Existendostiposdeconfiguraciones

a- Filamentosa:mantieneunaestructurasecundariaalargadaysóloseretuerceligeramente.Soninsolublesenagua.Parafuncionesesqueléticas.Ej.:queratina,colágeno,elastina,etc.

b- Globular:Seplieganformandoestructurasrelativamenteesféricas.Lacadenapolipeptídicaestáplegadadeunmodomuy compacto, sin apenas espacio paramoléculas de agua en el interior del plegamiento. Sonsolublesymuyabundantes.Ej.:mioglobina.

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4- ESTRUCTURACUATERNARIA

Informadelaunión,medianteenlacesdébiles(nocovalentes)devariascadenaspolipeptídicas,idénticasono,paraformar un complejo proteínico. Cada una de estas cadenas polipeptídicas recibe el nombre de protómero osubunidadproteica.Ejm.: lahemoglobinatiene4protómeros, lascápsidesde losvirustienenmuchosprotómeros(polímeros).

PROPIEDADESDELASPROTEÍNAS

Dependensobretododelosradicales.Alconjuntodeaminoácidosdeunaproteínacuyosradicalesposeenlacapacidaddeunirseaotrasmoléculasyreaccionarconéstassedenominacentroactivo.

1- SOLUBILIDAD

Las proteínas globulares dan lugar a dispersiones coloidales. La solubilidad depende de los radicales R que, alionizarse,establecenpuentesdeHconlasmoléculasdeagua.Siseunieranconotrasproteínas,precipitarían.

2- DESNATURALIZACIÓN

SiunasoluciónessometidaacambiosdepH,alteracionesenlaconcentración,agitaciónmolecularomodificacionesenlatemperatura,lasolubilidaddelasproteínasdesaparece.Losenlacesquemantienenlaconfiguraciónglobularserompenyseadoptalaformafilamentosa.Tiendenaunirsemoléculasentresíyprecipitan.Laspropiedadesbiocatalizadorassepierdenporalteracióndelcentroactivo.Noafectaalosenlacespeptídicos,perosíalasestructuras2ªy3ª.El proceso de desnaturalización, si se lleva a cabo en condiciones suaves (variacionesmoderadas y graduales detemperaturaopH),esreversible.Laproteínapuederecuperarsuconformacióntridimensionalnativasiserestituyenlascondicionesiniciales.Esteprocesorecibeelnombrederenaturalización.Ej.: cortede la leche (pordescensodelpHal convertir lasbacterias la lactosaenácidos láctico),permanentesdelcabello,etc.

3- ESPECIFICIDAD

Ensusecuenciadeaminoácidos, lasproteínaspresentansectoresestablesy sectoresvariablesen losquealgunosaminoácidospuedensersustituidosporotrosdistintossinquesealteresu funcionalidad.Elloda lugaraquecadaespecie tengaproteínasespecíficas, inclusodistintas entre individuosdeunamismaespecie. Cuantomásalejadasesténdosespecies,másdistintasseránsusproteínahomólogas(conlamismafunción).En algunas proteínas se han detectado dos o más regiones globulares densamente empaquetadas que se hallanconectadas entre sí por un corto tramo de cadena polipeptídica extendida o plegada en héliceα. Estas regionesglobulares,denominadasdominiosestructurales,presentanunagranestabilidad,yaparecenrepetidasenmuchasproteínasdiferentesdebidoasugraneficaciabiológica.

4- CAPACIDADAMORTIGUADORA

Las proteínas tienen un comportamiento anfótero. Tienden a neutralizar variaciones del pH del medio, ya quepuedencomportarsecomounácidoounabasey,portanto,liberanoretiranprotones(H+)delmedio.

CLASIFICACIÓNDELASPROTEÍNAS

HOLOPROTEÍNASSonlasproteínasqueestáncompuestasexclusivamenteporaminoácidos.a- Globulares:generalmentesolublesenagua.

Ø Albúminas: constituyen la fracción principal de las proteínas plasmáticas. Regulan la presión osmótica yconstituyenlareservaprincipaldeproteínadelorganismo.Ej.:ovoalbúmina,seroalbúminaylactoalbúmina.

Ø Globulinas:congranmasamolecular.Ej.:lacto,seroyovoalbúmina.Tambiénlaalfa–albúmina(asociadaalahemoglobina)ylasgammaglobulinasoinmunoglobulinas.

Ø Histonas:aparecenenelnúcleocelular,asociadasalADN.b- Filamentosasofibrilares:fundamentalmenteenanimales.

Ø Colágenos: en t. conjuntivo, cartilaginoso y óseo. Forman fibras con gran resistencia a la tensión. Porpolimerizaciónehidrólisisseoriginanlasgelatinas.

Ø Elastinas: se deforman y se recuperan sin deteriorarse. Aparecen en tendones, vasos sanguíneos ypulmones.Nodanlugaragelatinas.

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Ø Queratinas:encabello,uñas,pelo,plumas,cuernos,pezuñas,...Ø Miosina:intervieneenlacontracciónmuscular.

HETEROPROTEÍNASSon las proteínas que están formadas por aminoácidos (grupo proteico) y por otra sustancia de naturaleza noproteica(grupoprostético).a- Cromoproteínas: el grupo prostético es una sustancia coloreada (pigmentos). Ej.: hemoglobina, mioglobina,

hemocianina,citocromos,...b- Glucoproteínas:Elgrupoprotéticocontienemonosacáridos(glucosa,galactosa,...).Seunenmedianteunenlace

covalente un radical hidroxilo del glúcido y un radical aminodel prótido.H. estimulante del folículo (FSH),H.estimulantedeltiroides(TSH),H.luteinizante(LH),mucinas,...

c- Lipoproteínas:grupoprotético:ácidosgrasos.Lipoproteínasanguíneas(LDL,HDL),enmembranas,...d- Nucleoproteínas:grupoprotético:ácidosgrasos.Histonasconácidosnucleicos.e- Fosfoproteínas:grupoprostético:ácidofosfórico.Caseínas(leche),...

FUNCIONESDELASPROTEÍNAS

1- Estructural: formando parte de las membranas plasmáticas, en microtúbulos, cilios, flagelos, queratina, elastina,

colágeno,...2- Transporte:hemoglobina,hemocianina,mioglobina,lipoproteínasanguíneas,permeasas,...3- Enzimática:conacciónbiocatalizadora.Favorecenreaccionesquímicas.4- Hormonal: biocatalizadores que no actúan localmente, sino globalmente. Insulina, tiroxina, oxitocina (9

aminoácidos),..5- Defensiva: gammaglobulinas o inmunoglobulinas. Se incluyen proteína que modifican el pH y las toxinas, con

funcionesbactericidas,fungicidas,trombina,fibrinógeno,mucinas,...6- Contráctil:actinaymiosina.7- Reserva:ovoalbúmina,caseína,...8- Homeostática:regulandoelpH.

CUESTIONARIODEPROTEÍNAS

1- ¿Cuántoscarbonosasimétricosposeenlosaminoácidos?

2- Desarrollalafórmuladelúnicoaminoácidoquenotieneactividadóptica.3- ¿Quésignificaqueunaminoácidoesanfótero?4- Unaminoácidotieneunpuntoisoeléctricode6,5.¿QuécargapresentarásielpHdelmedioes6,5,sies4osies10?

IndicarenquépHdelosindicadosanteriormenteelaminoácidosedesplazaráhaciaelánodo,cuándoloharáhaciaelcátodoycuándopermaneceráinmóvil.

5- Sielpuntoisoeléctricodelaalaninaes6,indicarlacargayestructuraquímicadeesteaminoácidoapH6.Indicarla

cargayestructuraquímicaquepresentarálaalaninaapHdevalores2y9.6- Señalalosenunciadosverdaderos:

a- TodoslosaminoácidosdextrógirostienenconfiguraciónL.b- Todoslosaminoácidosalifáticossonneutros.c- LauniónHis–Lys–Metpuedeconsiderarseunoligopéptido.

7- Enunadisoluciónacuosahayalaninaytreonina,cuyospuntosisoeléctricosson6,.02y6,60respectivamente.Siel

pHdeladisoluciónes6,3indicaquéaminoácidosedirigiráalánodoycuálalcátodo.¿Porqué?

8- ¿Enquédirecciónseunendosaminoácidos?Desarrollalafórmuladeldipéptidoformadoporlametioninaylavalina.

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9- Untripéptidoformadoportresaminoácidosalifáticospresentaenelextremoaminolibreunaminoácidoconradicalhidrófobo y en el extremo carboxílico libre un aminoácido con un radical ácido. El aminoácido central posee unradicalbásico.Construirestetripéptidoeligiendolos3aminoácidosdelossiguientes:Ser,Phe,Glu,Lys,Ala,ProeHis.

10- Latripsinaesunaenzimaquehidrolizalosenlacespeptídicosenlosqueelgrupocarboxílicolosaportaunalisinaounaarginina.¿Cuálseráelresultadodelahidrólisispormediodelatripsinasobreestospéptidos?

a- H2N–Lys–Met–Ala–Arg–Met–Val–COOHb- COOH–Lys–Arg–Met–Cys–Lys–Phe–NH2

11- Elaspartamoesunedulcorantesintéticoqueseusacomosustitutodelasacarosa.Noesunglúcido,sinoqueesun

dipéptidoformadoporácidoaspárticoyfenilalanina.Representalasdosfórmulasestructuralesquepodríatenerelaspartamo.

12- ¿Porquélasedayelcolágenosoportanaltastensionessinestirarsemientrasquelalanasíesestirable?

13- ¿Qué enlaces se rompen al someter unamolécula proteica a una Tª elevada? ¿Cómo se denomina este proceso?¿Quérepercusióntieneenlafuncionalidaddelaproteína?

14- ¿Quécambiodeaminoácidostendráunefectomásdrásticosobreunaproteína?Razonalarespuesta

a- Ala/Valb- Ala/Argc- Arg/Glu

15- ¿Cuáleslarazóndequehayapuentesdisulfuroenlainsulina?

16- ¿CreesqueAla–Cys–Trp–GlyyGly–Trp–Cys–Alasonelmismopéptido?17- Lahemoglobinahumanasediferenciadeladelcerdoen17aminoácidos,

de la del gorila en 1 y de la del caballo en 26. ¿Qué puedes deducir deestosdatos?

18- Elolor característicodelpeloquemadoesdebidoa la formacióndeSO2.

¿Cómocreesqueseproduce?

19- Cuandoseañadeuna sustanciaácidaa la lechey secalientaparaque lareacción vaya más rápida, la leche se corta, es decir, se forman unosgrumosquealfiltrarlaquedanretenidosenelpapeldefiltro.• Dequésustanciasetrata• ¿Porquéhaprecipitado?• ¿Quénombrecomúnycomercialtiene?• ¿Cómosepuedereconocer?• ¿Quésustanciaconstituyelatelillablancaquequedaenlasuperficie?• ¿Quénombrecomúnycomercialtiene?• ¿Cómosepuedereconocer?• ¿Quéglúcidoquedadisueltoenelagua?• ¿Cómosepuedereconoceresteglúcido?

20- A diferencia de lo que ocurre con otras macromoléculas como los

polisacáridos, las cadenas de aminoácidos de las proteínas nunca sonramificadas.¿Creesqueseríaposiblesintetizarartificialmenteunacadenapolipeptídicaramificada?Justificalarespuesta.

21- Explicaporquélosaminoácidossonmássolublesenaguadeloquecabríaesperar de su estructura química y de su relativamente elevada masamolecular.