Unas de las moléculas esenciales para los seres vivos son las proteínas, estas macromoléculas tienen múltiples funciones en la naturaleza y son parte de los conceptos más básicos de la biología molecular. Las proteínas se definen como moléculas formadas por aminoácidos (existen en total veinte tipos de aminoácidos que pueden formar la estructura de las proteínas) las cuales son moléculas formadas por un grupo básico amino y un grupo ácido carboxilo y estos se unen por medio de enlaces péptidos que unen el -NH2 con el -COOH de un aminoácido adyacente. Cuando una secuencia contiene menos de cincuenta aminoácidos se le conocen como péptidos y si supera esta cantidad se le conoce como polipéptidos o proteínas; la combinación de los aminoácidos presentes en la secuencia va a definir la forma y la función de la proteína y esto es determinado por el ribosoma durante el proceso de traducción del ARN el cual contiene la secuencia de aminoácidos que formarán la proteína. La secuencia de la cadena de aminoácidos es conocida como la estructura primaria de la proteína, además de ello las proteínas cuentan con estructuras secundarias (las cuales son establecidas por la ubicación de los enlaces de hidrógeno, se dividen en hélices α y planos ß y son las áreas donde la proteína se dobla o tuerce), terciarias (que le dan a la proteína su forma tridimensional y es formado por las interacciones no covalentes entre los aminoácidos) y cuaternarias (las cuales sólo existen en proteínas con múltiples polipéptidos y une a estos en una sola proteína mediante interacciones no covalentes) las cuales le terminan de da forma a la proteína, la cual juega un papel crucial en las funciones de esta.
Las propiedades de las proteínas son algo difíciles de determinar debido a su variedad y a la complejidad de su estructura más existen dos propiedades básicas que son de importancia para la existencia y el funcionamiento de las proteínas las cuales son la solubilidad en agua y la desnaturalización. En el caso de la solubilidad, las estructuras secundarias y terciarias de las proteínas tienen múltiples interacciones entre sus enlaces y el agua y esta puede determinar la orientación de las cadenas terciarias por las propiedades hidrofílicas e hidrofóbicas (los radicales y cadenas de naturaleza hidrofóbica permanecen dentro de la molécula y los de naturaleza hidrofílica se encuentran al exterior de la molécula); la solubilidad de las proteínas en soluciones acuosas que contienen sales depende de las interacciones electroestáticas e hidrofóbicas de dicha proteína. Con respecto a la desnaturalización es un proceso en el cual la estructura tridimensional de la proteína es cambiada por medio de rupturas o cambios en sus enlaces más la estructura primaria permanece intacta lo cual puede causar la precipitación de esta y puede causar la pérdida parcial o total de su función; algunos agentes de desnaturalización son provenientes de cambios físicos (pH o calor) o de agentes químicos externos como solventes orgánicos.
Las proteínas usualmente son clasificadas por sus funciones y su estructura, con respecto la clasificación de acuerdo a las funciones podemos mencionar:
- Enzimas: Las enzimas son una clase de proteínas las cuales funcionan como un catalizador para acelerar las reacciones químicas y procesos en la naturaleza sin afectar la naturaleza de la reacción. Ejemplos: la lactasa (ayuda en el proceso de digestión de la lactosa) y la ADN polimerasa (construye nuevas moléculas de ADN al leer viejas secuencias de ADN e inserta los nucleótidos correspondientes en la nueva cadena).
- Proteínas estructurales: Las proteínas estructurales tienen como función darle soporte a células, tejidos y órganos. Ejemplos: el colágeno (el cual da soporte a los cartílagos, huesos y tendones del organismo) y la fibroina (la cual es empleada por los gusanos de seda para crear sus capullos).
- Proteínas mensajeras: Como sugiere el nombre, este tipo de proteínas son encargadas de mantener a las células comunicadas entre sí y con el organismo y le dan información al interior de la célula sobre el exterior de esta. Ejemplos: la insulina (la cual activa el receptor de insulina y ordena a los músculos y a las células de grasa almacenar el azúcar en la sangre) y el factor de crecimiento epidémico (EGF) (el cual activa al receptor de EGF en caso de una herida el cual ordena a las células crecer y dividirse para curar la herida).
- Proteínas de regulación: Las proteínas de regulación regulan la expresión de genes del ADN. Ejemplo: la proteína p53 la cual no permite que una célula con ADN danado se divida.
- Proteínas de transporte: Las proteínas de transporte se encargan de mover átomos y moléculas pequeñas dentro y fuera de la célula. Ejemplos: la hemoglobina (que se encuentra en los glóbulos rojos y toma el oxígeno proveniente de la respiración y la transporta a los tejidos del cuerpo) y la citrocromo C (la cual mueve los electrones de una estructura de proteínas a otra lo cual le da más energía a la célula).
- Proteínas sensoriales: Las proteínas sensoriales ayudan a la capacidad sensorial del individuo. Ejemplos: la opsina (la cual detecta la luz y la transforma en señales eléctricas y químicas para que puedan ser detectadas por el cerebro) y la proteína TRPA1 (la cual le da la capacidad a las serpientes de cascabel de detectar el calor corporal).
- Proteínas motoras: Las proteínas motoras hacen que las células estén en constante movimiento y cambio. Ejemplos: las actinas (las cuales contribuyen en varios tipos de movimiento) y la dineína junto con la kinesina (las cuales participan en el transporte retrógrado de la célula).
- Proteínas de defensa: Las proteínas de defensa ayudan a los organismos a contrarrestar virus, bacterias e infecciones y curar tejido dañado. Ejemplos: los anticuerpos (los cuales se encargan de detectar cuerpos foráneos como bacterias y virus y destruirlos) y la fibrina (la cual tiene un papel importante en el proceso de coagulación ya que forma una especie de "pegamento" entre la piel que se expone al momento de una herida).
- Proteínas de almacenamiento: Las proteínas de almacenamiento almacenan nutrientes y moléculas energéticas para su uso posterior: Ejemplos: el gluten (el cual es almacenado en las semillas de las plantas para su crecimiento) y la ovoalbúmina (la cual se encuentra en la clara del huevo y provee al embrión de energía).
Además de su clasificación por funciones, las proteínas también pueden ser clasificadas de acuerdo sus propiedades estructurales; estas se clasifican en familias (las cuales son un grupo de proteínas que poseen orígenes evolutivos similares reflejados en sus similaridades en funciones y secuencias), dominios (los cuales son unidades estructurales o funcionales en las proteínas) y secuencias (las cuales toman en cuenta sus sitios activos, modificaciones después del proceso de traducción y sus repeticiones). Todas estas clasificaciones son hechas con el objetivo de facilitar el estudio de la proteínas y hacer más sencillo el trabajo de predicción de secuencias (en lo cual juega un rol muy importante la bioinformática y su herramientas de lectura de secuencias) de proteínas el cual es una de las tareas más importantes para conocer a fondo el funcionamiento de estas y la influencia que tienen sobre los organismos, además las proteínas son estudiadas con fines no tan sólo investigacionales sino médicos, farmacéuticos, alimenticios, industriales y ambientales ya que su rango de funciones es muy amplio y las posibilidades de aplicación en estos campos son igualmente amplias.
Y así termino con la serie de artículos relacionados con la bioquímica. Les recomiendo visitar el website de la Universidad de Utah donde encontrarán información sobre la determinación de la secuencia de las cadenas de proteínas, las proteínas son un tema muy amplio y es difícil sintetizar toda la información en un sólo artículo. Además les dejo este vídeo por el canal Crash Course el cual resume la información sobre las macromoléculas. Por último si les gustan estos artículos y mi trabajo compartan este blog en sus redes sociales.
