Funciones y Mecanismos de Acción de las Proteínas y Enzimas en Biología Celular

Funciones Biológicas de las Proteínas

Las proteínas desempeñan una amplia variedad de funciones esenciales en los organismos vivos. Estas funciones se pueden clasificar en varias categorías principales:

1. Función de Reserva: Algunas proteínas actúan como reservorios de aminoácidos, como la ovoalbúmina (clara de huevo), la caseína (leche), la gliadina (semilla de trigo). Estos aminoácidos pueden ser utilizados por el embrión como fuente de nutrientes y para la construcción de estructuras.

2. Función Estructural: Muchas proteínas son componentes fundamentales de las estructuras celulares y tejidos. Ejemplos incluyen:

   • Glucoproteínas en la formación de membranas celulares, actuando como receptores y marcadores celulares.
   • Histonas en la estructura de los cromosomas.
   • Colágeno en la sustancia intercelular.
   • Elastina en el tejido conjuntivo elástico.
   • Queratina en escamas, pelos y uñas.
   • Fibroína en la seda.

3. Función Osmótica: Las proteínas contribuyen al mantenimiento de la presión osmótica y al equilibrio del pH en los fluidos corporales, actuando junto con sistemas tampón.

4. Función Hormonal y Neurotransmisora: Algunas proteínas actúan como hormonas, como la insulina y el glucagón, o como neurotransmisores, transmitiendo señales entre células.

5. Función de Recepción y Transmisión de Señales: Los receptores de membrana son proteínas que se encuentran en la superficie externa de las células y son capaces de unirse a moléculas portadoras de mensajes. Esta unión provoca un cambio en el receptor que se traduce en una señal intracelular, desencadenando una respuesta específica.

6. Función de Transporte: Las proteínas transportan diversas moléculas a través de las membranas celulares o en el torrente sanguíneo. Ejemplos incluyen:

   • Proteínas transportadoras en membranas celulares.
   • Hemoglobina para el transporte de oxígeno.
   • Seroalbúmina para la acumulación y transporte de grasas.
   • Lipoproteínas plasmáticas para el transporte de triglicéridos y colesterol (quilomicrones, VLDL, LDL, HDL).

7. Función Defensiva: Algunas proteínas participan en la defensa del organismo. Ejemplos incluyen:

   • Trombina y fibrinógeno en la formación de coágulos sanguíneos.
   • Proteoglucanos con acción germicida y protectora de las mucosas en los tractos digestivo, respiratorio y urogenital.
   • Inmunoglobulinas (anticuerpos) en la sangre, que reconocen y neutralizan antígenos.

8. Función Contráctil: Las proteínas son responsables de la locomoción y el movimiento tanto en organismos unicelulares como pluricelulares. Ejemplos incluyen:

   • Dineína para el movimiento de cilios y flagelos.
   • Actina y miosina en la formación de miofibrillas responsables de la contracción muscular.

9. Función Enzimática: Las enzimas son biocatalizadores que aceleran las reacciones bioquímicas del metabolismo celular. Son altamente específicas para sus sustratos y las reacciones que catalizan, debido a su estructura tridimensional única. La vida depende de la velocidad de las reacciones metabólicas, que son posibles gracias a la acción de las enzimas.

Enzimas

Las enzimas son los biocatalizadores del metabolismo. Actúan en concentraciones muy bajas, acelerando las reacciones en las que participan sin modificarse. A excepción de algunos tipos de ARN, como las ribozimas, el resto de las enzimas son proteínas. Su acción biológica se basa en la unión selectiva con sus sustratos, a los que modifican químicamente, dando como resultado la formación de un nuevo producto.

Enzimas y Metabolismo

Los sustratos se transforman en productos a través de vías metabólicas que constan de una serie de reacciones enzimáticas consecutivas. En estas vías se generan intermediarios metabólicos o metabolitos. Algunas rutas metabólicas conducen a la degradación de sustratos (catabolismo) y otras a su biosíntesis (anabolismo).

Catálisis Enzimática: Mecanismo de Acción

En una reacción catalizada por una enzima, se parte de un sustrato y se llega a un producto. Primero, el sustrato debe adquirir un estado especial de alta energía, conocido como estado de transición o estado activado. La energía de activación (Ea) es una barrera energética que deben superar las moléculas del sustrato para que la reacción tenga lugar. Cuanto mayor sea la Ea, más difícil será alcanzar el estado de transición y más lento será el proceso.

El mecanismo de acción enzimática se puede dividir en dos etapas:

1. El sustrato (S) se une a la enzima (E) en una reacción reversible para formar el complejo enzima-sustrato [ES], que es un estado de transición.
2. El complejo [ES] se descompone, dando lugar al producto (P) y regenerando la enzima libre (E).

Cofactores: Coenzimas y Vitaminas

. Holoenzimas: enzimas que carecen en su centro activo de los componentes necesarios para su actividad. Necesitan ayuda d unas sust = cofactores. Fracción proteínica de holoenzima = apoenzima. Fracción no proteica =cofactor Cofactores: - complejo orgánico o metaloorgánico -unido por enlaces débiles al apoenzima = coenzimas y son NAD+ y FAD. Vitaminas sobre todo hidrosolubles.- unido por enlaces covalentes al apoenzima = grupo prostético Grupos hemo de la hemoglobina. - iones minerales (Mg, Zn, Cu, etc.) como cofactores de la catálisis enzimática. Ayudan a moldear el centro activo.Vitaminas: Indispensables para el funcionamiento del metabolismo. Imposibles d sintetizar para algunos organismos, necesarias, xtanto,en la dieta. Clasificación en hidrosolubles (C y complejo B, son todas coenzimas) y liposolubles (A, E, D, K).tipos: C Ácido ascórbico(Escorbuto) B1 Tiamina(Beriberi) B2 Riboflavina(Dermatitis) B3 Niacina (Pelagra) B5 Ác.Pantoténico(Síndrome de pies ardorosos) B6 Piridoxina(depresión, convulsiones, fatiga, anemia,) B8 Biotina Vitamina H(Dermatitis) B9 Ácido fólico(Anemias) B12 Cobalamina(Anemia perniciosa) Especificidad d los enzimas: mecanismo de acción enzimática. Cada enzima específica xra reacción qcataliza. Tienen centro catalítico, q se adapta al sustrato con la geometría complementaria a la conformación espacial del centro activo. La unión enzima sustrato sigue el modelo llave – cerradura: cada enzima(cerradura) sólo se une con su sustrat (llave)