Proteínas: Definición y Composición
Las proteínas son macromoléculas fundamentales, constituidas por la unión de unidades más pequeñas denominadas aminoácidos.
- Son polímeros de aminoácidos (polipéptidos) unidos mediante el enlace peptídico.
- Son las moléculas más numerosas y el componente fundamental de la materia viva.
- Su composición química obligatoria incluye: Carbono (C), Oxígeno (O), Hidrógeno (H) y Nitrógeno (N). También pueden contener Fósforo (P) y Azufre (S).
Estructura Básica de los Aminoácidos
Los aminoácidos son los «ladrillos» que forman las proteínas. Químicamente, constan de:
- Un grupo amino ($\text{NH}_2$).
- Un grupo carboxilo ($\text{COOH}$).
- Un átomo de hidrógeno ($\text{H}$).
- Un grupo radical ($\text{R}$), que puede tener ciclos o cadenas.
Todos estos grupos se unen a un carbono alfa (principal).
Especificidad de las Proteínas
- Las proteínas son altamente específicas. En un mismo órgano pueden existir distintas proteínas.
- Cumplen funciones muy concretas y especializadas dentro del organismo.
Funciones Vitales de las Proteínas
Las proteínas desempeñan roles esenciales para la vida:
- Enzimática (Reguladora): Las enzimas son proteínas que catalizan (aceleran) las reacciones químicas en los organismos.
- Homeostática: Ayudan a mantener el equilibrio interno del organismo, como la regulación del pH.
- De Reserva: Pueden servir como fuente de energía en ciertas condiciones (aunque no es su función principal).
- De Transporte: Proteínas como la hemoglobina sirven para transportar sustancias vitales (ej. oxígeno) a través del cuerpo.
- Estructural: Proporcionan forma, rigidez y cohesión a las células y tejidos. Por ejemplo, hacen consistente la membrana celular.
- De Movimiento: Se encargan de la contracción de las fibras musculares (ej. actina y miosina).
- Hormonal: Algunas hormonas son de naturaleza proteica y regulan procesos vitales (ej. insulina).
- Inmunológica: Los anticuerpos son proteínas fabricadas para la defensa del organismo frente a agentes patógenos.
Nota: El cuerpo solo fabrica las proteínas que necesita. Un exceso o deficiencia puede generar problemas biológicos.
Aminoácidos y Enlace Peptídico
Aminoácidos
- Son las unidades estructurales de las proteínas.
- Constan de un grupo amino ($\text{NH}_2$) y un grupo ácido (carboxilo, $\text{COOH}$).
- El carbono principal (carbono alfa) es el que está unido al grupo amino por un lado y al grupo carboxilo por el otro.
El Enlace Peptídico
El enlace peptídico es el «cemento» que une un aminoácido con otro. Es crucial para la formación de la cadena proteica.
Proceso de Unión (Condensación):
- El primer aminoácido aporta el grupo carboxilo ($\text{COOH}$).
- El segundo aminoácido aporta el grupo amino ($\text{NH}_2$).
- Se unen, formando el enlace peptídico ($\text{C=O} – \text{N-H}$).
- Por cada enlace peptídico que se forma, se libera una molécula de agua ($\text{H}_2\text{O}$), producto de la unión del $\text{OH}$ del carboxilo y el $\text{H}$ del amino.
Péptidos y Niveles Estructurales
Péptidos
Un péptido es la unión de dos o más aminoácidos. Las proteínas suelen estar formadas por cadenas de hasta 100 o más aminoácidos.
- Dipéptido: 2 aminoácidos.
- Tripéptido: 3 aminoácidos.
- Oligopéptido: De 4 a 10 aminoácidos.
- Polipéptido: De 10 a 100 aminoácidos (o más, formando una proteína).
La Estructura de una Proteína
La función de una proteína depende directamente de su estructura tridimensional. Existen cuatro niveles estructurales, que se construyen secuencialmente:
Estructura Primaria
Indica la secuencia (orden) lineal de los aminoácidos. Es la base de toda proteína; sin estructura primaria, no hay proteína.
Estructura Secundaria
Se basa en la primaria. Ocurre cuando la cadena de aminoácidos se pliega o retuerce localmente debido a puentes de hidrógeno. Existen dos tipos principales: la Hélice alfa y la Lámina plegada beta.
Estructura Terciaria
Se basa en la secundaria. Es el plegamiento tridimensional completo de la cadena polipeptídica, formando una estructura compacta y globular. Está estabilizada por interacciones entre los grupos radicales (R).
Estructura Cuaternaria
Es la más compleja. Está constituida por la unión de dos o más cadenas polipeptídicas (subunidades) que se asocian mediante enlaces no covalentes (y a veces iones metálicos) para formar la proteína funcional.
Síntesis y Tipos de Proteínas
Formación de una Proteína
La estructura primaria de una proteína se crea mediante el enlace peptídico. Los seres vivos tienen un mecanismo complejo para determinar esta secuencia:
- Traducción: Este proceso se lleva a cabo en el ribosoma. El ARN mensajero ($\text{ARNm}$) lleva el código genético (secuencia de nucleótidos) que se traduce en una secuencia específica de aminoácidos.
- El código genético se lee en tripletes (codones), donde cada codón consta de tres nucleótidos y una base nitrogenada (Adenina, Guanina, Citosina, Timina o Uracilo).
Clasificación Química de las Proteínas
Proteínas Simples u Holoproteínas
Están formadas únicamente por cadenas de polipéptidos y, al hidrolizarse, solo producen aminoácidos (ej. albúminas).
Proteínas Conjugadas o Heteroproteínas
Son cadenas de péptidos unidas a otras sustancias no proteicas denominadas grupos prostéticos. Estos grupos pueden ser glúcidos o lípidos:
- Si el grupo prostético es un glúcido, se denomina Glucoproteína.
- Si el grupo prostético es un lípido, se denomina Lipoproteína.
Ácidos Nucleicos y Nucleótidos
Ácidos Nucleicos
Químicamente, los ácidos nucleicos son polímeros constituidos por la unión de unidades denominadas nucleótidos mediante enlaces químicos.
Nota: No todos los nucleótidos forman ácidos nucleicos; algunos tienen funciones energéticas o reguladoras por sí mismos (ej. el $\text{ATP}$ es un nucleótido).
Los Nucleótidos
Cada nucleótido está formado por tres componentes:
- Un ácido fosfórico (ortofosfórico).
- Un azúcar pentosa (de cinco carbonos): desoxirribosa (en el $\text{ADN}$) o ribosa (en el $\text{ARN}$).
- Una base nitrogenada.
Para unir un nucleótido con otro y formar la cadena, se requiere un enlace fosfodiéster.
ADN y ARN: Tipos y Diferencias
Todos los seres vivos poseen obligatoriamente dos tipos de ácidos nucleicos:
Ácido Desoxirribonucleico ($\text{ADN}$)
- Contiene las bases nitrogenadas: Adenina ($\text{A}$), Guanina ($\text{G}$), Citosina ($\text{C}$) y Timina ($\text{T}$).
Ácido Ribonucleico ($\text{ARN}$)
- Contiene las bases nitrogenadas: Adenina ($\text{A}$), Guanina ($\text{G}$), Citosina ($\text{C}$) y Uracilo ($\text{U}$).
Diferencias Clave entre ADN y ARN
- Azúcar: El $\text{ADN}$ contiene desoxirribosa, mientras que el $\text{ARN}$ contiene ribosa (ambas son pentosas).
- Bases: El $\text{ADN}$ utiliza Timina ($\text{T}$), y el $\text{ARN}$ utiliza Uracilo ($\text{U}$).
- Estructura: El $\text{ADN}$ es generalmente bicatenario (doble cadena), mientras que el $\text{ARN}$ es generalmente monocatenario (cadena simple).
Clasificación de Bases Nitrogenadas
- Purinas: Bases de doble anillo (pentágono y hexágono). Incluyen Adenina y Guanina.
- Pirimidinas: Bases de un solo anillo (solo un hexágono). Incluyen Citosina, Timina y Uracilo.
Funciones de los Ácidos Nucleicos
Su función fundamental es almacenar, transmitir y expresar la información genética, lo que permite la síntesis de proteínas.
Estructura de las Cadenas
La unión de los nucleótidos se da siempre a través del ácido fosfórico, formando una cadena de polinucleótidos.
- La notación 5′ a 3′ indica que la cadena comienza en el carbono 5′ de la pentosa y termina en el carbono 3′ de la siguiente pentosa.
Cadenas Bicatenarias
- Tanto el $\text{ADN}$ como el $\text{ARN}$ pueden ser monocatenarios o bicatenarios (aunque el $\text{ADN}$ es predominantemente bicatenario).
- Las cadenas bicatenarias son antiparalelas (corren en direcciones opuestas) y complementarias.
- Las bases nitrogenadas se emparejan de forma complementaria:
- Adenina ($\text{A}$) se aparea con Timina ($\text{T}$) en el $\text{ADN}$ o Uracilo ($\text{U}$) en el $\text{ARN}$.
- Citosina ($\text{C}$) se aparea con Guanina ($\text{G}$).
Tipos de ARN
- $ ext{ARNr}$ (Ribosómico): Forma parte de la estructura de los ribosomas.
- $ ext{ARNm}$ (Mensajero): Lleva el mensaje genético copiado del $\text{ADN}$ para que sea traducido en proteínas.
- $ ext{ARNt}$ (Transferencia): Transporta los aminoácidos al ribosoma durante la síntesis proteica.
- $ ext{ARNn}$ (Nucleolar): Se encuentra dentro del nucleolo y es precursor del $\text{ARNr}$.
Tipos de ADN según su Localización
- $ ext{ADN}$ Nuclear: Se encuentra dentro del núcleo de las células eucariotas.
- $ ext{ADN}$ Extranuclear: Existe $\text{ADN}$ fuera del núcleo, específicamente en las mitocondrias ($ ext{ADN}$ mitocondrial) y en los cloroplastos ($ ext{ADN}$ de cloroplasto).