Proteínas: Estructura, funciones y estabilidad

PROTEÍNAS

E.1: secuencia definida de aa. E.2: segmento específico con plegamiento regular. E.3: disposición de una estructura secundaria de un polipéptido al plegarse sobre sí misma, es específica de cada molécula y otorga función. E.4: agregados específicos de 2 o más cadenas polipeptídicas plegadas. (dominio (región compacta plegada localmente, están unidos entre sí mediante una hebra de seguimiento)

Forma hélice a:

La hélice es de tipo 3,6 r 13 y dextrógira. El esqueleto es compacto. Se estabiliza por una interacción intermolecular puente de hidrógeno entre los enlaces peptídicos (hay un puente de hidrógeno cada 4 enlaces peptídicos). Los puentes de hidrógeno intrahelicoidales son casi paralelos al eje de la hélice con los grupos carbonilo apuntando hacia el extremo carboxilo-terminal. Todos los grupos R quedan proyectados hacia fuera de la hélice. El interior de la hélice es hidrofóbico.

Forma hoja β:

El esqueleto se encuentra extendido en zig-zag. Se estabiliza por una interacción intermolecular puente de hidrógeno entre los enlaces peptídicos de forma transversal, que pueden ser intracatenarios (entre residuos de la misma cadena polipeptídica) o intercatenarios (entre residuos de cadenas polipeptídicas distintas). Los grupos R de las cadenas laterales por lo general son pequeños (glicina y alanina) para favorecer el empaquetamiento denso. Los grupos R de las cadenas laterales de residuos de aminoácidos adyacentes sobresalen de la estructura en direcciones opuestas. Las cadenas polipeptídicas pueden ser paralelas (con la misma orientación amino-carboxilo en el polipéptido) o antiparalelas (con orientaciones opuestas).

Restricciones a la estabilidad hélice a: Repulsión o atracción electroestática entre cadenas laterales próximas. Efecto esférico de tamaño. Presencia de glicina o prolina. Interacciones entre los aa de los extremos de la hélice y el dipolo eléctrico inherente a esta estructura.

Estabilización de la estructura terciaria y cuaternaria:

Interacciones Van der Waals: Cadenas laterales apolares.

Interacciones Puentes de Hidrógeno: Cadenas laterales dadoras o receptoras -OH de Serina o Treonina / -NH2 no ionizado de Asparagina / -COOH no ionizado de Ácido Glutámico / -NR2 del anillo de Histidina.

Interacciones puente salino: Principalmente interacciones entre aminoácidos ácidos y básicos ionizados. Dependientes del pH del medio.

Enlace covalente: Enlace puente disulfuro, que se produce entre residuos de Cisteína.

Desnaturalización: Al desnaturalizarse una proteína, esta pierde su solubilidad en el agua y precipita, se hace menos soluble o insoluble. A la conformación fisiológicamente activa de una proteína se denomina estructura nativa y es muy sensible a los cambios que pueden ocurrir en su entorno, se pierde su actividad biológica.

Agentes denaturantes:

Calor, radiación de microondas y radiación UV: Rompen las interacciones hidrofóbicas y los puentes de hidrógeno.

Agitación mecánica violenta: Provoca debilitamiento de las fuerzas de interacción, alargando su longitud.

Detergentes: Afectan los puentes de hidrógeno y los puentes salinos.

Solventes orgánicos (etanol, acetona y 2-propanol): Interfieren en los puentes de hidrógeno y las interacciones hidrofóbicas.

Ácidos y bases fuertes: Rompen los puentes de hidrógeno, los puentes salinos y, si su efecto es muy prolongado, puede provocar hidrólisis del enlace peptídico.

Sales de metales pesados: Interfieren en los puentes salinos y puentes disulfuro.

Urea: Interfiere y rompe los puentes disulfuro.

Funciones

ESTRUCTURAL: Algunas proteínas constituyen estructuras celulares: Ciertas glucoproteínas forman parte de las membranas celulares y actúan como receptores o facilitan el transporte de sustancias. Las histonas forman parte de los cromosomas que regulan la expresión de los genes. Otras proteínas confieren elasticidad y resistencia a órganos y tejidos: El colágeno del tejido conjuntivo fibroso. La elastina del tejido conjuntivo elástico. La queratina de la epidermis. Las arañas y los gusanos de seda segregan fibroína.

TRANSPORTE: En los seres vivos son esenciales los fenómenos de transporte, bien para llevar una molécula hidrofóbica a través de un medio acuoso. Transporta de oxígeno en la sangre de los vertebrados (hemoglobina). Transporte de oxígeno en la sangre en los invertebrados (hemocianina). Transporta oxígeno en los músculos (mioglobina). Transportan lípidos por la sangre (lipoproteínas) o bien para transportar moléculas polares a través de barreras hidrofóbicas. Transporte a través de la membrana plasmática. Transportan electrones (citocromos).

ENZIMÁTICA: Las proteínas con función enzimática son las más numerosas y especializadas. Actúan como biocatalizadores de las reacciones químicas del metabolismo celular.

CONTRACTIL: La actina y la miosina constituyen las miofibrillas responsables de la contracción muscular. La dineína está relacionada con el movimiento de cilios y flagelo.

DEFENSIVA: Las inmunoglobulinas actúan como anticuerpos frente a posibles antígenos. La trombina y el fibrinógeno contribuyen a la formación de coágulos sanguíneos para evitar hemorragias. Las mucinas tienen efecto germicida y protegen a las mucosas. Algunas toxinas bacterianas, como la del botulismo, o venenos de serpientes, son proteínas fabricadas con funciones defensivas.

HORMONAL: Algunas hormonas son de naturaleza proteica, como la insulina y el glucagón (que regulan los niveles de glucosa en sangre) o las hormonas segregadas por la hipófisis como la del crecimiento o la adrenocorticotrópica (que regula la síntesis de corticosteroides) o la calcitonina (que regula el metabolismo del calcio).

RESERVA: La ovoalbúmina de la clara de huevo, la lactoalbúmina de la leche, la gliadina del grano de trigo y la hordeína de la cebada constituyen la reserva de aminoácidos.

REGULADORA: Algunas proteínas regulan la expresión de ciertos genes y otras regulan la división celular (como la ciclina).