La estructura de las proteínas primarias: ¿Qué es y por qué es importante?

Las proteínas son moléculas de aminoácidos unidas por enlaces peptídicos en un orden específico denominado secuencia de aminoácidos. La estructura primaria de una proteína significa, además de su secuencia de aminoácidos, el número de cadenas polipeptídicas que componen una determinada molécula de proteína, así como el número y la posición de los puentes disulfuro en ella.

Después de la biosíntesis, las proteínas están sujetas a procesos de modificación postraduccional en los que se produce la unión covalente de componentes individuales a residuos laterales de aminoácidos. La estructura primaria de las proteínas contiene una gran cantidad de información sobre la base de la cual se han formado conceptos modernos en bioquímica. Determinar la estructura primaria de las proteínas es uno de los trabajos típicos a los que se enfrentan los bioquímicos.

Enlace peptídico

Los α-aminoácidos pueden formar un enlace amida entre el grupo α-amino de uno y el grupo α-carboxilo de otro aminoácido con la eliminación de una molécula de agua:

El enlace amida CO-NH resultante se denomina enlace peptídico. Durante la biosíntesis de proteínas, la formación de un enlace peptídico se asocia con la hidrólisis de cuatro enlaces anhídridos en la molécula de ATP y GTP con un cambio de energía libre total de aproximadamente 60 kJ/mol. Se necesitan alrededor de 20 kJ/mol para la síntesis de un enlace peptídico, el resto se consume en el proceso de traducción del ARN en un polipéptido.

La energía de activación para la reacción de hidrólisis es alta, por lo que la hidrólisis del enlace peptídico en solución acuosa se produce únicamente en presencia de catalizadores (ácidos, bases, enzimas proteolíticas) que, al disminuir la energía de activación, aumentan significativamente la velocidad de esta reacción. En ausencia de un catalizador, el enlace peptídico va a ser muy estable tanto en condiciones fisiológicas como en trabajos experimentales con proteínas.

Flat lay kitchen utensils with grains
Source: Freepik.com

Enlace disulfuro

El enlace disulfuro se forma por la oxidación de residuos de cisteína a cistina.

Para que se forme el enlace S-S, las dos partes de la secuencia peptídica deben unirse en un cierto ángulo. Un puente disulfuro -S-S- ocurre entre dos cadenas polipeptídicas (como en la insulina) o entre partes de la misma cadena polipeptídica (como en la insulina y la ribonucleasa).

Un residuo de cisteína dado se combina con un solo residuo de cisteína particular en la cadena polipeptídica, por lo que las combinaciones de puentes disulfuro en una sola proteína son únicas. La formación de disulfuro no está determinada genéticamente. Los puentes disulfuro se forman después del proceso de biosíntesis de proteínas.

El enlace disulfuro estabiliza la estructura de la proteína y ocurre en proteínas ubicadas en el espacio extracelular. Los ejemplos típicos son el veneno de serpiente, las hormonas peptídicas, las enzimas del tracto digestivo, las inmunoglobulinas, la lisozima y las proteínas de la leche. Proteínas que están en la célula y nunca la dejan y raramente contienen puentes disulfuro. La mayoría de las proteínas contienen cisteína o cistina, y muy raramente ambos aminoácidos.

Nomenclatura

Un aminoácido incrustado en una cadena peptídica se denomina residuo de aminoácido y se marca agregando el sufijo -in al final del nombre del aminoácido y reemplazándolo con -yl.

Según la convención IUPAC-IUB, una proteína es una cadena polipeptídica que contiene más de 50 residuos de aminoácidos, mientras que una cadena polipeptídica que contiene 50 o menos residuos de aminoácidos se denomina péptido. El nombre del péptido se forma agregando un prefijo para el número de residuos de aminoácidos que contiene (di-, tri-, tetra-, penta- y así sucesivamente – péptido). Los oligopéptidos contienen varios residuos de aminoácidos. Los polipéptidos que consisten en residuos de aminoácidos idénticos son homopolipéptidos, y los que consisten en diferentes residuos son heteropolipéptidos.

La secuencia de aminoácidos en la cadena polipeptídica se escribe desde el extremo donde hay un grupo α-amino libre (N-terminal). El extremo de la cadena polipeptídica donde se encuentra el grupo COOH se denomina C-terminal. Es práctica mostrar la secuencia de aminoácidos usando abreviaturas para los nombres de los aminoácidos.


Determinación de la estructura primaria de las proteínas

La determinación de la secuencia de aminoácidos consiste en:

  • separación de cadenas polipeptídicas
  • ruptura de puentes disulfuro
  • determinar la composición de aminoácidos de cada cadena polipeptídica
  • identificación de extremos N- y C-terminal
  • fragmentación de la cadena polipeptídica y determinación de la composición de aminoácidos de cada fragmento
  • repitiendo el paso 5 usando otro procedimiento de corte de cadena polipeptídica. Este procedimiento da como resultado una secuencia de aminoácidos superpuesta.
  • Reconstrucciones de la secuencia de aminoácidos de todo el polipéptido.
  • Determinación de la posición de los puentes disulfuro entre dos cisteínas

Separación de cadenas polipeptídicas

La disociación de proteínas en cadenas polipeptídicas se realiza mediante un cambio extremo de pH, agregando urea 8M, clorhidrato de guanidina 6 M o altas concentraciones de sal. Esto conduce a la ruptura del enlace de hidrógeno en la proteína y entre la proteína y el solvente. Las cadenas polipeptídicas resultantes se separan según el tamaño o la carga.

Dna chromosome
Source: Freepik.com

Secuenciación de proteínas y ADN recombinante

La secuencia de aminoácidos de una proteína también se puede determinar secuenciando el segmento correspondiente en la molécula de ADN. Los métodos de secuenciación de ADN son más rápidos y sencillos que los métodos de secuenciación de proteínas ya descritos. De esta forma, se determinó la secuencia de más de 106 residuos en más de 3.000 proteínas. Sin embargo, aun así, la determinación directa de la estructura primaria de las proteínas es indispensable por varias razones. La posición de los puentes disulfuro solo puede determinarse mediante la secuenciación de proteínas. Muchas proteínas se modifican después de la biosíntesis. Estas modificaciones solo pueden identificarse mediante secuenciación directa de proteínas. En algunos casos, no es posible aislar el fragmento de ADN que contiene la información de la secuencia de una proteína determinada.

Por tanto, la determinación de la secuencia de aminoácidos de la proteína a partir de la secuencia de bases del ADN no puede sustituir a la determinación directa de la estructura primaria de la proteína, sino que es complementaria a ésta.


¿Qué son las proteínas primarias?

Las proteínas son las moléculas orgánicas más importantes para los sistemas vivos, que, después de todo, es lo que dice su propio nombre. El origen griego, proteus, que significa primero, lo más importante. Es difícil señalar una función en un organismo o célula que tenga lugar sin la ayuda de proteínas.

¿Qué es la estructura de las proteínas primarias?

Se construyen, en la mayoría de los casos, a partir de una gran cantidad de aminoácidos que están conectados por enlaces peptídicos. El aminoácido contiene tres grupos:

  • grupo amino,
  • grupo carboxílico i
  • grupo lateral (radicales)

Los grupos amino y carboxilo son los mismos para todos los aminoácidos, mientras que los grupos laterales difieren en diferentes aminoácidos y son específicos de cada aminoácido. Un enlace peptídico se forma entre dos aminoácidos al unir el grupo amino de un aminoácido y el grupo carboxilo de otro aminoácido, liberando una molécula de agua. Cuando solo dos aminoácidos están conectados por un enlace peptídico, se forma un dipéptido y los tres aminoácidos conectados dan un tripéptido.

Un gran número de aminoácidos conectados por enlaces peptídicos forman largas cadenas polipeptídicas. Las cadenas polipeptídicas representan polímeros, mientras que los aminoácidos son monómeros. Más precisamente, las cadenas polipeptídicas consisten en residuos de aminoácidos, porque las moléculas de agua se pierden durante la formación de enlaces peptídicos. El número, tipo y secuencia de aminoácidos en la cadena polipeptídica representa la estructura primaria de la proteína.

Esta estructura está determinada por los genes. Todas las proteínas se construyen con combinaciones de 20 aminoácidos diferentes (20 aminoácidos se pueden combinar en un número ilimitado de formas). Las plantas son los únicos organismos capaces de producir todos los aminoácidos necesarios. Los animales y los humanos pueden sintetizar solo algunos aminoácidos, mientras que el resto debe ingerirse a través de los alimentos. Estos aminoácidos se denominan y se consideran esenciales. Los aminoácidos esenciales para el ser humano son, por ejemplo, la arginina, la valina, la leucina…

Ketogenic low carbs diet food selection white wall
Source: Freepik.com

¿Por qué es importante conocer la estructura de las proteínas primarias?

La estructura de las proteínas es muy importante para todos los involucrados en la nutrición, el tratamiento y otras actividades médicas. Y la razón de esto es muy simple: saber combinarlas y usarlas correctamente y de la mejor manera.

Además de construir la célula y sus partes, las proteínas realizan todas las funciones básicas del cuerpo. Enumeraremos solo los más famosos:

  • las proteínas estructurales dan a la célula su tamaño y forma y participan en los movimientos celulares y las interconexiones celulares; los más conocidos son la queratina (que se encuentra en la piel), la elastina (que se encuentra en los ligamentos) y el colágeno (que se encuentra en los tendones).
  • proteínas reguladoras, las hormonas tienen el papel de reguladores del metabolismo; casi no hay proceso en el cuerpo humano que no esté directa o indirectamente influenciado por una o más hormonas; las glándulas endocrinas los segregan a la sangre, para llegar a los órganos sobre los que actúan; Químicamente, las hormonas pueden ser proteínas, derivados de aminoácidos o esteroides.
  • los anticuerpos son proteínas protectoras (de defensa); reaccionan con grandes moléculas extrañas al organismo (antígenos) e impiden su acción; el antígeno puede ser alguna bacteria, virus o veneno;
  • las enzimas son catalizadores biológicos; todas las enzimas son proteínas
  • las proteínas de transporte son capaces de unir ciertas moléculas y transportarlas a través de las membranas celulares o la sangre; así, la hemoglobina transporta oxígeno desde los pulmones a todos los tejidos y transporta dióxido de carbono en la dirección opuesta; la albúmina del plasma sanguíneo transfiere ácidos grasos;
  • Las proteínas contráctiles son los elementos básicos en las células musculares que logran la contracción (acortamiento), como la actina y la miosina.
  • Las proteínas de reserva se acumulan en semillas y huevos y tienen la función de almacenamiento de aminoácidos que se utilizan para el crecimiento y desarrollo del embrión.

¿Cómo se pueden clasificar las proteínas primarias según su estructura molecular?

Aparte de su forma, las proteínas también se pueden dividir según su composición en simples y complejas. Las proteínas simples consisten solo en aminoácidos, mientras que las proteínas complejas tienen alguna otra parte además de la proteína (llamada grupo prostético). Así, el grupo prostético en una glicoproteína es un azúcar y en una lipoproteína un lípido.

¿Cuáles son los principales tipos de enlaces peptídicos que unen a las aminas y a los carbonos en las proteínas primarias?»

Un enlace peptídico (enlace amida) es un enlace químico covalente que se forma entre dos moléculas cuando el grupo carboxilo de una molécula reacciona con el grupo amino de otra molécula, liberando moléculas de agua (H2O).

Este proceso es una deshidratación sintasa (también conocida como reacción de condensación) y generalmente ocurre entre aminoácidos. El enlace C(O)NH resultante se denomina enlace peptídico, mientras que la molécula resultante es una amida. Un grupo funcional con cuatro átomos, -C(=O)NH-, se denomina enlace peptídico. Los polipéptidos y las proteínas son cadenas de aminoácidos unidas por enlaces peptídicos, como el PNA.

3d medical background with virus cells dna strand
Source: Freepik.com

Proteínas en el cuerpo humano

La función de la proteína en el cuerpo humano es muy importante. Su importancia se refleja en muchas esferas, algunas de las cuales son cruciales para el funcionamiento normal del organismo.

  • Entonces, ¿por qué las proteínas son importantes para el cuerpo?
  • Las proteínas promueven el crecimiento y la regeneración de tejidos, lo que mejora la recuperación después de enfermedades y lesiones;
  • El papel de la proteína en el cuerpo humano es mejorar la función muscular;
  • Gracias a las proteínas del organismo se mantiene el funcionamiento normal de músculos y órganos;
  • Transmiten información en forma de impulsos entre órganos y células;
  • Fortalecen la inmunidad.

De todo lo anterior, queda claro que las proteínas son muy importantes para el cuerpo. Si quieres aumentarlos de forma natural, consume más carne roja, pescado y pollo, pero también semillas y frutas con hueso.

Las proteínas son importantes en el propio microorganismo, es decir, a nivel celular. Gracias a ellos, el cuerpo funciona bien, aunque no veamos ese trabajo y esa importancia.

Uno de los roles importantes de las proteínas en nuestro cuerpo es la regeneración celular. De esta manera, los tejidos y las células se renuevan. Esto es especialmente importante después de una lesión, lactancia o enfermedad.

Exactamente de la misma manera, las proteínas construyen la estructura de la propia célula. Es muy importante para el funcionamiento del organismo, porque la célula adecuada afecta la construcción de tejidos. Es así como se fortalecen las uñas y el cabello, y también incide en el correcto cuidado de manos y uñas, previniendo su deterioro.

Hay una serie de procesos bioquímicos que son posibles gracias a las proteínas. De ello se deduce que el papel de las proteínas en nuestro organismo es muy importante. Por otro lado, muchos procesos importantes no se habrían llevado a cabo sin ellos. Las proteínas son muy poderosas tanto a nivel celular como bioquímico. Desencadenan una serie de reacciones químicas que mantienen el cuerpo saludable. Algunos de ellos son la digestión y el metabolismo.

Las proteínas permiten la comunicación entre las células y los tejidos mediante impulsos (eléctricos). Gracias a ellos, funcionan como un solo organismo. Otro tipo de transporte hecho posible por las proteínas es el transporte de nutrientes. Un tipo de proteína afecta esa función tan importante en el cuerpo.

Algunos de los procesos que tienen lugar en nuestro organismo dependen directamente de las proteínas sin que nos demos cuenta. Algunos de ellos existen precisamente por las proteínas que los controlan. Un tipo de proteína son las enzimas, que son muy importantes para el funcionamiento de todo el organismo. Desde simples procesos metabólicos en la célula hasta la construcción del ADN, todo se ve afectado por las enzimas.

No es casualidad que las proteínas sean las responsables de la circulación acelerada y la regeneración celular. Gracias a procesos bioquímicos, permiten aumentar la energía y fortalecer el organismo. Gracias a la capacidad de crear nuevas células, las proteínas también influyen en la creación de anticuerpos. Son una respuesta directa a la infección, que reacciona a la infección de la misma manera cada vez. Gracias a las proteínas, los anticuerpos crean la respuesta adecuada a la infección cada vez que se produce. Es una de las funciones más importantes de la proteína en nuestro cuerpo.

Related posts

Deja un comentario