Download proteinas - Flor García Huamán
Document related concepts
Transcript
PROTEINAS Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN Las proteínas son largas cadenas de aminoácidos unidas por enlaces peptídicos entre el grupo carboxilo (-COOH) y el grupo amino (-NH2) de residuos de aminoácido adyacentes. La secuencia de aminoácidos en una proteína está codificada en su gen (una porción de ADN) mediante el código genético. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 2 Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 3 Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 4 Las proteínas son biomoléculas formadas por cadenas lineales de aminoácidos. Por sus propiedades físico-químicas, las proteínas se pueden clasificar en: • Proteínas simples (holoproteidos).- Formadas solo por aminoácidos o sus derivados. • Proteínas conjugadas (heteroproteidos).- Formadas por aminoácidos acompañados de sustancias diversas. • Proteínas derivadas.- Sustancias formadas por desnaturalización y desdoblamiento de las anteriores. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 5 Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 6 Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 7 • Las proteínas son necesarias para la vida, sobre todo por su función plástica (constituyen el 80 % del protoplasma deshidratado de toda célula), pero también por sus funciones biorreguladoras (forman parte de las enzimas) y de defensa (los anticuerpos son proteínas). • Las proteínas desempeñan un papel fundamental para la vida y son las biomoléculas más versátiles y diversas. Son imprescindibles para el crecimiento del organismo y realizan una enorme cantidad de funciones diferentes, entre las que destacan: Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 8 • Contráctil (Ejm: actina y miosina) • Enzimática (Ejm: Sacarasa y pepsina) • Estructural. Esta es la función más importante de una proteína (Ejm: colágeno) • Homeostática: colaboran en el mantenimiento del pH (ya que actúan como un tampón químico) • Inmunológica (anticuerpos) • Producción de costras (ejm: fibrina) • Protectora o defensiva (Ejm: trombina y fibrinógeno) • Transducción de señales (Ejm: rodopsina). Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 9 • Las proteínas están formadas por aminoácido. Las proteínas de todos los seres vivos están determinadas mayoritariamente por su genética (con excepción de algunos péptidos antimicrobianos de síntesis no ribosomal), es decir, la información genética determina en gran medida qué proteínas tiene una célula, un tejido y un organismo. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 10 • Las proteínas se sintetizan dependiendo de cómo se encuentren regulados los genes que las codifican. Por lo tanto, son susceptibles a señales o factores externos. • El conjunto de las proteínas expresadas en una circunstancia determinada es denominado proteoma. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 11 Los prótidos o proteínas son biopolímeros, están formadas por un gran número de unidades estructurales denominado simples repetitivas aminoácidos, unidas (monómeros) por enlaces peptídicos. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 12 Debido a su gran tamaño, cuando estas moléculas se dispersan en un disolvente adecuado, forman siempre dispersiones coloidales, con características que las diferencian de las disoluciones de moléculas más pequeñas. Muchas proteínas presentan carga neta en ciertos rangos de pH del medio. Por ello pueden considerarse ionómeros. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 13 Por hidrólisis, las moléculas de proteína se dividen en numerosos compuestos relativamente simples, de masa molecular pequeña, que son las unidades fundamentales constituyentes de la macromolécula. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 14 Estas unidades son los aminoácidos, de los cuales existen veinte especies diferentes y que se unen entre sí mediante enlaces peptídicos. Cientos y miles de estos aminoácidos pueden participar en la formación de la gran molécula polimérica de una proteína. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 15 Todas las proteínas tienen carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, y casi todas poseen también azufre. Si bien hay ligeras variaciones en diferentes proteínas, el contenido de nitrógeno representa, por término medio, 16 % de la masa total de la molécula; es decir, cada 6,25 g de proteína contienen 1 g de N. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 16 El factor 6,25 se utiliza para estimar la cantidad de proteína existente en una muestra a partir de la medición de N de la misma. La síntesis proteica es un proceso complejo cumplido por las células según las directrices de la información suministrada por los genes. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 17 BIOSISTESIS Las proteínas se ensamblan a partir de sus amioácidos utilizando la información codificada en los genes. Cada proteína tiene su propia secuencia de aminoácidos que está especificada por la secuencia de nucleótidos del gen que la codifica. El código genético está formado por un conjunto de tri-nucleótidos denominados codones. Cada codón (combinación de tres nucleótidos) designa un aminoácido, por ejemplo AUG (adeninauracilo-guanina) es el código para la metionina. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 18 Como el ADN contiene cuatro nucleótidos distintos, el número total de codones posibles es 64; por lo tanto, existe cierta redundancia en el código genético, estando algunos aminoácidos codificados por más de un codón. Los genes codificados en el ADN se transcriben primero en ARN pre-mensajero mediante proteínas como la ARN polimerasa. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 19 La mayor parte de los organismos procesan entonces este pre-ARNm (también conocido como tránscrito primario) utilizando varias formas de modificación post-transcripcional para formar ARNm maduros, que se utilizan como molde para la síntesis de proteínas en el ribosoma. En los procariotas el ARNm puede utilizarse tan pronto como se produce, o puede unirse al ribosoma después de haberse alejado del nucleoide. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 20 Por el contrario, los eucariotas sintetizan el ARNm en el núcleo celular y lo translocan a través de la membrana nuclear hasta el citoplasma donde se realiza la síntesis proteica. La tasa de síntesis proteica es mayor en procariotas que en eucariotas y puede alcanzar los 20 aminoácidos por segundo. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 21 El proceso de sintetizar una proteína a partir de un molde de ARNm se denomina traducción. El ARNm se carga en el ribosoma y se lee, tres nucleótidos cada vez, emparejando cada codón con su anticodón complementario localizado en una molécula de ARN de transferencia que lleva el aminoácido correspondiente al codón que reconoce. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 22 La enzima aminoacil ARNt sintetasa "carga" las moléculas de ARN de transferencia (ARNt) con los aminoácidos correctos. El polipéptido creciente se denomina cadena naciente. Las proteínas se biosintetizan siempre del extremo N-terminal al extremo C-terminal. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 23 De esta forma, se consigue la estructura primaria de la proteína, es decir, su secuencia de aminoácidos. Ahora ésta debe plegarse de la forma adecuada para llegar a su estructura nativa, la que desempeña la función. Anfinsen en sus trabajos con la ribonucleasa A, postuló su hipótesis que dice que toda la información necesaria para el plegamiento se encuentra contenida enteramente en la estructura primaria. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 24 Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 25 El tamaño de la proteína sintetizada puede medirse por el número de aminoácidos que contiene y por su masa molecular total, que normalmente se expresa en daltons (Da) (sinónimo de unidad de masa atómica), o su unidad derivada kilodalton (kDa).Por ejemplo: Las proteínas de la levadura tienen en promedio 466 aminoácidos y una masa de 53 kDa. El Proteoma son todas las proteínas expresadas por un genoma, célula o tejido. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 26 FUNCIONES Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 27 Las proteínas ocupan un lugar de máxima importancia entre las moléculas constituyentes de los seres vivos ( biomoléculas). Prácticamente todos los procesos biológicos dependen de la presencia o la actividad de este tipo de moléculas. Ejm: Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 28 Son proteínas: • La actina y la miosina, responsables finales del acortamiento del músculo durante la contracción. • Los anticuerpos, encargados de acciones de defensa natural contra infecciones o agentes patógenos. • Funciones de reserva. Como la ovoalbúmina en el huevo, o la caseína de la leche. • El colágeno, integrante de fibras altamente resistentes en tejidos de sostén. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 29 • Casi todas las enzimas, catalizadoras de reacciones químicas en organismos vivientes. • La hemoglobina y otras moléculas con funciones de transporte en la sangre. • Muchas hormonas, reguladores de actividades celulares. • Los receptores de las células, a los cuales se fijan moléculas capaces de desencadenar una respuesta determinada. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 30 Todas las proteínas realizan elementales funciones para la vida celular, pero además cada una de éstas cuenta con una función específica en nuestro organismo. Debido a sus funciones, se pueden clasificar en: 1.Catálisis: Está formado por enzimas proteicas que se encargan de realizar reacciones químicas de una manera más rápida y eficiente. Procesos que resultan de suma importancia para el organismo. Por ejemplo la pepsina, ésta enzima se encuentra en el sistema digestivo y se encarga de degradar los alimentos. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 31 2. Reguladoras: Las hormonas son un tipo de proteínas las cuales ayudan a que exista un equilibrio entre las funciones que realiza el cuerpo. Tal es el caso de la insulina que se encarga de regular la glucosa que se encuentra en la sangre. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 32 • 3. Estructural: Este tipo de proteínas tienen la función de dar resistencia y elasticidad que permite formar tejidos así como la de dar soporte a otras estructuras. Este es el caso de la tubulina que se encuentra en el citoesqueleto. • 4. Defensiva: Son las encargadas de defender el organismo. Glicoproteinas que se encargan de producir inmunoglobulinas que defienden al organismo contra cuerpos extraños, o la queratina que protege la piel, así como el fibrinógeno y protrombina que forman coágulos. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 33 • 5.Transporte: La función de estas proteínas es llevar sustancias a través del organismo a donde sean requeridas. Proteínas como la hemoglobina que lleva el oxígeno por medio de la sangre. • 6. Receptoras: Este tipo de proteínas se encuentran en la membrana celular y llevan a cabo la función de recibir señales para que la célula pueda realizar su función, como acetilcolina que recibe señales para producir la contracción. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 34 ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 35 Es la manera como se organiza una proteína para adquirir cierta forma, presentan una disposición característica en condiciones fisiológicas, pero si se cambian estas condiciones como temperatura o pH pierde la conformación y su función, proceso denominado desnaturalización. La función depende de la conformación y ésta viene determinada por la secuencia de aminoácidos. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 36 PROPIEDADES DE LAS PROTEÍNAS • Amortiguador de pH (conocido como efecto tampóm): Actúan como amortiguadores de pH debido a su carácter anfótero, es decir, pueden comportarse como ácidos (donando electrones) o como bases (aceptando electrones). • Capacidad electrolítica: Se determina a través de la electroforesis, técnica analítica en la cual si las proteínas se trasladan al polo positivo es porque su molécula tiene carga negativa y viceversa. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 37 • Especificidad: Cada proteína tiene una función específica que está determinada por su estructura primaria. • Estabilidad: La proteína debe ser estable en el medio donde desempeñe su función. Para ello, la mayoría de proteínas acuosas crean un núcleo hidrofóbico empaquetado. Está relacionado con su vida media y el recambio proteico. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 38 DESNATURALIZACIÓN Si en una disolución de proteínas se producen cambios de pH, alteraciones en la concentración, agitación molecular o variaciones bruscas de temperatura, la solubilidad de las proteínas puede verse reducida hasta el punto de producirse su precipitación. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 39 Esto se debe a que los enlaces que mantienen la conformación globular se rompen y la proteína adopta la conformación filamentosa. De este modo, la capa de moléculas de agua no recubre completamente a las moléculas proteicas, las cuales tienden a unirse entre sí dando lugar a grandes partículas que precipitan. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 40 Además, sus propiedades biocatalizadoras desaparecen al alterarse el centro activo. Las proteínas que se hallan en ese estado no pueden llevar a cabo la actividad para la que fueron diseñadas, no son funcionales. Esta variación de la conformación se denomina desnaturalización. La desnaturalización no afecta a los enlaces peptídicos: al volver a las condiciones normales, puede darse el caso de que la proteína recupere la conformación primitiva, lo que se denomina renaturalización. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 41 Ejemplos de desnaturalización son la leche cortada como consecuencia de la desnaturalización de la caseína, la precipitación de la clara de huevo al desnaturalizarse la ovoalbúmina por efecto del calor o la fijación de un peinado del cabello por efecto de calor sobre las queratinas del pelo. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 42 CLASIFICACIÓN: Según su forma • Fibrosas: Presentan cadenas polipeptídicas largas y una estructura secundaria atípica. Son insolubles en agua y en disoluciones acuosas. Algunos ejemplos de éstas son queratina, colágeno y fibrina. • Globulares: Se caracterizan por doblar sus cadenas en una forma esférica apretada o compacta dejando grupos hidrófobos hacia adentro de la proteína y grupos hidrófilos hacia afuera, lo que hace que sean solubles en disolventes polares como el agua. La mayoría de las enzimas, anticuerpos, algunas hormonas y proteínas de transporte, son ejemplos de proteínas globulares. • Mixtas: Posee una parte fibrilar (comúnmente en el centro de la proteína) y otra parte globular (en los extremos). Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 43 Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 44 CLASIFICACIÓN: Según su composición química 1.-Conjugadas: estas proteínas contienen cadenas polipeptídicas y un grupo prostético. Este puede ser un ácido nucleico, un lípido, un azúcar o ion inorgánico. Ejemplo de estas son la mioglobina y los citocromos. A su vez, las proteínas se clasifican en: a) Escleroproteínas: Son esencialmente insolubles, fibrosas, con un grado de cristalinidad relativamente alto. Son resistentes a la acción de muchas enzimas y desempeñan funciones estructurales en el reino animal. Los colágenos constituyen el principal agente de unión en el hueso, el cartílago y el tejido conectivo. Otros ejemplos son la queratina, la fibrina y la sericina. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 45 b) Esferoproteínas: Contienen moléculas de forma más o menos esférica. Se subdividen en cinco clases según sus solubilidad: I.-Albúminas: Solubles en agua y soluciones salinas diluidas. Ejemplos: la ovoalbúmina y la lactoalbúmina. II.-Globulinas: Insolubles en agua pero solubles en soluciones salinas.Ejm: miosina, inmunoglobulinas, lactoglobulinas, glicina, araquina. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 46 III.-Glutelinas: Insolubles en agua o soluciones salinas, pero solubles en medios ácidos o básicos. Ejm: oricenina y las glutelinas del trigo. IV.-Prolaminas: Solubles en etanol al 50 %-80 %. Ejm: gliadina del trigo y zeína del maíz. V.-Histónas: Son solubles en medios ácidos. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 47 En las proteínas conjugadas o heteroproteínas, su hidrólisis produce aminoácidos y otras sustancias no proteicas con un grupo prostético. 2.- Simples: Ejemplos su hidrólisis solo produce aminoácidos. de estas son la insulina y el colágeno (globulares y fibrosas). Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 48 FUENTES PROTEICAS Las fuentes dietéticas de proteínas incluyen carne, huevos, legumbres, frutos secos, cereales, verduras y productos lácteos tales como queso o yogur. Tanto las fuentes proteínas animales como los vegetales poseen los 20 aminoácidos necesarios para la alimentación humana. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 49 CALIDAD PROTEICA Las diferentes proteínas tienen diferentes niveles de familia biológica para el cuerpo humano. Muchos alimentos han sido introducidos para medir la tasa de utilización y retención de proteínas en humanos. Éstos incluyen valor biológico, NPU (Net Protein Utilization), NPR (Cociente Proteico Neto) y PDCAAS (Protein Digestibility Corrected Amino Acids Score), la cual fue desarrollado por la FDA mejorando el PER (Protein Efficiency Ratio). Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 50 Estos métodos examinan qué proteínas son más eficientemente usadas por el organismo. En general, éstos concluyeron que las proteínas animales que contienen todos los aminoácidos esenciales (leche, huevos, carne) y la proteína de soya son las más valiosas para el organismo. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 51 REACCIONES DE RECONOCIMIENTO Reacción Biuret: El reactivo de Biuret está formado por una disolución de sulfato de cobre en medio alcalino, este reconoce el enlace peptídico de las proteínas mediante la formación de un complejo de coordinación entre los iones Cu2+ y los pares de electrones no compartidos del nitrógeno que forma parte de los enlaces peptídicos, lo que produce una coloración rojo-violeta. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 52 Reacción de los aminoácidos azufrados Se pone de manifiesto por la formación de un precipitado negruzco de sulfuro de plomo. Se basa esta reacción en la separación mediante un álcali, del azufre de los aminoácidos, el cual al reaccionar con una solución de acetato de plomo, forma el sulfuro de plomo. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 53 Reacción de Millon Reconoce residuos fenólicos, o sea aquellas proteínas que contengan tirosina. Las proteínas se precipitan por acción de los ácidos inorgánicos fuertes del reactivo, dando un precipitado blanco que se vuelve gradualmente rojo al calentar. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 54 Reacción xantoproteica Reconoce grupos aromáticos, o sea aquellas proteínas que contengan tirosina o fenilalanina, con las cuales el ácido nítrico forma compuestos nitrados amarillos. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 55 Análisis de proteínas en alimentos Las proteínas en los alimentos, es un parámetro de importancia desde el punto de vista económico y de la calidad y cualidades organolépticas y nutricionales. Debido a ello su medición está incluida dentro del ANALISIS QUÍMICO PROXIMAL de los alimentos (en el cual se mide principalmente el contenido de humedad, grasa, proteína y cenizas). Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 56 El clásico ensayo para medir concentración de proteínas en alimentos es el método de Kjeldahl. Este ensayo determina el nitrógeno total en una muestra. El único componente de la mayoría de los alimentos que contiene nitrógeno son las proteínas (las grasas, los carbohidratos y la fibra dietética no contienen nitrógeno). Si la cantidad de nitrógeno es multiplicada por un factor dependiente del tipo de proteína esperada en el alimento, la cantidad total de proteínas puede ser determinada. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 57 En las etiquetas de los alimentos, la proteína es expresada como el nitrógeno multiplicado por 6,25, porque el contenido de nitrógeno promedio de las proteínas es de aproximadamente 16 %. El método de Kjeldahl es usado por varias agencias alimentarias alrededor del mundo. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 58 Digestión de proteínas La digestión de las proteínas se inicia típicamente en el estomago, cuando el pepsinógeno es convertido a pepsina por la acción del ácido clorhídrico, y continúa por la acción de la tripsina y la quimiotripsina en el intestino. Las proteínas de la dieta son degradadas a peptidos cada vez más pequeños, y éstos hasta aminoácidos y sus derivados, que son absorbidos por el epitelio gastrointestinal. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 59 La tasa de absorción de los aminoácidos individuales es altamente dependiente de la fuente de proteínas. Por ejemplo, la digestibilidad de muchos aminoácidos en humanos difiere entre la proteína de la soja y la proteína de la leche y entre proteínas de la leche individuales, como beta-lactoglobulina y caseína. Para las proteínas de la leche, aproximadamente el 50 % de la proteína ingerida se absorbe en el estómago o el yeyuno y el 90 % es absorbido cuando los alimentos ingeridos alcanzan el íleon. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 60 Además de su rol en la síntesis de proteínas, los aminoácidos también son una importante fuente nutricional de nitrógeno. Las proteínas, al igual que los carbohidratos, contienen cuatro kilocalorías por gramo, mientras que los lípidos contienen nueve kcal., y los alcoholes, siete kcal. Los aminoácidos pueden ser convertidos en glucosa a través de un proceso llamado gluconeogénesis. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 61