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  • I) Biomolculas 5) Protenas

    I-5

    PROTENAS

    CONCEPTO Y CARACTERSTICAS

    Concepto: Se pueden definir como polmeros formados por la unin, medianteenlaces peptdicos, de unidades de menor masa molecular llamadas aminocidos.

    Son molculas muy complejas. Su masa molecular es muy elevada, normalmente estcomprendida entre 6000 da y 10 6 da, son macromolculas. Algunas protenas estnconstituidas por la unin de varios polmeros proteicos que en ocasiones puedentambin contener otras molculas orgnicas (lpidos, glcidos, etc). En este ltimocaso reciben el nombre genrico de prtidos.

    Las protenas son las molculas orgnicas ms abundantes en las clulas, ms del50% del peso seco de la clula son protenas. Estn constituidas,fundamentalmente, por C, H, O y N y casi todas tienen tambin azufre. Algunastienen, adems, otros elementos qumicos y en particular: P, Fe, Zn o Cu. Elelemento ms caracterstico de las protenas es el nitrgeno. Son los compuestosnitrogenados por excelencia de los seres vivos.

    Las protenas son molculas especficas que marcan la individualidad de cada servivo. Son adems de una gran importancia porque a travs de ellas se va a expresarla informacin gentica, de hecho el dogma central de la gentica molecular nos dice:

    DNARNAProtena

    FUNCIONES GENERALES

    Las protenas estn entre las sustancias que realizan las funciones ms importantesen los seres vivos. De entre todas pueden destacarse las siguientes:

    - De reserva. En general las protenas no tienen funcin de reserva, pero puedenutilizarse con este fin en algunos casos especiales como por ejemplo en el desarrolloembrionario: ovoalbmina del huevo, casena de la leche y gliadina del trigo.

    - Estructural. Las protenas constituyen muchas estructuras de los seres vivos. Lasmembranas celulares contienen protenas. En el organismo, en general, ciertasestructuras -cartlago, hueso- estn formadas, entre otras sustancias, por protenas.

    J. L. Snchez Guilln Pgina I-5-1

  • I) Biomolculas 5) Protenas

    - Enzimtica. Todas las reacciones que se producen en los organismos soncatalizadas por molculas orgnicas. Las enzimas son las molculas que realizan estafuncin en los seres vivos. Todas las reacciones qumicas que se producen en losseres vivos necesitan su enzima y todas las enzimas son protenas.

    - Homeosttica. Ciertas protenas mantienen el equilibrio osmtico del medio celular yextracelular.

    - Transporte, de gases, como es el caso de la hemoglobina, o de lpidos, como laseroalbmina. Ambas protenas se encuentran en la sangre. Las permeasas, molculasque realizan los intercambios entre la clula y el exterior, son tambin protenas.

    - Movimiento. Actan como elementos esenciales en el movimiento. As, la actina yla miosina, protenas de las clulas musculares, son las responsables de la con-traccin de la fibra muscular.

    - Hormonal. Las hormonas son sustancias qumicas que regulan procesos vitales.Algunas protenas actan como hormonas, por ejemplo: la insulina, que regula laconcentracin de la glucosa en la sangre.

    - Inmunolgica. Los anticuerpos, sustanciasque intervienen en los procesos de defensafrente a de los agentes patgenos, sonprotenas.

    LOS AMINOCIDOS

    Son las unidades estructurales queconstituyen las protenas. Todos losaminocidos que se encuentran en lasprotenas, salvo la prolina, responden a lafrmula general que se observa en la figura.

    A partir de ahora nos referiremosexclusivamente a los aminocidos presentesen las protenas de los seres vivos. Estos,como indica su nombre, tienen dos gruposfuncionales caractersticos: el grupocarboxilo o grupo cido (-COOH), y elgrupo amino (-NH2). La cadena carbonada delos aminocidos se numera comenzando porel grupo cido, siendo el carbono que tieneesta funcin el carbono nmero 1, el grupoamino se encuentra siempre en el carbono 2

    J. L. Snchez Guilln Pgina I-5-2

    Fig. 1 Frmula general de un amino-cido.

    Fig. 2 L-prolina; aminocido polar noionizable. Es el nico aminocido que noresponde a la frmula general.

    COOH

    HN C H

    COOH

    HN C H

  • I) Biomolculas 5) Protenas

    o carbono . Por lo tanto, los aminocidostienen en comn los carbonos 1 (grupocarboxilo) y 2 (grupo amino) diferencindoseen el resto (R) de la molcula. En la frmulageneral de la 1, R representa el resto de lamolcula. R puede ser desde un simple H- ,como en el aminocido glicocola, a unacadena carbonada ms o menos compleja enla que puede haber otros grupos aminos ocarboxilo y tambin otras funciones (alcohol,tiol, etc.). Las protenas delos seres vivosslo tienen unos 20 aminocidos diferentes,por lo que habr nicamente 20 restosdistintos. Es de destacar el hecho de que entodos los seres vivos slo se encuentren losmismos 20 aminocidos. En ciertos casosmuy raros, por ejemplo en los venenos dealgunas serpientes, podemos encontrar otrosaminocidos diferentes de estos 20 e inclusoaminocidos que no siguen la frmula general.

    La mayora de los aminocidos puedensintetizarse unos a partir de otros, peroexisten otros, aminocidos esenciales, queno pueden ser sintetizados y debenobtenerse en la dieta habitual. Losaminocidos esenciales son diferentes paracada especie, en la especie humana, porejemplo, los aminocidos esenciales sondiez: Thr, Lys, Arg, His, Val, Leu, Ileu, Met,Phe y Trp.

    CLASIFICACIN DE LOS AMINOCIDOS

    En funcin de sus caractersticasqumicas, los aminocidos se clasifican en:

    Grupo I: Aminocidos apolares.Aminocidos cuyo resto R no es polar. Esto es, no posee cargas elctricas en R altener en l largas cadenas hidrocarbonadas. Estos aminocidos, si estn en granabundancia en una protena, la hacen insoluble en agua.

    Grupo II: Aminocidos polares no ionizables. Poseen restos con cortas cadenashidrocarbonadas en las que hay funciones polares (alcohol, tiol o amida).Contrariamente al grupo anterior si una protena los tiene en abundancia ser soluble

    J. L. Snchez Guilln Pgina I-5-3

    Fig. 3 L-leucina; aminocido no polar.

    COOH

    H2N C CH2 CH

    H

    CH3CH3

    COOH

    H2N C CH2 CH

    H

    CH3CH3

    Fig. 4 L-tirosina; aminocido polar noionizable.

    COOH

    H2N C CH2

    H

    OH

    COOH

    H2N C CH2

    H

    OH

    Fig. 5 L-Glutmico; aminocido polarionizable cido.

    COOH

    H2N C CH2 CH2 COOH

    H

    COOH

    H2N C CH2 CH2 COOH

    H

    Fig. 6 L-Arginina; aminocido polarionizable bsico.

    COOH

    H2N C CH2 CH2 COOH

    H

    COOH

    H2N C CH2 CH2 COOH

    H

  • I) Biomolculas 5) Protenas

    en agua.

    Grupo III: Aminocidos polares cidos. Pertenecen aeste grupo aquellos aminocidos que tienen ms deun grupo carboxilo. En las protenas, si el pH esbsico o neutro, estos grupos se encuentrancargados negativamente.

    Grupo IV: Aminocidos polares bsicos. Son aquellosaminocidos que tienen otro u otros grupos aminos.En las protenas, estos grupos amino, si el pH escido o neutro, estn cargados positivamente.

    ASIMETRA DE LOS AMINOCIDOS

    Excepto en la glicocola, en el resto de losaminocidos el carbono (el carbono que lleva lafuncin amino) es asimtrico. La molcula serpticamente activa y existirn dos configuraciones:D y L. Normalmente en los seres vivos sloencontramos uno de los ismeros pticos. Porconvenio se considera que los aminocidos presentesen los seres vivos pertenecen todos ellos a la serieL. No obstante, en los microorganismos (paredesbacterianas, antibiticos generados por bacterias)existen aminocidos no proteicos pertenecientes a laserie D.

    J. L. Snchez Guilln Pgina I-5-4

    Fig. 8 Ionizacin del grupoamino suplementario de unaminocido polar ionizable cido.

    Fig. 9 Ionizacin del grupoamino suplementario de unaminocido polar ionizable bsico.

    H2OOH-

    COOH

    H2N C CH2 CH2 CH2 CH2 NH2

    H

    COOH

    H2N C CH2 CH2 CH2 CH2 NH2

    H

    COOH

    H2N C CH2 CH2 CH2 CH2 NH3

    H

    COOH

    H2N C CH2 CH2 CH2 CH2 NH3

    H

    COOH

    H2N C CH2 COOH

    H

    COOH

    H2N C CH2 COOH

    H

    COOH

    H2N C CH2 COO

    H

    COOH

    H2N C CH2 COO

    H

    H2OH3O+

    Fig. 10 Asimetra de los aminocidos. Todos los aminocidos, excepto la glicocola, son asimtricos. Delas dos formas, la D y la L, en los seres vivos slo existe, normalmente, la L.

    C

    C N

    OOH

    HR

    H2

    C

    C

    OOH

    H

    R

    NH2

    L aminocidoD aminocido

  • I) Biomolculas 5) Protenas

    J. L. Snchez Guilln Pgina I-5-5

    COOH

    H2N-C-CH3

    H

    COOH

    H2N-C-CH3

    H

    COOH

    H2N C CH2 CH

    H

    CH3CH3

    COOH

    H2N C CH2 CH

    H

    CH3CH3

    COOH

    H2N C CH

    H

    CH3CH3

    COOH

    H2N C CH

    H

    CH3CH3

    COOH

    H2N C CH CH2

    H

    CH3CH3

    COOH

    H2N C CH CH2

    H

    CH3CH3

    COOH

    H2N C CH2

    H

    COOH

    H2N C CH2

    H

    COOH

    H2N C CH2 CH2

    H

    S CH3

    COOH

    H2N C CH2 CH2

    H

    S CH3

    Alanina-Ala Leucina-Leu Valina-Val

    Isoleucina-Ile

    Fenilalanina-Phe

    Metionina-Met

    Aminocidos del Grupo I (apolares)

    COOH

    HN C H

    COOH

    HN C H

    Prolina-Pro

    COOH

    H2N C CH2

    H NH

    COOH

    H2N C CH2

    H NH

    Triptfano