TEMA 4:

LAS PROTEINAS

1.- AMINOACIDOS

Las proteínas son el resultado de la unión de moléculas más sencillas denominadas aminoácidos. Los aminoácidos son las unidades químicas o "bloques de construcción" del cuerpo que forman las proteínas. Las sustancias proteicas construidas gracias a estos 20 aminoácidos forman los músculos, tendones, órganos, glándulas, las uñas y el pelo.

El crecimiento, la reparación y el mantenimiento de todas las células dependen de ellos. Después del agua, las proteínas constituyen la mayor parte del peso de nuestro cuerpo

Su nombre responde a la composición química general que presenta: un grupo amino (NH2) y otro carboxilo (-COOH) unidos a un Cα. Los otros dos sustituyentes son un H y un grupo radical variable.

El grupo R es el que determina las propiedades químicas y biológicas de los aás.

Los aás son compuestos sólidos; incoloros, cristalizables; de elevado peso molecular; de elevado punto de fusión (habitualmente por encima de 200ºC); solubles en agua; con actividad óptica y con un comportamiento anfótero.

En la naturaleza existen unos 150 aás diferentes, pero de todos ellos sólo unos 20 forman parte de las proteínas.

De los no proteicos son importantes algunos que funcionan como intermediarios en reacciones metabólicas como la ornitina o la citrulina.

Según la naturaleza del grupo R tenemos:

a. Aas apolares del grupo R (interior de las proteinas)

b. Aas polares: el grupo R es polar, pueden establecerse enlaces de hidrogeno con el agua.

Básicos: poseen un grupo amino ionizado positivamente Ácidos: poseen un grupo carboxilo que se ioniza positivamente.

Los aas que un organismo no puede sintetizar y, por lo tanto, tienen que ser suministrado con la dieta se denominan aminoácidos esenciales, las personas vegetarianas pueden tener probemas para obtener alguno de estos aas en cantidad suficiente. Para obtenerlo, suelen optar por consumir huevos y leche (ovolactovegetariana) o pueden tomar aa deficitarios en forma de pastillas como suplmento nutricional; y aquellos que el organismo puede sintetizar se denominan no esenciales

En la especie humana son esenciales: treonina, metionina, lisina, valina, triptófano, leucina, isoleucina y fenilalanina (además puede añadirse la histidina como esencial durante el crecimiento, pero no para el adulto).

AMINOACIDOS PROTEICOS MODIFICADOS

Una vez que los AA codificables han sido incorporados a las proteínas, pueden sufrir ciertas transformaciones que dan lugar a los AA modificados o particulares. Entre las modificaciones más frecuentes destacan:

1. HIDROXILACIÓN: Ejemplos típicos son la 4-hidroxiprolina o la 5-hidroxilisina, que se encuentran en proporción importante en el colágeno. Estos AA se incorporan a la proteína como P o como K, y son posteriormente hidroxilados.

2. CARBOXILACIÓN: El E, por carboxilación post-sintética se convierte en ácido g-carboxiglutámico.

4- hidroxipolina 5- hidroxilisina g-carboxiglutámico

3. ADICIÓN DE IODO: En la tiroglobulina (una proteína del tiroides), la Y sufre diversas reacciones de iodación y condensación que originan AA como la monoiodotirosina,diiodotirosina, la triiodotirosina o la liotirosina.

4. FOSFORILACIÓN: La actividad de muchas proteínas se puede modificar mediante reacciones de fosforilación (catalizadas por las enzimas quinasas) o desfosforilación (catalizadas por las enzimas fosfatasas). Los residuos que se suelen fosforilar son la serina y la tirosina.

5. GLICOSILACIÓN: Las glicoproteínas son proteínas unidas a cadenas de oligosacárido. Éstas se unen mediante un enlace O-glicosídico a un residuo de serina o treonina o mediante un enlace N-glicosídico a un residuo de asparagina.

6. CONDENSACIÓN: La cistina es el resultado de la unión de dos C por medio de un puente disulfuro (-S-S-).

CISTINA

AMINOÁCIDOS NO PROTEICOS

Se conocen más de un centenar, sobre todo en plantas superiores, aunque su función no siempre es conocida. Se pueden dividir en tres grupos:

1.- D-AMINOÁCIDOS: La D-Ala y el D-Glu forman parte del peptidoglicano de la pared celular de las bacterias. La gramicidina S es un péptido con acción antibiótica que contiene D-Phe. En ciertos péptidos opioides de anfibios y reptiles también aparecen D-aminoácidos.

2.- a-AMINOÁCIDOS NO PROTEICOS: La L-ornitina y la L-citrulina son importantes intermediarios en el metabolismo de la eliminación del nitrógeno y la creatina (un derivado de la G) juega un papel importante como reserva de energía metabólica. También pertenecen a este grupo lahomoserina y la homocisteína.

3.- w-AMINOÁCIDOS: En estos AA, el grupo amino sustituye al último carbono (carbono w), no al carbono a. La b-Alanina forma parte de algunos coenzimas, y el ácido g-aminobutírico es un importante neurotransmisor

PROPIEDADES

ISOMERIA

Todos los aas proteicos excepto la glicina poseen un carbono asimétrico (Cα), como consecuencia presenta esteroisomería.

Para diferenciarlos se toma el grupo amino, de tal modo que si está a la derecha se tiene un D-aa y si está a la izquierda se tiene un L-aa. Ambos esteroisomeros son imágenes especulares. Todos los aas proteicos son de la serie L

LA ACTIVIDAD ÓPTICA

Se manifiesta por la capacidad de desviar el plano de luz polarizada que atraviesa una disolución de aas, y es debida a la asimetría del carbono, ya que se halla unido(excepto en la glicina) a cuatro radicales diferentes. Esta propiedad hace clasificar a los aa en dextrogiros (+) si desvían el plano de luz polarizada hacia la derecha, y levógiros (-) si lo desvian hacia la izquierda.

La posición L o D es independiente de la actividad óptica, un L-aa puede ser levógiro o dextrógiro.

EL COMPORTAMIENTO ANFÓTERO

Se refiere a que, en disolución acuosa, los aas son capaces de ionizarse, dependiendo del Ph, como un ácido (cuando el pH es básico), como una base (cuando el pH es acido) o como un acido y una base a la vez (cuando el pH es neutro). En este último caso adoptan un estado iónico conocido como zwitterión

El pH en el cual un aas tiende a adoptar un ión dipolar o ión hibrido (igual número de cargas positivas que negativas) se denominan Punto Isoeléctrico. La solubilidad en agua de un aas es mínima en su punto isoeléctrico.

El punto isoeléctrico también depende de R y es específico para cada aas. Nos sirve para separar los distintos mediante un campo eléctrico (electroforesis)

La forma más sencilla de estudiar estos equilibrios de ionización es realizar una valoración acido-base. Un modo de hacerla es disolver el aas a un Ph muy bajo (por ej. , pH=1) e ir añadiendo poco a poco una base fuerte, a la vez que se va midiendo el Ph. A si se otiene una curva de valoración como esta.

 http://www.johnkyrk.com/aminoacid.esp.html

Si queréis descargaros y además aprender un poco de la estructura de los aminoácidos podéis jugar al siguiente videojuego: 

http://www.wiley.com/college/boyer/0470003790/animations/acideroids/acideroids.htmPara entender que es una electroforesis: http://idibam.blogspot.com.es/2008/09/hablemos-de-electroforesis.html

2.- EL ENLACE PEPTIDICO

Los aas se unen mediante enlaces peptídicos. Este tipo de uniones son enlaces covalentes formados entre el grupo carboxilo de un aa y el grupo amino de otro, con pérdida de una molécula de agua.

Los aas unidos por enlaces peptídicos se denominan residuos.

Un dipéptido es una cadena formada por dos residuos, oligopéptido por menos de 50 residuos, y polipéptidos son cadenas más largas. Si poseen más de 100moléculas de aa o si su PM>5000 se denominan proteínas.

El enlace presenta las siguientes características:

a) En el enlace peptídico la distancia de enlace es intermedia entre el enlace doble C=N y el enlace sencillo C- N, por tanto posee un cierto carácter de doble enlace lo que le impide girar libremente.

b) Los 4 átomos (C=O, N-H), del enlace y los dos átomos de C se encuentran en el mismo plano, manteniendo distancias y ángulos fijos

c) Los únicos enlaces que tienen cierto giro y no del todo libremente son los formados C-C , N-C

Por convenio los residuos de una cadena se numeran desde el grupo amino terminal (N-terminal) hasta el grupo carboxilo (C- terminal)

En la naturaleza existen un gran número de péptidos y oligopéptidos que realizan importantes funciones

Algunos ejemplos son:

Con función hormonal tenemos la oxitocina que regula las contracciones del útero, y la argininavasopresina que regula la pérdida de agua. Ambas se sintetizan y liberan en el hipotálamo. La insulina y el glucagón regulan el nivel de azúcar en sangre y se sintetizan en el páncreas.

Con función transportadora: glutatión que se encuentra en el citosol Antibióticos como la gramicidina- S y la valinomicina.

3. – ESTURCTURA DE LAS PROTEINAS

Las proteínas adquieren una estructura que, a veces resulta muy compleja. Esto es debido a las cargas que tienen los radicales de los aas y a la rigidez del enlace peptídico. Las cargas que posean esos radicales generan unas propiedades en las proteínas. Las estructura de las proteínas nos sirve para confeccionar una clasificación de estas complejas moléculas. También. La estructura es la responsable de generar dterminadas funciones que son esenciales para los seres vivos.

Las proteínas se disponen formando una estructura tridimensional en la que se distinguen 4 niveles de complejidad llamados estructuras:

1- Estructura primaria: Es la secuencia lineal de aas, es decir que aas y en qué lugar se encuentran. Una característica de esta estructura es que se disponen en zig-zag debido a la planaridad del enlace peptídico

Se comienzan a enumerar los aas siempre en el extremo N-inicial y el último siempre tiene libre el aa C- terminal.Para determinar la secuencia no basta con saber los aminoácidos que componene la molécula; hay que determinar la posición exacta que ocupa el aa.La estructura primaria determina las demás estructuras de la proteína.

2- Estructura secundaria: Es el plegamiento de la estructura primaria debido a la capacidad de giro de los carbonos alfa de los aas. La rigidez del enlace peptídico, la capacidad de giro de los enlaces establecidos con el carbono asimetrico y la interacción de los radicales de los aas con la disolución en la que se encuentra, lleva a plegar la molecula sobre si misma. Da lugar a 3 estructuras características:

a) α- hélice: Es un enrollamiento de la cadena polipeptídica que da lugar a una hélice dextrógira con 3,6 aas por vuelta.

Se mantiene estable por formación de enlaces de hidrogeno intracatenarios entre el grupo N-H de un enlace peptídico y el grupo C=O del cuarto aá que lo sigue.Esta estructura deja los radicales de los aas hacia el exterior de la hélice.Se adquiere en proteínas que poseen elevado número de aas con radicales grandes o hifrófilos, ya que las cargas interactúan con las moléculas de agua que la rodean.

b) Conformación β o lámina plegada: Consiste en la unión de 2 o más cadenas polipeptídicas en zig-zag mediante enlace de hidrógeno intercatenarios entre los enlaces peptídicos, forzada por la rigidez del enlace peptídico y la apolaridad de los radicales de los aas que componen la molécula.

Las cadenas polipéptidicas se pueden unir de dos modos : de forma paralela (dos cadenas en el mismo sentido N-C) o antiparalelas (con distinto sentido N-C)

En ambos casos se disponen alternativamente los radicales de los aas a ambos lados de la lámina

c) Helice de colágeno: El colágeno es una proteína con gran cantidad del aa prolina e hidroxiprolina, que impide la formación de enlaces de hidrógeno.En este caso se forma una hélice levógira con 3 aas por vuelta, mas abierta y

rígida, debido a que la Pro y HidroxiPro tienen una estructura ciclada, en forma de anillo, formando una estructura, también rígida, en el carbono asimétrico, lo que le imposibilita el girar.

En algunas ocasiones, las proteínas no adquieren ninguna estructura, denominándose a la conformación, estructura al azar.

Una molécula no tiene que estar constituida exclusivamente por un tipo de conformación. Lo normal es que las moléculas proteicas presenten porciones con hélices alfa, otras partes con conformaciones beta y partes que no tienen conformaciones definidas que se han plegado al azar y que se llaman zonas irregulares.

3- Estructura terciaria

Representa el plegamiento de la estructura secundaria en el espacio. Su conformación espacial condiciona su función biológica.

Se mantiene estable gracias a las uniones que se producen entre los radicales R de los diferentes aas. Estas uniones pueden ser:

Enlaces de hidrógeno Atracciones electroestáticas Fuerzas de Van der Waals Puentes disulfuro entre dos cisteínas

En la estructura terciaria se pueden distinguir zonas muy estables que se denomina dominios que se unen por porciones flexibles llamadas bisagras

Básicamente se distinguen dos tipos de estructura terciaria: la filamentosa y la globular.

Las proteínas con conformación filamentosa suelen tener función estructural, de protección o ambas a la vez y son insolubles en agua.

Las proteínas con conformación filamentosa (escleroproteinas) suelen tener función estructural, de protección o ambas a la vez y son insolubles en agua.

Las proteínas con conformación globular(esferoproteínas) suelen ser solubles en agua y son las principales responsables de las actividades biológicas de la célula

4- Estructura cuaternaria: Se produce por la unión de varias cadenas polipeptídicas, cada una de las cuales recibe el nombre de subunidad o protómero.La unión se realiza mediante gran número de enlace débiles, como puentes de Hidrogeno o fuerzas de Van der Wals y en algunos casos por puentes disulfuro.Las características y la función biológica dependen de la estructura terciaria

Ejemplos de proteínas: con estructuras cuaternarias: citocromos, hemoglobina, filamentos de actina y miosina, etc.

Animación interactiva: 

http://www.educaplus.org/play-233-Estructura-de-las-prote%C3%ADnas.html

Una animación muy buena en ingles: http://www.bionova.org.es/animbio/anim/proteconforing.swf

Para practicar: http://www.educa.madrid.org/web/cc.nsdelasabiduria.madrid/Ejercicios/2b/Biologia/proteinas/estruc_prot2.htm y en: http://personales.ya.com/geopal/biologia_2b/unidades/ejercicios/act7aatema1.htm. También en; http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/biomol/actividades/act6.htmUn vídeo sobre la alfa hélice: http://www.youtube.com/watch?v=BO6AMKwUB7k y en general sobre las estructuras: http://www.youtube.com/watch?v=yeWJTRlpfyo

4.- CLASIFICACIÓN DE PROTEÍNASSe clasifican en:

Holoproteínas: formado solamente por aminoácidos Heteroproteínas: formada por una fracción proteínica y por un grupo no proteínico,

que se denomina grupo prostético

4.1 Holoproteínas:a. Globulares:

Prolaminas: Zeina (maíz), gliadina (trigo), hordeína (cebada). Gluteninas: Glutenina (trigo), orizanina (arroz) Albuminas: Seroalbúmina (sangre)., ovoalbúmina (huevo), lactoalbúmina

(leche) Hormonas: insulina, hormona del crecimiento, prolactina, tirotropina. Enzimas: Hidrolasas, oxidasas, ligasas, liasas, transferasas….etc

b. Fibrosas: Colágenos: en tejido conjuntivos, cartilaginosos Queratinas: en formaciones epidérmicas: pelos, uñas, plumas, cuernos. Elastina: en tendones y vasos sanguíneos Fibroínas: en hilos de seda (arañas, insectos)

4.2 Heteroproteínas:Glucoproteínas: Ribonucleasa, Mucoproteína, Anticuerpos, Hormona LuteinizanteLipoproteinas: de alta, baja y muy baja densidad, que transportan lípidos en la sangre.Nucleoproteínas: Nucleosomas de la cromatina, ribosomasCromoproteínas: Hemoglobina, hemocianina, mioglobina (transportan oxigeno). Citocromos que transportan electrones

 http://www.geocities.ws/batxillerat_biologia/proteines.htm

5- PROPIEDADES DE LAS PROTEÍNAS

Solubilidad: se debe a los grupo R- polares o hidrófilos que se encuentran localizados en la superficie externa de la proteína estableciendo enlaces de hidrogeno con el agua.En general las globulares son solubles en agua soluciones coloidales) y las fibrosas no

Capacidad amortiguadora: las proteínas tienen un comportamiento anfótero (igual que los aas que las forman) y esto las hace capaces de neutralizar las variaciones de pH del medio, ya que pueden comportarse como un ácido o una base y por tanto liberar o retirar protones (H+) del medio donde se encuentran.

Especificidad: Es una de las propiedades más características y se refiere a que cada una de las especies de seres vivos es capaz de fabricar sus propias proteínas (diferentes de las otras especies) y, aún, dentro de una misma especie hay diferencias proteicas entre los distintos individuos. Esto no ocurre con los glúcidos y lípidos, que son comunes a todos los seres vivos.Sin embargo proteínas que cumplen las mismas funciones tienen una estructura y composición semejantes (p. homólogas)También existe una especificidad de función de tal manera que un pequeño cambio en los aas (a veces con 1 solo basta) puede provocar la pérdida de funcionalidad de la proteína).

Desnaturalización y renaturalización: la desnaturalizació de una proteína se refiere a la ruptura de los enlaces que mantenían sus estructuras cuaternarias, terciarias y secundaria, conservándose solamente la primariaEn estos casos las proteínas se transforman en filamentos lineales y delgados que se entrelazan hasta formar compuestos fibrosos e insolubles en agua.Los agentes que pueden desnaturalizar a una proteína pueden ser: calor excesico; sustancias que modifican el pH; alteraciones en la concentración; alta salinidad; agitación molecular; etc… El efecto más visible de éste fenómeno es que las proteínas se hacen menos solubles o insolubles y que pierden su actividad biológica.La desnaturalización puede ser reversible (renaturalización) pero en muchos casos es irreversible.Para entender un poco mejor la desnaturalización: http://www.ehu.es/biomoleculas/proteinas/desnaturalizacion.htm y una animación en inglés: http://highered.mcgraw-hill.com/sites/0072943696/student_view0/chapter2/animation__protein_denaturation.htmlPara practicar sobre la desnaturalización: http://www.educa.madrid.org/web/cc.nsdelasabiduria.madrid/Ejercicios/2b/Biologia/proteinas/desnaturalizacion.htmAplicaciones en la cocina de la desnaturalización: http://www.quimitube.com/desnaturalizacion-de-proteinas-de-la-clara-al-merengue/

6- FUNCIONES DE LAS PROTEINAS1) Función 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- Tubulina forma los microtubulos del citoesqueleto- otras proteínas confieren elasticidad y resitencia a órganos y tejidos: colágeno tejido conjuntivo fibroso, la elastina conjuntivo elástico, queratina de la epidermis

2) Función HORMONAL: algunas hormonas son de naturaleza proteíca, como la insulina y el glucagón (regulan los niveles de glucosa en sangre) olas hormonas segregadas por la hipófisis como la del crecimiento o la adrenocorticotropica (regula la síntesis de coticosteroides) o la calcitonina (regula el metabolismo del calcio)

3) Función REGULADORA: ALGUNAS PROTEINAS REGULAN LA EXPRESIÓN DE CIERTOS GENES Y OTRAS REGULAN LA DIVISIÓN CELULAR (LA CICLINA)

4) FUNCIÓN HOMEOSTÁTICA: ALGUNAS MANTIENEN EL EQUILIBRIO OSMÓTICO Y ACTÚAN JUNTO CON OTROS SISTEMAS AMORTIGUADORES PARA MANTENER CONTANTE EL Ph DEL MEDIO INTERNO

5) Función DEFENSIVA: Las inmunoglobulinas actúan como anticuerpos frente a posibles antígenos. La trombina y el fibrinógeno contribuyen a la formación de coagulos sanguíneos para evitar hemorrogias. Las mucinas tienen efecto germicida y protegen a las mucosas

6) Función CONTRACTIL. La actina y la miosina constituyen las miofibrillas responsables de la contracción muscular

7) Función TRANSPORTE: La hemoglobina trnasporta oxigeno en la sangre de los vertebrados. La hemocianina trnasporta oxigeno en invertebrados,la mioglobina oxigeno en musculo.Las lipoproteínas transportan lípidos por la sangre, los citocromos trnasportan electrones

8) Función de RESERVA: La ovoalbúmina de la clara de huevo, la gliadina del grano de trigo y la hordeina de la cebada, constituye la reserva de aas para el desarrollo del embrión. La lactoalbúmina y la caseína de la leche.Con ejemplos: http://proteinas.org.es/funciones-de-las-proteinasPara practicar: http://www.lourdes-luengo.org/actividades/3-4funciones_proteinas.htm

Para repasar todo el tema; practicando http://www.educa.madrid.org/web/cc.nsdelasabiduria.madrid/Ejercicios/2b/Biologia/proteinas/proteinas.htmo haciendo ejercicios tipo test: http://www.testeando.es/test.asp?idA=39&idT=wefhdpxtBuenos apuntes de todo el tema: http://auladenaturales.wordpress.com/2010/10/27/las-proteinas-moleculas-de-la-vida/ y en:http://iesdionisioaguado.org/joomla/index.php?option=com_content&view=article&id=1134:las-proteinas&catid=146:2o-bachillerato&Itemid=125También en: http://docentes.educacion.navarra.es/metayosa/bach2/2bioprote1.htmlEjercicios del tema en: http://javierhobio.wordpress.com/2011/09/25/biologia-2%C2%BA-bachillerato-ejercicios-del-tema-4-proteinas/

Actividades para subir nota:resolver los siguientes ejercicios:

1.        La termolisina es una enzima proteolítica que solamente cataliza la hidrólisis de los enlaces peptídicos en los que la función amino es aportada por la leucina, isoleucina y valina. Con estos datos escribe los péptidos que se obtienen como resultado de la acción de la termolisina sobre el polipéptido:

NH2-Ala-Gly-Val-Trp-Ile-Gly-Arg-Cys-Cys-Met-Trp-COOH

2.- Escribe la reacción de hidrólisis del siguiente tripéptido:  Ala-Tre-Ala

      Alanina: su grupo R es -CH3                        Treonina: su grupo R es –CHOH-CH3

¿Qué tipo de enlace los unía? ¿Qué propiedad posee?

3.-  Para cada una de las siguientes proteínas indique: (Junio 2005)1. Grupo al que pertenece.2. Tipo de estructura que presenta.3. Función biológica que desempeña.   HEMOGLOBINA   QUERATINA     HISTONA  COLÁGENO   AMILASA   INMUNOGLOBULINA MIOSINA      INSULINA    ALBUMINAS      MUCINAS