Proteínas
Las proteínas son las macromoléculas más complejas que existen y es por esta razón que pueden llevar a cabo funciones muy variadas, algunas realmente sorprendentes como captar la luz solar y usar esa energía para transferir electrones de una molécula a otra (algo como una celda solar, pero diseñada hace unos 2500 millones de años), también pueden producir luz (como la luciferasa en las luciérnagas), permiten la contracción muscular, son enzimas, toxinas, canales de transporte a través de la membrana y muchas otras funciones. Las proteínas están constituidas de aminoácidos unidos covalentemente uno tras otro por medio de un enlace llamado enlace peptídico.
Cuando hablamos de proteínas solemos pensar en carne, en realidad las "proteínas de la carne" son principalmente la miosina y actina de las células del músculo. Estas proteínas miosina y actina se les conoce como proteínas contráctiles y son las responsables de que el músculo se pueda contraer, sin embargo, esta función es sólo una de las muchas funciones que tienen las proteínas.
Todas las actividades que pueden realizar las células dependen de una o varias proteínas, de tal forma que si una célula puede realizar fotosíntesis es porque tiene un grupo de proteínas asociadas a esa función (proteínas para captar la luz, transferir electrones, sintetizar ATP, etc); si una célula puede eliminar alguna molécula contaminante es porque tiene una enzima (proteína) capaz de hacer una reacción química para inactivar dicho contaminante. Y así con cualquier función celular que podamos mencionar.
Por supuesto, debemos recordar que cada proteína está codificada por un gen ubicado dentro del genoma de la célula, esto significa que si un organismo o célula pueden hacer alguna función es porque poseen un gen que codifica para una proteína que lleva a cabo o participa en dicha función. En otras palabras, una célula puede hacer alguna función si tiene codificada la información genética para hacerlo, pero en última instancia son las proteínas las que realizan dicha función.
Las proteínas fibrosas son más alargadas y delgadas, normalmente sirven de soporte o facilitan la movilidad de la célula; la actina y la miosina son ejemplos de proteínas fibrosas. Las proteínas de membrana, como su nombre lo dice, están asociadas a membranas de la célula y pueden ser, a su vez, integrales (que atraviesan la membrana) o periféricas (que están en un extremo de la membrana, ya sea en el lado interno o en el externo). Una de las funciones más extendidas de las proteínas de membrana es la de controlar el paso de sustancias al interior (o al exterior) de la célula o de los organelos en las células eucariotas.
Independientemente de la forma (globular, fibrosa o de membrana) de las proteínas y de la función que realiza dentro de la célula, su estructura se puede estudiar a cuatro niveles denominados estructura primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria.
ESTRUCTURA PRIMARIA
La estructura primaria de una proteína es la secuencia de aminoácidos que están unidos covalentemente uno tras otro.
Como podemos ver en la figura anterior, la estructura primaria se puede representar con la fórmula química de los aminoácidos, con los nombres completos (Alanina, treonina, glicina, fenilalanina, leucina, fenilalanina, serina, isoleucina, glicina, etc), con el código de 3 letras (Ala-Thr-Gly-Ala-Phe-Leu-Ala-Phe-Ser-Ile-Gly ...) o bien con el código de una letra (ATGAFLAFSIG ...) dependiendo de las características que se quieran resaltar. En el siguiente video podemos ver la estructura tridimensional de los 20 aminoácidos que conforman a las proteínas.
En la secuencia que se muestra a continuación, se ejemplifica a una proteína de 235 aminoácidos representada en su estructura primaria, es decir, en su secuencia de aminoácidos y usando el código de una letra como normalmente se utiliza en bioinformática.
ESTRUCTURA SECUNDARIA
La estructura secundaria de las proteínas es el arreglo local de los aminoácidos que conforman la estructura primaria. Es decir, la forma en cómo interactúan los aminoácidos con sus vecinos más cercanos. Recordemos que los aminoácidos pueden tener carga positiva, negativa, ser neutros, hidrofóbicos, hidrofílicos, y cada uno puede tener algún tipo de interacción con otro aminoácido (por ejemplo los hidrofóbicos interactúan con otros hidrofóbicos). Las estructuras secundarias que existen dentro de las proteínas son de tres tipos: Hélices Alfa, Hojas plegadas Beta y Asas o loops.
En la siguiente figura podemos ver la estructura secundaria de la proteína de 235 aminoácidos mencionada arriba. Esta secuencia de aminoácidos se encuentra alineada con su estructura primaria, de tal forma que podemos distinguir cuales son los aminoácidos que están formando las hélices alfa, cuales están formando las hojas beta y cuales están en los loops.
En la actualidad se puede predecir con cierta certeza qué estructura secundaria formará una determinada secuencia de aminoácidos, sin embargo no es posible saber cuál será el plegamiento que éstas tendrán en el espacio.
ESTRUCTURA TERCIARIA
La estructura terciaria es el arreglo tridimensional que tiene la estructura secundaria, es decir, representa la forma que tiene la proteína. Esta estructura terciaria es la forma funcional de una proteína y está determinada por la secuencia de aminoácidos que contiene, se puede representar de diversas formas dependiendo de qué es lo que se quiere resaltar.
El modelo de superficie nos muestra la capa de átomos más externa que está expuesta al solvente, es decir, los átomos de la proteína que pueden interactuar con las moléculas de agua. No nos dice mucho de su estructura interna (primaria o secundaria) pero nos da una imagen de como la veríamos en la realidad. El modelo de esferas nos representa todos los átomos de la proteína y podemos ver la ubicación exacta de cada uno de ellos. El modelo de listones es el más utilizado para representar a las proteínas porque nos permite ver la estructura secundaria que la compone, además de que podemos resaltar algunas características, por ejemplo, cuantas cadenas tiene (en este caso son dos, una mostrada en rojo y otra en azul) o la presencia de puentes disulfuro (en este caso tres mostrados en amarillo). Por supuesto, también podemos hacer combinaciones de estas formas de representar las proteínas como se muestra en este video.
ESTRUCTURA CUATERNARIA
La estructura cuaternaria es el agrupamiento de estructuras terciarias para hacer una proteína más grande que pueda realizar funciones más complejas. Es común que estas proteínas presenten simetría y estén constituidas por una misma proteína que se repita varias veces, en cuyo caso serán: dímeros constituidas por dos proteínas, trímeros por tres, tetrámeros por cuatro y así sucesivamente. También es posible que la estructura cuaternaria esté formada por proteínas diferentes como un complejo proteico, por ejemplo el Complejo I de la "cadena de transporte de electrones" ubicado en la mitocondria.
La estructura cuaternaria puede formar complejos proteicos realmente enormes como son los fotosistemas, los proteosomas, la ATP-sintasa, los ribosomas (que además contienen ARN) y por supuesto los virus. Visita también nuestro tema de las Enzimas.
Ir al tema siguiente: Los aminoácidos.
Ir al tema anterior: Los ácidos nucleicos.
Te invitamos a ver este video sobre la estructura de las proteínas, fue hecho por el Protein Data Bank, está en ESPAÑOL !!
Cuando hablamos de proteínas solemos pensar en carne, en realidad las "proteínas de la carne" son principalmente la miosina y actina de las células del músculo. Estas proteínas miosina y actina se les conoce como proteínas contráctiles y son las responsables de que el músculo se pueda contraer, sin embargo, esta función es sólo una de las muchas funciones que tienen las proteínas.
Todas las actividades que pueden realizar las células dependen de una o varias proteínas, de tal forma que si una célula puede realizar fotosíntesis es porque tiene un grupo de proteínas asociadas a esa función (proteínas para captar la luz, transferir electrones, sintetizar ATP, etc); si una célula puede eliminar alguna molécula contaminante es porque tiene una enzima (proteína) capaz de hacer una reacción química para inactivar dicho contaminante. Y así con cualquier función celular que podamos mencionar.
Por supuesto, debemos recordar que cada proteína está codificada por un gen ubicado dentro del genoma de la célula, esto significa que si un organismo o célula pueden hacer alguna función es porque poseen un gen que codifica para una proteína que lleva a cabo o participa en dicha función. En otras palabras, una célula puede hacer alguna función si tiene codificada la información genética para hacerlo, pero en última instancia son las proteínas las que realizan dicha función.
Estructura de Proteínas
Como ya se mencionó, las funciones de las proteínas son muy variadas, pero su estructura tiene similitudes. Hablando de la forma, podemos decir que existen básicamente tres tipos de proteínas: Las proteínas globulares, las fibrosas y las de membrana. Las proteínas globulares, como su nombre lo indica, son proteínas "redondeadas", "esféricas" o en forma de "globo", su principal característica es que son solubles y por tanto pueden ir libremente a muchos sitios dentro o fuera de la célula. Las enzimas, hormonas peptídicas, anticuerpos son algunos ejemplos de proteínas globulares.
Las proteínas fibrosas son más alargadas y delgadas, normalmente sirven de soporte o facilitan la movilidad de la célula; la actina y la miosina son ejemplos de proteínas fibrosas. Las proteínas de membrana, como su nombre lo dice, están asociadas a membranas de la célula y pueden ser, a su vez, integrales (que atraviesan la membrana) o periféricas (que están en un extremo de la membrana, ya sea en el lado interno o en el externo). Una de las funciones más extendidas de las proteínas de membrana es la de controlar el paso de sustancias al interior (o al exterior) de la célula o de los organelos en las células eucariotas.
Independientemente de la forma (globular, fibrosa o de membrana) de las proteínas y de la función que realiza dentro de la célula, su estructura se puede estudiar a cuatro niveles denominados estructura primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria.
ESTRUCTURA PRIMARIA
La estructura primaria de una proteína es la secuencia de aminoácidos que están unidos covalentemente uno tras otro.
Como podemos ver en la figura anterior, la estructura primaria se puede representar con la fórmula química de los aminoácidos, con los nombres completos (Alanina, treonina, glicina, fenilalanina, leucina, fenilalanina, serina, isoleucina, glicina, etc), con el código de 3 letras (Ala-Thr-Gly-Ala-Phe-Leu-Ala-Phe-Ser-Ile-Gly ...) o bien con el código de una letra (ATGAFLAFSIG ...) dependiendo de las características que se quieran resaltar. En el siguiente video podemos ver la estructura tridimensional de los 20 aminoácidos que conforman a las proteínas.
En la secuencia que se muestra a continuación, se ejemplifica a una proteína de 235 aminoácidos representada en su estructura primaria, es decir, en su secuencia de aminoácidos y usando el código de una letra como normalmente se utiliza en bioinformática.
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ESTRUCTURA SECUNDARIA
La estructura secundaria de las proteínas es el arreglo local de los aminoácidos que conforman la estructura primaria. Es decir, la forma en cómo interactúan los aminoácidos con sus vecinos más cercanos. Recordemos que los aminoácidos pueden tener carga positiva, negativa, ser neutros, hidrofóbicos, hidrofílicos, y cada uno puede tener algún tipo de interacción con otro aminoácido (por ejemplo los hidrofóbicos interactúan con otros hidrofóbicos). Las estructuras secundarias que existen dentro de las proteínas son de tres tipos: Hélices Alfa, Hojas plegadas Beta y Asas o loops.
En la siguiente figura podemos ver la estructura secundaria de la proteína de 235 aminoácidos mencionada arriba. Esta secuencia de aminoácidos se encuentra alineada con su estructura primaria, de tal forma que podemos distinguir cuales son los aminoácidos que están formando las hélices alfa, cuales están formando las hojas beta y cuales están en los loops.
En la actualidad se puede predecir con cierta certeza qué estructura secundaria formará una determinada secuencia de aminoácidos, sin embargo no es posible saber cuál será el plegamiento que éstas tendrán en el espacio.
ESTRUCTURA TERCIARIA
La estructura terciaria es el arreglo tridimensional que tiene la estructura secundaria, es decir, representa la forma que tiene la proteína. Esta estructura terciaria es la forma funcional de una proteína y está determinada por la secuencia de aminoácidos que contiene, se puede representar de diversas formas dependiendo de qué es lo que se quiere resaltar.
El modelo de superficie nos muestra la capa de átomos más externa que está expuesta al solvente, es decir, los átomos de la proteína que pueden interactuar con las moléculas de agua. No nos dice mucho de su estructura interna (primaria o secundaria) pero nos da una imagen de como la veríamos en la realidad. El modelo de esferas nos representa todos los átomos de la proteína y podemos ver la ubicación exacta de cada uno de ellos. El modelo de listones es el más utilizado para representar a las proteínas porque nos permite ver la estructura secundaria que la compone, además de que podemos resaltar algunas características, por ejemplo, cuantas cadenas tiene (en este caso son dos, una mostrada en rojo y otra en azul) o la presencia de puentes disulfuro (en este caso tres mostrados en amarillo). Por supuesto, también podemos hacer combinaciones de estas formas de representar las proteínas como se muestra en este video.
ESTRUCTURA CUATERNARIA
La estructura cuaternaria es el agrupamiento de estructuras terciarias para hacer una proteína más grande que pueda realizar funciones más complejas. Es común que estas proteínas presenten simetría y estén constituidas por una misma proteína que se repita varias veces, en cuyo caso serán: dímeros constituidas por dos proteínas, trímeros por tres, tetrámeros por cuatro y así sucesivamente. También es posible que la estructura cuaternaria esté formada por proteínas diferentes como un complejo proteico, por ejemplo el Complejo I de la "cadena de transporte de electrones" ubicado en la mitocondria.
La estructura cuaternaria puede formar complejos proteicos realmente enormes como son los fotosistemas, los proteosomas, la ATP-sintasa, los ribosomas (que además contienen ARN) y por supuesto los virus. Visita también nuestro tema de las Enzimas.
Para aprender más puedes visitar alguno de estos enlaces externos (en inglés)
Protein folding
What is a Protein? (Protein Data Bank)
Protein dinamics
Protein folding
What is a Protein? (Protein Data Bank)
Protein dinamics
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Ir al tema anterior: Los ácidos nucleicos.
Te invitamos a ver este video sobre la estructura de las proteínas, fue hecho por el Protein Data Bank, está en ESPAÑOL !!
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