Proteínas: estructura, clasificación y funciones con ejemplos

Las proteínas son moléculas indispensables en la química de la vida. Puede decirse que son el componente principal de las células.

Las proteínas, forman la estructura de los organismos y cumplen diversas funciones metabólicas. En otras palabras, estas sustancias son responsables del crecimiento, la reparación, la conservación y el funcionamiento del cuerpo.

Están constituidas, básicamente, por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Algunas contienen azufre, fósforo y pequeñas cantidades de otros elementos. Estos elementos se unen para formar unidades fundamentales llamadas aminoácidos. Los aminoácidos deben su nombre al hecho de tener, por lo menos, un grupo amino (NH2) y un grupo ácido (COOH). No todos los aminoácidos pueden ser sintetizados por el organismo. Por lo tanto, tienen que ser tomados en la dieta. Estos se llaman aminoácidos esenciales.

La Figura 1 muestra ejemplos de aminoácidos.

Proteínas
Figura 1.

Las proteínas se forman por la unión de aminoácidos, que los vegetales sintetizan a partir de nitratos y sales amoniacales del suelo. Los animales deben obtenerlos de las plantas o de otros animales, a través de la alimentación. Las proteínas de origen animal son de mayor valor nutritivo que las vegetales, porque aportan, en mayor cantidad, los nueve aminoácidos esenciales para la vida.

Estructura de las proteínas

Estructura primaria

La unión de varios aminoácidos forma una cadena que se llama cadena peptídica o polipéptido.

La secuencia de aminoácidos en un polipéptido, determina la estructura primaria de una proteína. Esta secuencia está codificada en la información genética del organismo. La función de una proteína depende de dicha secuencia y de la forma que ésta adopte. La insulina pancreática, por ejemplo, contiene 51 unidades de aminoácidos en dos cadenas.

Estructura secundaria

Es la disposición de la secuencia de aminoácidos en el espacio, forzada por puentes de hidrógeno. Existen dos tipos de estructura secundaria. La hélice alfa o espiral y conformación beta o laminar.

El tipo espiral es una estructura geométrica uniforme. Se forma mediante enlaces por puentes de hidrógeno entre aminoácidos de la misma cadena. Por ejemplo, las proteínas fibrosas de la lana, el cabello, la piel y las uñas, tienen disposición en espiral.

En el tipo laminar, los puentes de hidrógeno pueden ocurrir entre diferentes cadenas polipeptídicas (lámina intercatenaria). Por ejemplo, en la fibroína o proteína de la seda, donde la estructura toma forma de lámina. También se pueden formar láminas plegadas entre regiones diferentes de una misma cadena peptídica (lámina intracatenaria). Esta estructura es más flexible que elástica. Es propia de proteínas globulares. Pero en estas, la estructura secundaria puede tener una porción aleatoria. Es decir, que estas proteínas pueden ser parcialmente en espiral.

Estructura terciaria

La estructura terciaria, es la disposición de la estructura secundaria de un polipéptido al plegarse sobre sí mismo, originando una conformación globular. Esta conformación facilita la solubilidad de las proteínas en agua, para realizar sus funciones biológicas adecuadamente. Esta estructura está determinada por cuatro factores que interaccionan entre los radicales (R) de los aminoácidos:

  1. Atracción iónica entre los grupos R (puentes eléctricos) con cargas positivas y negativas.
  2. Puentes de hidrógeno entre aminoácidos de la misma cadena.
  3. Interacciones hidrofobias de los grupos R no polares, que se desplazan hacia el centro de la estructura globular, lejos del agua circundante.
  4. Puentes disulfuro covalentes (- S – S -), los cuales unen átomos de azufre de dos aminoácidos de una misma cadena o de cadenas distintas.

Estructura cuaternaria

Esta estructura se forma de la unión con enlaces débiles de varias cadenas polipeptídicas con estructura terciaria para formar un complejo proteico. El número de cadenas asociadas es variada. Desde dos en la insulina o cuatro en la hemoglobina, por ejemplo, hasta muchas en las proteínas virales. La estructura cuaternaria de una proteína, determina su actividad biológica.

John Kendrew y Max perutz fueron quienes descubrieron las estructuras tridimensionales de las proteínas.

Los cambios en la estructura tridimensional de una proteína alteran su actividad biológica. Cuando una proteína se calienta o se trata con algunas sustancias químicas, su estructura terciaria se distorsiona y la cadena peptídica en espiral se desdobla para tomar una forma aleatoria. Este cambio en la forma de la proteína y la pérdida de su actividad biológica se denomina desnaturalización.
Estructura de las proteínas
Figura 2. Estructura primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria.

Funciones de las proteínas

La tabla 2 muestra las funciones biológicas de las proteínas.

Tabla de funciones de las proteínas.

Clasificación de las proteínas

Proteínas simples

Las proteínas simples, al hidrolizarse, producen únicamente aminoácidos.

Estas proteínas, a su vez, pueden ser fibrosas o globulares. Las primeras forman las estructuras del cuerpo, tales como pelo, uñas y músculos. Las proteínas globulares están disueltas cumpliendo diversas funciones. La insulina por ejemplo, regula el nivel de glucosa en la sangre.

Proteínas conjugadas

Las proteínas conjugadas al hidrolizarse, producen, además de aminoácidos, otros componentes orgánicos o inorgánicos, llamados grupos prostéticos.

Por lo tanto, este grupo de proteínas pueden contener minerales, grasas, azúcares y otras sustancias en su estructura.

La tabla 3 muestra la clasificación de las proteínas con algunos ejemplos.

Tabla clasificación de las proteínas.

Enzimas: unas proteínas especiales

Las enzimas son proteínas muy especiales. Es posible que solo hayas oído de las enzimas digestivas, pero estas son solo un grupo pequeño entre la gran cantidad que existe. Pertenecen al grupo de las proteínas conjugadas. Debido a su función, también se les llama catalizadores biológicos.

Las enzimas están encargadas de regular todas las reacciones químicas que ocurren en el organismo. En cada reacción participa por lo menos una de ellas. La sustancia sobre la cual actúa un enzima, se llama sustrato. Cada enzima actúa sobre un sustrato único. Las enzimas requieren algunas condiciones adecuadas para cumplir su función. Entre esas condiciones están la concentración del sustrato, la temperatura y el PH del medio.

Taller de lectura

  1. ¿Qué es una proteína?
  2. Escriba las funciones de las proteínas.
  3. Escriba el nombre de los elementos que constituyen las proteínas.
  4. ¿Cómo se llaman las unidades fundamentales de las proteínas y por qué reciben ese nombre?
  5. ¿Qué son aminoácidos esenciales?
  6. Copie la tabla 1.
  7. ¿Cómo obtienen los vegetales y los animales sus aminoácidos?
  8. ¿Qué es una cadena peptídica o polipéptido?
  9. Escriba la definición de la estructura primaria de las proteínas y dé un ejemplo.
  10. ¿Qué es la estructura secundaria de las proteínas? Nombre los dos tipos
  11. ¿Qué es el tipo espiral y cómo se forma? Dé ejemplos.
  12. ¿Cuál es la diferencia entre una lámina intercatenaria y una intracatenaria?
  13. ¿Qué es la estructura terciaria y qué facilita esta conformación?
  14. Copie los cuatro factores que interaccionan entre los radicales (R) de los aminoácidos.
  15. ¿A qué se denomina desnaturalización de una proteína?
  16. Copie la tabla 2.
  17. ¿Cuál es la diferencia entre proteínas simples y conjugadas?
  18. ¿A qué se llama grupo prostético?
  19. Copie la tabla 3.
  20. ¿Cuál es la función de las enzimas?
  21. ¿A qué grupo de proteínas pertenecen las enzimas?
  22. ¿Qué otro nombre reciben las enzimas?
  23. ¿Qué condiciones requieren las enzimas para cumplir su función?