¿Qué son las proteínas?
Las proteínas son las macromoléculas biológicas más abundantes, existen en todas las células. Constituyen una parte esencial de nuestra alimentación y ¡sirven para todo!
Familia de proteínas contra la sequía de una planta
Están constituidas por unas unidades básicas llamadas aminoácidos. Todas las proteínas, sin excepción, desde las que forman parte de las bacterias más antiguas, hasta las integrantes de las formas más complejas de vida, están constituidas únicamente por 20 aminoácidos.
Lo que es verdaderamente extraordinario, es que las células pueden producir proteínas diferentes con propiedades completamente distintas mediante la unión exclusiva de estos 20 aminoácidos de formas y en secuencias distintas.
A partir de estas unidades básicas, diferentes organismos pueden producir substancias tan diferentes como enzimas, hormonas, anticuerpos, fibras musculares, plumas, telas de araña, cuernos de rinocerontes, proteínas de la leche, antibióticos, venenos de los hongos u otros compuestos con actividades biológicas muy diversas.
Las proteínas son cadenas de aminoácidos unidos por un enlace especial llamado enlace peptídico.
Formación de una proteína a partir de diferentes aminoácidos
Los aminoácidos: las unidades estructurales de las proteínas
En la Naturaleza existen unos 300 tipos de aminoácidos distintos, pero sólo 20 constituyen las unidades básicas de las proteínas. De los 20 aminoácidos, el cuerpo humano sólo puede fabricar 12, los 8 restantes, llamados aminoácidos esenciales, debe ingerirlos.
Se denominan aminoácidos esenciales, no porque sean más importantes para la vida que el resto, si no porque el cuerpo humano no puede sintetizarlos -fabricarlos-.
De hecho, no todos los aminoácidos se sintetizan en el cuerpo humano. Stanley Miller hacia los años 50, demostró que podían formarse aminoácidos sencillos a partir de moléculas pequeñas inorgánicas -que no forman parte de los seres vivos-.
Esta es la lista de los 20 aminoácidos del cuerpo humano:
Pero ¿qué tienen de especial los aminoácidos?
Los aminoácidos están constituidos por 5 elementos diferentes: carbono -C-, oxígeno -O-, nitrógeno -N-, hidrógeno -H- y algunos también por azufre -S-. Todos tienen la misma estructura básica, cuya fórmula química general es:
NH2-HCR-COOH
que escrita de forma desarrollada es:
Grupos amino, R y carboxilo de un aminoácido
La zona verde, -NH2, se denomina grupo amino y la amarilla, -COOH, grupo carboxilo. Ambos grupos son comunes a todos los aminoácidos, y lo que diferencia a unos de otros es el grupo R, que es muy variado en cuanto a propiedades y volumen y es el que confiere a cada aminoácido las propiedades específicas. El H es común también para todos los aminoácidos.
La gran cualidad de este grupo de moléculas, es que el grupo amino puede reaccionar con el grupo carboxilo formando un enlace llamado enlace peptídico:
El enlace peptídico
De esta forma, como cada aminoácido pueden reaccionar por sus dos extremos, pueden formar cadenas muy largas y muy diferentes en cuanto a su secuencia de aminoácidos.
Cuando se forma un enlace peptídico, se libera una molécula de agua:
Pérdida de agua al formarse el enlace peptídico
Y ahora vamos a las proteínas…
Ya sabemos que los aminoácidos pueden reaccionar entre sí formando cadenas más o menos largas, dando lugar a las proteínas.
Así, podemos imaginarnos la siguiente cadena formada por una secuencia de aminoácidos concreta, simbolizados por sus siglas:
Estructura primaria de las proteínas
Esta estructura es la que se conoce como estructura primaria.
Escrita a nivel molecular sería:
Esta cadena puede retorcerse dando lugar a una lámina beta:
Estructura secundaria en forma de lámina beta
O, a una hélice:
Estructura secundaria en forma de alfa hélice
“Cuando vi la hélice alfa y admiré aquella estructura tan bella y elegante, me quedé maravillado.” Max Perutz, premio Nobel de Química 1962.
Estas dos estructuras tridimensionales se conocen como estructuras secundarias.
La proteína de la tela de araña está constituida principalmente por el aminoácido glicina, cuyo grupo R no es más que un átomo de hidrógeno. Esta proteína forma láminas beta y son las responsables de que estas fibras sean tan fuertes como el acero.
Si ahora enredamos la hélice entre sí, obtenemos lo que se conoce como estructura terciaria:
Estructura terciaria de una proteína
que puede incluir y transportar, por ejemplo, átomos de hierro formando la hemoglobina de la sangre:
Hemoglobina
Y finalmente, varias cadenas de diferentes proteínas pueden unirse y entrelazarse entre sí, formando la estructura cuaternaria:
Estructura cuaternaria de las proteínas
¿Para qué sirven las proteínas en el cuerpo humano?
Las proteínas tienen múltiples funciones. Se estima que un 20% de cada célula animal está formada por proteínas de mil tipos distintos. Esto es fácil de imaginar teniendo en cuenta que únicamente con 5 aminoácidos pueden formarse más de 3 millones de combinaciones posibles de cadenas. Su forma siempre es esencial.
Uno de los papeles principales de las proteínas es el de catalizadores biológicos, es decir, enzimas. Las reacciones que se producen constantemente en el cuerpo tienen una limitación: no se puede superar la temperatura corporal. La forma tridimensional de las proteínas es la clave, pues determina cómo interactúan con las moléculas involucradas. La alfa amilasa es la enzima responsable de la rotura de los carbohidratos.
Rotura de carbohidratos por acción enzimática
Otra de sus funciones es transportar moléculas, gases y sustancias a través del organismo, por ejemplo, la hemoglobina.
Almacenaje, reserva de elementos nutritivos o energéticos: la ferritina es una reserva de hierro
Ferritina: reserva de hierro
Las proteínas también están encargadas de crear movimiento, como la bomba de calcio. una proteína que tiene la capacidad de transportar calcio desde el citoplasma de las células hacia el espacio extracelular.
Ejercen protección contra los antígenos, sustancias extrañas que entran en el organismo. Las inmunoglobulinas se asocian a los antígenos, aglutinándolos y precipitándolos para expulsarlos del organismo.
Construyen estructuras para soportar tensiones y fuerzas: queratina -proteína fibrosa que se encuentra en las uñas, pelos, cuernos, plumas, etc.-, colágeno -provee resistencia, contenida en la piel y los huesos- y elastina -que provee elasticidad a los tejidos del cuerpo.
Proteínas estructurales de la piel: queratina, colágeno y elastina
Ejercen funciones de comunicación, en las que la proteína encaja perfectamente con su receptor en la célula, por ejemplo, las endorfinas:
Receptores específicos en las células
La magia de las proteínas
Las proteínas se fabrican en las células según una organización perfecta, cuya complejidad no puede compararse con ningún otro sistema productivo.
En este sistema no hay lugar para el error. Cualquier desviación en el proceso, se corrige inmediatamente, debido a un sistema de control de calidad sumamente efectivo.
La síntesis de proteínas tiene lugar a una velocidad enorme. Por ejemplo, E. coli sintetiza una molécula de proteína que contiene 100 aminoácidos ¡en tan sólo 5 segundos!
Durante la producción, más de 300 macromoléculas trabajan conjuntamente de forma coordinada. Este trabajo tiene lugar en tan sólo una milésima parte de milímetro, bajo la acción de cientos de pequeñas moléculas. En el caso de que una de estas moléculas falle, toda la cadena de producción se viene abajo.
Todo esto ¿no es realmente magia?
Bibliografía
“50 cosas que hay que saber sobre Química”, Hayley Birch, 2015, Ariel
https://www.youtube.com/watch?v=wvTv8TqWC48
https://www.youtube.com/watch?v=Gi9A56nu01E
https://www.youtube.com/watch?v=qBRFIMcxZNMhttp://gavetasdemiescritorio.blogspot.com.es/2012/09/funciones-biologicas-de-las-proteinas.html
http://harunyahya.com/en/Books/21017/the-miracle-of-protein/chapter/165
