Guia Completa de les Proteïnes: Estructura, Funcions i Anàlisi

Les proteïnes

Composició i estructura

Components principals

Les proteïnes són molècules orgàniques formades per C, H, O, N, P i S.

Unitats estructurals

Estan formades per aminoàcids (aa), que contenen:

• Grup amino (NH₂): Acceptor de protons.
• Grup carboxil (COOH): Donador de protons.
• Radical (R): Cadena carbonada que diferencia els aminoàcids.

Tipus d'aminoàcids

Hi ha 20 aminoàcids en total, dels quals 9 són essencials (necessiten ser obtinguts de l’aliment) i 11 no essencials (són produïts pel cos).

Enllaços i formació de proteïnes

Enllaços peptídics: Els aminoàcids s'uneixen mitjançant enllaços peptídics (entre el grup COOH d’un aminoàcid i el NH₂ d’un altre) per formar pèptids.

• Oligopèptid: 2-10 aminoàcids.
• Polipèptid: 11-100 aminoàcids.
• Proteïna: Més de 100 aminoàcids.

Estructures de les proteïnes

• Primària: Seqüència d’aminoàcids units per enllaços peptídics.
• Secundària: Plegament de la cadena polipeptídica en estructures regulars com l'α-hèlix i la làmina β.
• Terciària: Plegament tridimensional de l'estructura secundària sobre si mateixa, que dona estabilitat a la proteïna.
• Quaternària: Unió de dues o més cadenes terciàries (subunitats) per formar una proteïna funcional.

Funcions de les proteïnes

• Estructurals: Formen parts del cos com el col·lagen, la queratina i l'elastina.
• Transportadores: Com l'hemoglobina (transporta oxigen) i l'albúmina (transporta molècules diverses).
• Catalitzadores: Els enzims (com ALT, AST) acceleren reaccions bioquímiques.
• Reguladores: Hormones proteiques com la GH (hormona del creixement), la insulina i el glucagó, que regulen el metabolisme.
• Emmagatzematge: Com la ferritina (emmagatzema ferro) i la lactalbúmina.
• Contracció muscular: Proteïnes com l'actina i la miosina permeten la contracció muscular.
• Equilibri osmòtic: L'albúmina ajuda a mantenir l’equilibri de líquids a l’organisme.
• Amortiment del pH: Les proteïnes i els aminoàcids són electròlits amfòters que ajuden a mantenir el pH corporal.
• Coagulació de la sang: El fibrinogen i la fibrina ajuden en la formació de coàguls.
• Font d’energia: Proporcionen 4 kcal/g.
• Immunitària: Les immunoglobulines i les proteïnes del sistema del complement protegeixen contra infeccions.

Proteïnes plasmàtiques

Definició i característiques generals

• Localització: Les proteïnes plasmàtiques es troben al plasma sanguini i compleixen funcions específiques per a l'organisme.
• Quantitat: Hi ha més de 125 proteïnes diferents, amb una concentració aproximada de 7 g/dL.
• Albúmina: Representa més del 50% de les proteïnes plasmàtiques.

Tipus de proteïnes plasmàtiques

Les proteïnes plasmàtiques es poden classificar segons diferents criteris:

Segons la seva solubilitat i desplaçament electroforètic

• Albúmina: La proteïna més abundant i important en el plasma sanguini.
• Globulines: Es classifiquen en 5 fraccions: α1, α2, β1, β2, γ (segons la seva mobilitat en un camp elèctric).

Segons la seva funció

• Proteïnes transportadores: Exemples: Albúmina (transporta diverses substàncies) i apolipoproteïnes (transporten lípids).
• Proteïnes sintetitzades pel sistema immunitari: Exemples: Immunoglobulines (anticossos) i el sistema del complement (defensa immunitària).
• Proteïnes reactants de fase aguda: Són proteïnes que augmenten en situacions d’estrès, inflamació o traumatismes. Inclouen:
  • Inhibidors de proteases
  • Fibrina (important per a la coagulació)
  • Proteïna C reactiva (indicativa d'inflamació aguda)

Proteïnes específiques vs. no específiques

• Específiques del plasma: Són proteïnes que sempre es troben de manera habitual en el plasma sanguini, com l'albúmina i les globulines.
• No específiques del plasma: Són proteïnes que no es troben habitualment al plasma, sinó que són alliberades per algunes cèl·lules durant processos específics, com la fosfatasa alcalina i la creatinquinasa.

Funcions clau de les proteïnes plasmàtiques

• Transport de substàncies essencials per al cos (albúmina, apolipoproteïnes).
• Defensa immunitària (immunoglobulines, sistema del complement).
• Coagulació de la sang (fibrina, fibrinogen).
• Regulació de processos inflamatoris i estrès (proteïna C reactiva, inhibidors de proteases).
• Manteniment de l'equilibri osmòtic i altres funcions homeostàtiques.

Metabolisme de les proteïnes

Procés general del metabolisme de les proteïnes

La formació i destrucció de proteïnes és un procés continu al cos. Les proteïnes són assimilades o degradades al fetge.

• Reciclatge d’aminoàcids (aa): Els aminoàcids provenen de les proteïnes ingerides i de la degradació de les proteïnes intracel·lulars.
• Cal aportar proteïnes externes per cobrir les necessitats fisiològiques.

Digestió i absorció de proteïnes

• Digestió: Les proteïnes de la dieta són degradades per proteases gàstriques i pancreàtiques, alliberant aminoàcids (aa).
• Absorció: Els aminoàcids són absorbits pels enteròcits (cèl·lules intestinals) i passen a la sang a través del sistema porta hepàtic, arribant a totes les cèl·lules del cos. A les cèl·lules es realitza la síntesi de proteïnes als ribosomes.

Degradació de proteïnes intracel·lulars

• Procés catabòlic: Les proteïnes intracel·lulars es degraden per obtenir més aminoàcids, els quals seran reutilitzats per sintetitzar noves proteïnes.
• Excessos i desordres: El desequilibri es produeix quan s'ingereixen excessives proteïnes a la dieta o el fetge no pot eliminar-les correctament.

Metabolisme hepàtic de l’aminoàcid

Els aminoàcids són degradats al fetge a acetil-CoA, el qual pot entrar en diversos processos com la lipogènesi, la gluconeogènesi o el cicle de Krebs per produir ATP. El grup amino (NH₂) és tòxic per a l’organisme i necessita ser eliminat per l’orina. Per eliminar-lo, el grup amino es transforma en ió amoni (NH₄⁺).

Transaminació i desaminació hepàtica

• Transaminació: El grup amino es trasllada d’un aminoàcid (α-aminoàcid) a un α-cetoàcid, formant glutamat. La reacció clau és: Glutamat + α-cetoàcid ↔ α-aminoàcid + α-cetoàcid.
• Desaminació: El glutamat es desamina per l'enzim glutamat deshidrogenasa (GDH), alliberant el grup amino com a ió amoni (NH₄⁺) i regenerant l'α-cetoàcid.

Enzims clau en el metabolisme hepàtic

• Transaminases: Enzims reversibles que poden transferir o afegir grups amino als aminoàcids.
• Alanina aminotransferasa (ALT): Desamina l’àcid glutàmic. Reacció: Alanina + α-cetoglutarat ↔ Piruvat + Glutamat.
• Aspartat aminotransferasa (AST): Desamina l’aspartat. Reacció: Aspartat + α-cetoglutarat ↔ Oxalacetat + Glutamat.
• Importància: Els nivells d'ALT i AST són baixos en plasma, però augmenten si hi ha dany hepàtic (hepatitis, cirrosi, intoxicacions, etc.).

Cicle de la urea

L'ió amoni (NH₄⁺) és eliminat a través del cicle de la urea al fetge (mitocondris i citosol). El procés és el següent:

1. L'ió amoni es converteix en carbamoïl fosfat.
2. El carbamoïl fosfat entra al cicle de la urea i es converteix en urea.
3. S'utilitza ATP en el procés i s’eliminen 2 grups amino per cada molècula d’urea.

Determinació de proteïnes

Mètodes electroforètics

Electroforesi: És el mètode més utilitzat per obtenir un patró de proteïnes plasmàtiques.

• Albúmina: Representa el 57-65% de les proteïnes plasmàtiques.
• α-globulines: Representen el 14-15%. Augmenten en inflamacions, traumatismes, problemes hepàtics i processos cancerosos.
  • α1 (2-4%): Inclou α-antitripsina, α1-lipoproteïnes, transcobalamina.
  • α2 (6-10%): Inclou ceruloplasmina, haptoglobina.
• β-globulines: 8-12% de les proteïnes plasmàtiques. Inclou transferrina, C3 i C4.
• γ-globulines: 12-19%. Inclou immunoglobulines (IgA, IgG, IgM, IgD, IgE), proteïna C reactiva (PCR) i proteïnes del complement. Augmenten en processos infecciosos o autoimmunes i disminueixen en immunodeficiències o problemes renals.
• Fibrinogen: Apareix com una nova banda entre beta i gamma a l’electroforesi.

Tècniques: L'electroforesi es realitza en acetat de cel·lulosa o gel d’agarosa, tot i que l’electroforesi capil·lar és més ràpida i sensible.

Mètodes químics

Quantificació de proteïnes totals

• Turbidimètric: Poc específic, es fa servir en mostres d’orina.
• Biuret: Mètode de referència, altament específic i sensible. Es basa en la reacció del Cu²⁺ amb l’enllaç peptídic.
• Lowry: Mètode sensible però poc específic, basat en la reacció de Folin amb compostos fenòlics.
• Bradford: Utilitza el colorant Coomassie per quantificar proteïnes, interaccionant amb aminoàcids bàsics (histidina, arginina) i aromàtics (triptòfan, tirosina).
• Verd de bromocresol: Per a la determinació d’albúmina en medi àcid.

Mètodes immunoquímics

• Immunoelectroforesi: La mostra migra sobre un medi amb anticossos (Ac) i es forma un arc quan la proteïna antigènica es vincula amb l’Ac.
• Immunodifusió radial: La mostra es posa en un pou d’agar amb anticossos, formant un halo de precipitació. El diàmetre de l'halo és proporcional a la quantitat de proteïna.
• Western Blot (Immunotransferència):
  1. Electroforesi en gel (SDS-PAGE) per separar proteïnes per pes molecular.
  2. Transferència a una membrana (nitrocel·lulosa o PVDF).
  3. Detecció de la proteïna específica mitjançant anticossos específics.
  4. Detecció per activitat enzimàtica o fluorescència.

Proteïnes plasmàtiques mesurades per mètodes immunològics

• Prealbúmina: Indicador de la nutrició proteica en nadons i prematurs.
• Ceruloplasmina: Disminuïda en la malaltia de Wilson (acumulació de coure).
• Inhibidors de proteases: Inclou α-antitripsina, antitrombina, antiplasmina (relacionades amb la coagulació sanguínia).
• Proteïna C Reactiva (PCR): És un dels millors indicadors de procés inflamatori.

Espectrometria de masses i proteòmica

Proteòmica: Permet detectar i quantificar l'expressió global de proteïnes (incloses les isoformes). S’utilitza una electroforesi bidimensional per obtenir un mapa d’expressió proteica (proteoma), que després se sotmet a espectrometria de masses i anàlisi bioinformàtica.

Patrons d'alteració de les proteïnes

Hiperproteinèmia i hipoproteinèmia

• Hiperproteinèmia: Alteració amb augment de proteïnes plasmàtiques.
  • Transitòria: Succeeix per hipovolèmia (deshidratació), augmentant la concentració de proteïnes de manera general.
  • Permanent: Es relaciona amb augments d’immunoglobulines, com en les gammapaties.
• Hipoproteinèmia: Disminució de proteïnes plasmàtiques.
  • Transitòria: Deguda a l’augment del volum sanguini per retenció de líquids.
  • Permanent: Dèficit d’albúmina per causes renals o hepàtiques, o disminució de gammaglobulines per causes renals o immunitàries.

Disproteinèmies

• Hipoalbuminèmia: Disminució d’albúmina causada per desnutrició, pèrdua renal (ex. síndrome nefròtica), alteracions gastrointestinals o cremades greus.
• Hipogammaglobulinèmia: Deficiència immunitària, amb una insuficiència del sistema immunitari.
• Hiperglobulinèmia: Augment de globulines, especialment α-globulines, en processos inflamatoris aguts, tumors o necrosi de teixits.
• Augment conjunt d’α i β globulines: Comú en la síndrome nefròtica (patologia renal).
• Augment de gammaglobulines: Es dona en processos infecciosos, inflamatoris o autoimmunes (ex. artritis reumatoide).

Paraproteïnèmies

Presència d’immunoglobulines anormals o els seus fragments en el plasma.

• Gammapatia monoclonal: Excessiva activitat d'un clon de limfòcits B. Es troba en el mieloma múltiple (tumor de cèl·lules plasmàtiques), leucèmies i limfomes. En la gammapatia monoclonal, algunes immunoglobulines estan elevades.
• Gammapatia policlonal: Totes les immunoglobulines estan elevades per una estimulació contínua del sistema immunitari.