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| Las
proteínas son parte constituyente de uñas, pelo, conchas, huesos y telarañas, entre otras estructuras. |
Son las biomoléculas orgánicas más abundantes de la célula.
Son macromoléculas que constituyen el principal nutriente
para la formación de los músculos del cuerpo.
La palabra proteína proviene del griego protop (lo primero,
lo principal, lo más importante). Las proteínas son las responsables de la
formación y reparación de los tejidos, interviniendo en el desarrollo corporal
e intelectual.
Las proteínas son biopolímeros (macromoléculas orgánicas), de
elevado peso molecular, constituidas básicamente por carbono (C), hidrógeno
(H), oxígeno (O) y nitrógeno (N); aunque pueden contener también azufre (S) y
fósforo (P) y, en menor proporción, hierro (Fe), cobre (Cu), magnesio (Mg),
yodo (Y), entre otros elementos.
Estos elementos químicos se agrupan para formar unidades
estructurales (monómeros) llamados aminoácidos (aa), a los cuales se consideran
como los "ladrillos de los edificios moleculares proteicos". Estos
edificios macromoleculares se construyen y desmoronan con gran facilidad dentro
de las células, y a ello debe precisamente la materia viva su capacidad de
crecimiento, reparación y regulación.
La unión de un bajo número de aminoácidos da lugar a un
péptido; si el número de aa que forma la molécula no es mayor de 10, se
denomina oligopéptido; si es superior a 10, se llama polipéptido y si el número
es superior a 50 aa, se habla ya de proteína.
Las proteínas son, en resumen, biopolímeros de aminoácidos y
su presencia en los seres vivos es indispensable para el desarrollo de los
múltiples procesos vitales.
Se clasifican, de forma general, en Holoproteínas y
Heteroproteínas según estén formadas, respectivamente, sólo por aminoácidos o
bien por aminoácidos más otras moléculas o elementos adicionales no
aminoacídicos.
La organización de una proteína viene definida por cuatro
niveles estructurales denominados: estructura primaria, estructura secundaria,
estructura terciaria y estructura cuaternaria. Cada una de estas estructuras
informa de la disposición de la anterior en el espacio.
Las diferentes proteínas de nuestro organismo realizan diversas
funciones, como:
• Tienen un rol estructural, ya que forman parte de componentes
celulares, como los ribosomas y la membrana plasmática.
• Participan en la defensa de nuestro organismo contra agentes
nocivos. Un ejemplo son los anticuerpos.
• Transportan sustancias vitales para nuestro organismo. La hemoglobina,
por ejemplo, es una proteína que transporta oxígeno.
• Regulan importantes procesos fisiológicos (hormonas).
• Posibilitan la ocurrencia de casi todas las reacciones químicas
en las células. Estas proteínas se denominan enzimas, y facilitan las reacciones
químicas que ocurren al interior de la célula.
¿De qué están hechas las proteínas?
Al igual que los glúcidos, las proteínas están formadas por
monómeros. En el caso de las proteínas, estos se denominan aminoácidos, y están
formados por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y, en ocasiones, azufre.
Una proteína puede contener desde decenas hasta centenas de aminoácidos,
obteniéndose así los péptidos (oligómeros) y los polipéptidos (polímeros), o
simplemente proteínas.
En la naturaleza existen veinte aminoácidos distintos, cuya
combinación da origen a una gran variedad de proteínas.
Son moléculas muy importantes del organismo y desempeñan
gran variedad de funciones en el organismo:
1. Participan es el aparato arquitectónico de la
célula
La proteína actina conocida como filamentos intermedios.
Proteínas como la tubulina forman parte del citoesqueleto,
que proporciona la fuerza estructural a las células y los componentes móviles a
los músculos y a los cilios.
2. Constituyen los componentes móviles de los
músculos y cilios.
Las proteínas
contráctiles son importantes para que nuestros músculos se contraigan.
Ejemplo: La miosina
3. Participan en la función
inmunológica del cuerpo
Estas proteínas están involucradas en la defensa del
organismo.
Ejemplo: Las proteínas denominadas inmunoglobulinas, desempeñan
un importante papel en la defensa del organismo frente a las infecciones.
Tenemos a los anticuerpos (vacunas para combatir las
infecciones).
4. Están las proteínas
actúan como moléculas de señalización
Algunas proteínas, como la hormona del crecimiento y la
insulina actúan como moléculas de señalización.
La insulina, una hormona, es un ejemplo de este tipo de
proteína.
5. Las proteínas también
son enzimas.
Las enzimas son
proteínas que tienen actividad biológica, es decir, que aceleran o catalizan las reacciones químicas de los seres
vivos.
6. Las proteínas que
proporcionan protección no inmunológica.
Ellas son un mecanismo de protección, una barrera contra las infecciones.
Ejemplo: La proteína fibrinógeno participa en la formación de
una capa en caso de una herida y evitar un desangrado y dar tiempo a que
cicatrice la herida.
7. Participan en el
transporte de moléculas e iones por el organismo.
Son responsables del transporte de moléculas e iones en el
organismo y a través de las membranas celulares.
¿Cómo están formadas
las proteínas?
Los aminoácidos son compuestos que se combinan para formar la
proteína.
Las unidades estructurales básicas de las proteínas son los a
- aminoácidos. Un (alfa) - aminoácido es
un ácido carboxilico.
Puesto que las proteínas están formadas por 20 (alfa) - aminoácidos
y no existe límite específico de aminoácidos que se pueden unir, el número de
posibles estructuras proteicas es esencialmente infinito.
Ésta es la razón de que sean tan versátiles: diferentes
proteínas tienen diferentes formas y propiedades físicas distintas. El hecho de
que algunas cadenas laterales de aminoácidos sean hidrófilas y otras
hidrófobas; por tanto, algunas son solubles en agua y otras no lo son. Las
proteínas con grandes regiones hidrófobas se asocian con membranas lipídicas de
las células.
Algunos aminoácidos importantes no se encuentran en las
proteínas
Algunos aminoácidos de importancia fisiológica no forman
parte de las proteínas pero desempeñan otras funciones importantes:
La coenzima A contiene
un isómero de la alamina denominado b(beta) - alanita;
El aminoácido llamado
ácido g(gama) - aminobutírico (GABA) desempeña un papel importante como
neurotransmisor en el cerebro y la médula espinal;
La creatina es
fosforilada en el músculo formando creatinfosfato, que es una importante fuente
de energía en la contracción muscular.
La ornitina es un
intermedio en el ciclo de la urea, etc.
Estructura de las proteínas
La palabra proteína proviene del griego protop (lo primero,
lo principal, lo más importante). La proteínas son las responsables de la
formación y reparación de los tejidos, interviniendo en el desarrollo corporal
e intelectual.
Las proteínas son biopolímeros (macromoléculas orgánicas), de
elevado peso molecular, constituidas básicamente por carbono (C), hidrógeno
(H), oxígeno (O) y nitrógeno (N); aunque pueden contener también azufre (S) y
fósforo (P) y, en menor proporción, hierro (Fe), cobre (Cu), magnesio (Mg),
yodo (Y), entre otros elementos.
Estos elementos químicos se agrupan para formar unidades
estructurales (monómeros) llamados aminoácidos (aa), a los cuales se consideran
como los "ladrillos de los edificios moleculares proteicos". Estos
edificios macromoleculares se construyen y desmoronan con gran facilidad dentro
de las células, y a ello debe precisamente la materia viva su capacidad de
crecimiento, reparación y regulación.
La unión de un bajo número de aminoácidos da lugar a un
péptido; si el número de aa que forma la molécula no es mayor de 10, se
denomina oligopéptido; si es superior a 10, se llama polipéptido y si el número
es superior a 50 aa, se habla ya de proteína.
Las proteínas son, en
resumen, biopolímeros de aminoácidos y su presencia en los seres vivos es
indispensable para el desarrollo de los múltiples procesos vitales.
Se clasifican, de forma general, en Holoproteínas y
Heteroproteínas según estén formadas, respectivamente, sólo por aminoácidos o
bien por aminoácidos más otras moléculas o elementos adicionales no
aminoacídicos.
La organización de una proteína viene definida por cuatro
niveles estructurales denominados: estructura primaria, estructura secundaria,
estructura terciaria y estructura cuaternaria. Cada una de estas estructuras
informa de la disposición de la anterior en el espacio.
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La Estructura primaria es la secuencia de
aminoácidos de la proteína. Nos indica
qué aminoácidos componen la cadena
polipeptídica y el orden en que dichos
aminoácidos se encuentran. La función
de una proteína depende de su secuencia
y de la forma que ésta adopte.
Estructura secundaria
La estructura secundaria es la disposición de la secuencia de
aminoácidos en el espacio. Los aminoácidos, a medida que van siendo enlazados
durante la síntesis de proteínas y gracias a la capacidad de giro de sus
enlaces, adquieren una disposición espacial estable, la estructura secundaria.
Existen dos tipos de estructura secundaria:
1.- La a (alfa)-hélice
Esta estructura se forma al enrollarse helicoidalmente sobre
sí misma la estructura primaria.
Se debe a la formación de enlaces de hidrógeno entre el -C=O
de un aminoácido y el -NH- del cuarto aminoácido que le sigue.
2.- La conformación
beta
En esta disposición los aminoácidos no forman una hélice sino
una cadena en forma de zigzag, denominada disposición en lámina plegada.
Presentan esta estructura secundaria la queratina de la seda
o fibroína.
Estructura terciaria
La estructura terciaria informa sobre la disposición de la
estructura secundaria de un polipéptido al plegarse sobre sí misma originando
una conformación globular.
En definitiva, es la estructura primaria la que determina
cuál será la secundaria y por tanto la terciaria.
Esta conformación globular facilita la solubilidad en agua y
así realizar funciones de transporte, enzimáticas, hormonales, etc.
Esta conformación globular se mantiene estable gracias a la
existencia de enlaces entre los radicales R de los aminoácidos. Aparecen varios
tipos de enlaces:
1.- el puente disulfuro entre los radicales de aminoácidos que
tienen azufre.
2.- los puentes de hidrógeno.
3.- los puentes eléctricos.
4.- las interacciones hidrófobas.
La ESTRUCTURA CUATERNARIA está representada por el
acoplamiento de varias cadenas polipeptídicas, iguales o diferentes, con
estructuras terciarias (protómeros) que quedan autoensambladas por enlaces
débiles, no covalentes. Esta estructura no la poseen, tampoco, todas las
proteinas. Algunas que sí la presentan son: la hemoglobina y los enzimas
alostéricos.
Membrana celular: es la estructura que rodea a la célula y la separa del medio. A través de ella se efectúa el intercambio de sustancias químicas que permiten mantener la integridad de la célula y realizar los procesos metabólicos. En las células eucariontes, además de la membrana celular hay otras membranas que separan compartimentos internos.
La membrana celular es una bicapa lipídica compuesta por fosfolípidos (moléculas anfipáticas) y que en las células animales también se observa colesterol; esta bicapa cuenta con proteínas integrales y extrínsecas que le dan la funcionalidad al cumplir roles de transportadores, receptores, catalizadores, unión; y también posee oligosacáridos, carbohidratos unidos a lípidos y proteínas que forman el glucocálix con función de reconocimiento celular.
La membrana celular es una bicapa lipídica compuesta por fosfolípidos (moléculas anfipáticas) y que en las células animales también se observa colesterol; esta bicapa cuenta con proteínas integrales y extrínsecas que le dan la funcionalidad al cumplir roles de transportadores, receptores, catalizadores, unión; y también posee oligosacáridos, carbohidratos unidos a lípidos y proteínas que forman el glucocálix con función de reconocimiento celular.
Funciones de la membrana celular:
- Transduce señales hormonales y nerviosas;
- Conduce potenciales de acción electroquímicos en células excitables;
- Regula el movimiento de sustancias desde y hacia la célula, manteniendo la concentración intracelular de moléculas en los niveles adecuados para que se realicen los procesos celulares básicos.
- ¿ De qué está formada y cómo se organiza la membrana celular o citoplasmática?
- Las investigaciones han confirmado que la membrana tiene una naturaleza lipídica y más aún, han logrado identificar los lípidos que la forman y cómo se organizan.
Bicapa Lipídica
La bicapa presenta 3 tipos de lípidos:
Fosfolípidos
Colesterol
Glucolípidos
1.- Los principales lípidos que forman la bicapa lipídica se llaman fosfolípidos. Estos poseen una región polar o hidrófica (que interactúa con el agua) y otra apolar o hidrofóbica (que no interactúa con el agua). Dadas estas propiedades químicas, es esta organización la que explica por qué los compartimientos intracelular y extracelular se mantienen separados.
2.- El Colesterol es abundante en la membrana de células animales. El grupo polar (OH) de la molécula se localiza entre las cabezas polares de los fosfolípidos, en tanto que el resto de la estructura se localiza entre las colas hidrocarbonizadas. El colesterol, dada su localización en la bicapa, contribuye a estabilizar o disminuir la fluidez de la bicapa.
3.- Glucolípidos su estructura es similar a la de los fosfolípidos, sólo que presentan carbohidratos asociados.
Otro tipo de molécula responsable de las otras funciones de la membrana son las proteínas.
Proteínas de la membrana
De acuerdo al grado de asociación con la bicapa, las proteínas de membrana se clasifican en dos grandes grupos:
- Las proteínas extrínsecas o periféricas que se asocian a través de azúcares o lípidos a la monocapa externa o interna de la membrana.
- Las proteínas integrales, que se caracterizan por atravesar la bicapa una o más veces.
Este tipo de proteínas se asocia fuertemente a la bicapa. Ejemplo de proteínas integrales son todos los transportadores de la membrana, receptores para hormonas y neurotransmisores.
Gran parte de las funciones de la membrana son atribuibles a las proteínas, las cuales pueden moverse dentro de la bicapa e interaccionar unas con otras.
Las membranas celulares están constituidas por dos capas lipídicas, con las cadenas apolares (hidrofóbicas) colocadas en el interior de la membrana y los extremos polares (hidrofílicos) orientadas hacia la superficie de la membrana.
Las moléculas de las proteínas integrales está sumergidas en la capa lipídica, con las porciones hidrofóbicas en el centro y las porciones hidrofílicas en la superficie de la membrana.
Algunas de estas proteínas atraviesan todo el espesor de la membrana (proteínas transmembranas).
Las proteínas periféricas no están sumergidas en la membrana.
La inserción de los microtúbulos y filamentos de actina e la membrana también están representados en este dibujo.
Las moléculas de hidratos de carbono se asocian a proteínas de la membrana, para formar glicoproteínas y lípidos formando glicolípidos que en la membrana plamática, aparecen en la cara externa de la membrana como componentes del glicocálix.
Dibujo esquemático que muestra proteínas transmembrana de tránsito único (a) y de tránsito múltiple (b). Aunque el dibujo muestre sólo una molécula periférica, localizada en la cara externa de la membrana, la cara interna, como muestra la fig, también presenta proteínas periféricas o extrínsecas.
¿ La membrana es sólida o líquida?
La membrana se comporta más como un líquido que como un sólido, de tal modo que sus componentes pueden moverse con libertad. Este hecho sería comparable con el pinchar con un alfiler el agua contenida en un recipiente, es claro que el agua no se perfora y ni siquiera queda rastro alguno del orificio. Esta propiedad de la membrana se conoce como fluidez y permite entre otras cosas, que la célula varie su forma.
La membrana es un mosaico fluído
Según Singer y Nicholson (1972) la superficie de la membrana citoplasmática se parece a un mosaico de azulejos, en donde la bicapa de fosfolípidos forma la estructura fluídica básica, y en donde una variedad de proteínas van a semejar los azulejos. Estas proteínas se deslizarán lentamente dentro de la bicapa, lo que nos hace pensar que la membrana citoplasmática cambia con el tiempo, aunque sus componentes permanecen constantes.
Modificaciones de la membrana citoplasmática
Las células que forman un tejido, en ocasiones modifican sus membranas, y así contribuyen a que la célula sea más eficiente en el desarrollo de sus funciones. Por ejemplo, las células que forman la pared del intestino delgado, se especializan en la absorción de los nutrientes.
Para ello la cara apical de la célula tiene abundantes pliegues de su membrana, formando las microvellosidades, que aumentan unas 100 veces la superficie de absorción de cada célula.
En el tejido cardiaco, en cambio, las células tienen refuerzos estructurales que impiden que las células se desgarren durante la contracción y además, verdaderos "canales" por los que pasan señales químicas que permiten que todas ellas se contraigan coordinadamete. Estas son las uniones estrechas y las uniones comunicantes respectivamente.
Para ello la cara apical de la célula tiene abundantes pliegues de su membrana, formando las microvellosidades, que aumentan unas 100 veces la superficie de absorción de cada célula.
En el tejido cardiaco, en cambio, las células tienen refuerzos estructurales que impiden que las células se desgarren durante la contracción y además, verdaderos "canales" por los que pasan señales químicas que permiten que todas ellas se contraigan coordinadamete. Estas son las uniones estrechas y las uniones comunicantes respectivamente.
