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UNIDAD 3. LAS PROTEÍNAS.
Propósito: Conocer que las proteínas son polímeros de aminoácidos unidos
mediante un enlace peptídico, que poseen un arreglo en el espacio y que pueden
desempeñar muy diversas funciones en los seres vivos.
3.0 Las proteínas.
3.1 Definición
Bohinski, Robert C. Bioquímica
(Versión en español de Ramón Elizondo Mata, UNAM)
Addison-Wesley Iberoamericana, 1991,739 pp.
El termino proteína proviene del griego proteios que significa primero o principal.
Por lo tanto el nombre alude a que son las moléculas más importantes de la
materia viva o al menos comparten esta relevancia con los ácidos nucleicos. Son
importantes no sólo por su abundancia, pues constituyen alrededor del 50 % del
peso en seco de la materia viva por consiguiente son las moléculas orgánicas más
abundantes, sino también por la enorme variedad de funciones que realizan.
Las proteínas son moléculas formadas principalmente por C, O, H y N; y en menor
proporción S y P, y a veces otros elementos como Fe, Cu, Mg, Vn, Zn, entre otros
metales de transición.
Las proteínas son macromoléculas formadas por la unión de aminoácidos
(aa) que adoptan formas complejas y que en relación a otras biomoléculas
(Carbohidratos, lípidos) tienen un elevado peso molecular. Debido a que las
proteínas están formadas por cadenas largas de unidades de aminoácidos,
llamados monómeros; a éstas se les considera como polímeros.
Como se vio anteriormente, los aminoácidos se forman al reaccionar un
grupo funcional de amina con el grupo funcional de Ac. Carboxílico (Figura 3.1)
O
OH
HC
O
+
H
Ac. Carboxнlico
NH
R
Amina
C N R
H
H
Aminoбcido
+
H O
H
Agua
Figura 3.1) Formación de un aminoácido.
3. Enlace peptídico
Como observas, la estructura química de un aa contiene el grupo carbonilo, el cual
le da una característica espacial que consiste en un enlace C-N de 120º que se
encuentra ubicado en un solo plano, mientras que R se encontrará en términos
generales fuera del plano (Figura 3.2). Esta característica es importante para la
formación de las estructuras. Al unirse dos aa, forman el enlace peptídico, que es
la unión entre el grupo carboxílico de un aminoácido y el grupo amino del
siguiente, liberándose en su formación una molécula de agua (Figura 3.3).
O
O
O
H3C
H3C
OH
H3C
CH
NH2
Alanina
NH2
Alanina
H2N
C
O
H3C
CH
C
NH
alanina-alanina
OH
+
H2O
Agua
Figura 3.2) Formación de enlace peptídico.
Las características del enlace peptídico, que son las siguientes:
Es un enlace covalente tipo amida.
Tiene carácter parcial de doble enlace, esto hace que sea rígido no permitiendo
rotaciones entre los átomos que lo forman. Por ello el C y el N así como el O y el H
que van unidos a ellos se encuentran en un mismo plano.
Los enlaces del C (CCcarboxilico y NC ) sí que pueden girar.
El O del grupo carbonilo y el H del grupo amino presentan configuración trans,
que es aquella en la que se sitúan en lados opuestos del enlace.
Figura 3.3. Características del enlace peptídico
Clasificación de Péptidos.
Péptidos: Son compuestos que al igual que las proteínas están formados por
aminoácidos que se unen mediante enlaces peptídicos. Se pueden obtener por
hidrólisis parcial de las proteínas, aunque también existen péptidos naturales
(insulina, oxitocina, etc) que desempeñan funciones importantes. Según el número
de aminoácidos que los forman se dividen en dos grupos:
 Oligopéptidos están formados por entre 2 y 10 aminoácidos. A cada grupo se le
nombra anteponiendo al término péptido un prefijo (di, tri, tetra, etc) que nos indica
el número de aminoácidos que contienen.
Polipéptido si contienen más de 10 aminoácidos.
Proteínas: Son polipétidos en los que el peso molecular es mayor de 5.000 u.m.a
. Algunas proteínas están formadas por varias cadenas de polipéptidos.
3.2. ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS
Bohinski, Robert C. Bioquímica
(Versión en español de Ramón Elizondo Mata, UNAM)
Addison-Wesley Iberoamericana, 1991,739 pp.
Las proteínas podemos definirlas como largas cadenas polipeptídicas (a veces
una sola) que presentan una determinada configuración espacial denominada
conformación nativa. La función que desempeñan depende de esta forma que
adoptan en el espacio. La configuración espacial de las proteínas viene
determinada por 4 niveles estructurales o estructuras: primaria, secundaria,
terciaria, cuaternaria.
3.2.1 Estructura primaria
Es la secuencia de aminoácidos de la proteína. Nos indica que aminoácidos
componen la cadena y el orden en el que dichos aminoácidos se encuentran. Esta
estructura viene determinada genéticamente y de ella dependen las demás
estructuras. Cualquier cambio en la secuencia daría lugar a proteínas diferentes.
La cadena peptídica posee un eje formado por: el carbono , el carbono
carboxílico y el nitrógeno amino ( –CH – CO – NH -) que se repiten un número
variable de veces, este eje se dispone en zig-zag debido a la capacidad de
rotación de los enlaces del carbono . Las cadenas laterales de los aminoácidos
(R) salen de los C y se disponen alternativamente a uno y otro lado del eje.
Todas las cadena llevan en un extremo un aminoácido con el grupo amino libre, a
este extremo se le llama N-terminal y en el otro extremo un aminoácido con el
grupo carboxílico libre, a este extremo se le llama C-terminal. Por convenio los
aminoácidos se numeran desde el extremo N-terminal hacia el C-terminal (Figura
3.4)
N-terminal
C-terminal
Figura 3.4. Cadena de C-α del N al C-terminal
3.3. Estructura secundaria
Es la disposición espacial que presenta la cadena de aminoácidos (estructura
primaria). Se produce gracias a la capacidad que tienen los enlaces del C para
rotar. Existen principalmente dos tipos de estructura secundaria:
- - hélice o helicoidal
- Lamina- ß o lámina plegada.
 -hélice: Se forma al enrollarse la cadena peptídica sobre sí misma siguiendo el
sentido de las agujas del reloj (dextrógira) originando una hélice apretada (especie
de tirabuzón) (Figura 3.5). Cada vuelta de hélice comprende 3.6 aminoácidos, la
distancia entre cada vuelta es de 5,4 A. En esta configuración las cadenas
laterales de los aminoácidos se dirigen hacia el exterior de la hélice.
Esta estructura se mantiene gracias a enlaces por puentes de hidrógeno que se
establecen entre grupos NH y grupos CO de enlaces peptídicos que debido al
enrollamiento se encuentran enfrentados.
Puede presentarse tanto en proteínas globulares como fibrosas.
Alfa hélice
Cadenas laterales
Puentes de Hidrogeno
Figura 3.5) Estructura α-hélice.
Lámina- o lámina plegada. Esta estructura se produce cuando varios fragmentos
polipeptídicos de la misma o de distintas cadenas se disponen paralelos o
antiparalelos unos a otros en zig-zag (debido al plegamiento que ocurre a nivel del
C ). El sentido de los fragmentos es paralelo (A) si tienen el mismo sentido y
antiparalelo si tienen distinto sentido (B) (Figura 3.6).
A
B
Figura 3.6) Estructuras β- plegadas Paralélas (A) y antiparalelas (B)
Esta estructura se mantiene gracias a enlaces por puentes de hidrógeno entre
segmentos contiguos, que se establecen entre grupos NH y grupos CO de enlaces
peptídicos distintos que quedan enfrentados. Como consecuencia se forma una
lamina en zig-zag o lamina plegada. En ella los restos de los aminoácidos se
disponen alternativamente a uno y otro lado de la misma.
La lámina  aparece en muchas regiones de proteínas globulares y también en
proteínas estructurales como la fibroína de la seda.
3.4. Estructura terciaria
Es la disposición que adopta por el plegamiento la estructura secundaria en el
espacio, por consiguiente nos indica como es la configuración tridimensional de
toda la molécula. A esta configuración tridimensional se la denomina
conformación.
La estructura terciaria se mantiene gracias a diferentes enlaces que se establecen
principalmente entre los grupos funcionales R o cadena lateral de los aminoácidos
que forman la cadena peptídica. Los más importantes son:
Puentes disulfuro. Es un enlace covalente que se da entre grupos –SH
pertenecientes a cadenas laterales del aminoácido cisteína
Puentes de hidrógeno. Es un enlace débil se da entre grupos polares no iónicos
(-OH, -NH, -CO), estos grupos pueden pertenecer a las cadenas laterales de los
aminoácidos o a enlaces peptídicos distintos.
Fuerzas electrostáticas. Es un enlace débil que se da entre grupos con carga
opuesta que se encuentran en las cadenas laterales de los aminoácidos (-NH3+ COO- )
Fuerzas de Van der Waals y enlaces hidrófobos. Son enlaces débiles que se dan
entre grupos apolares hidrófobos (-CH3) de las cadenas laterales de los
aminoácidos.
Hay dos tipos de estructura terciaria
-Conformación globular
-Conformación filamentosa
Conformación globular: La estructura secundaria se pliega y adopta una forma
tridimensional compacta más o menos esférica de ahí su nombre. Estas proteínas
son solubles en agua y en disoluciones salinas y desempeñan funciones
dinámicas.
Conformación filamentosa: Cuando la estructura secundaria no se repliega, por lo
tanto la proteína tiene forma alargada. Estas proteínas son insolubles y
desempeñan función estructural.
3.5. ESTRUCTURA CUATERNARIA
Sólo se presenta en aquellas proteínas que están formadas por más de una
cadena polipeptídica. Esta estructura indica como se ensamblan entre sí las
diferentes cadenas peptídicas para formar la proteína, a estas cadenas se las
denomina subunidades o protómeros y pueden ser iguales o diferentes. A las
proteína que tienen estructura cuaternaria se las denomina oligoméricas, y según
el número de subunidades que las formen serán: dímeras, trímeras, ..... polímeras.
Esta estructura se mantiene mediante enlaces similares a los que mantienen la
estructura terciaria, estos enlaces se establecen entre las cadenas laterales de los
aminoácidos pertenecientes a subunidades diferentes.
3.6. PROPIEDADES DE LAS PROTEINAS
Las proteínas tienen una serie de propiedades que dependen principalmente de
los restos de los aminoácidos que las forman, de su capacidad para reaccionar
con otros radicales y con el medio que les rodea. Las principales propiedades son:
 Comportamiento químico
Las proteínas al igual que los aminoácidos son anfóteras, es decir se pueden
comportar como ácidos y como bases dependiendo del pH del medio, esto es
debido a la presencia de aminoácidos con grupos ionizables, que pueden captar y
ceder H+, como consecuencia pueden amortiguar las variaciones de pH.
 Solubilidad
La solubilidad depende de diversos factores como: pH, conformación, disposición
de los restos, etc.
Las proteínas que tienen conformación filamentosa son insolubles mientras, que
las que tienen conformación globular son solubles en agua. Debido al elevado
peso molecular que suelen tener forman dispersiones coloidales.
La solubilidad se debe a los restos de los aminoácidos superficiales que forman la
molécula de la proteína, que tienen grupos polares y grupos que se pueden
ionizar, estos grupos establecen puentes de hidrógeno con el agua, formándose
alrededor de la molécula de proteína una capa de moléculas de agua llamada
capa de solvatación, que impide su unión con otras moléculas de proteínas. Si
esta capa de solvatación se rompe, las moléculas de proteínas se unen entre sí
formando un agregado insoluble y precipitan. Esto ocurre cuando se añaden iones
(sales en disolución) que compiten con las cargas de los restos de los
aminoácidos por unirse a las moléculas de agua de la capa de solvatación.
 Especificidad
Las proteínas que tienen los seres vivos son, en muchos casos, características de
cada especie y diferentes a las de las demás especies, y aún dentro de una
especie pueden variar de unos individuos a otros. Esto no ocurre con los lípidos y
los glúcidos que son iguales en todos los seres vivos.
La especificidad se debe a la ordenación de los aminoácidos. Las diferencias entre
proteínas que realizan una misma función (homólogas) en individuos diferentes
serán tanto mayores cuanto más alejados se encuentren esos individuos en la
escala filogenética. Por lo tanto podemos decir que las proteínas son los
compuestos que nos caracterizan a cada uno y nos diferencian de los demás.
La especificidad es importante, pues cuando una proteína de un organismo se
introduce en otro, sin que haya existido digestión previa, actúa como un cuerpo
extraño y el organismo que la recibe se defiende reaccionando contra ella. Esto es
lo que ocurre en los rechazos de órganos.
 Desnaturalización.
Es el proceso mediante el cual las proteínas pierden su configuración espacial
característica (conformación nativa) y como consecuencia pierden sus
propiedades y dejan de realizar su función.
Esto ocurre cuando la proteína se ve sometida a condiciones ambientales
desfavorables tales como: variaciones de Tª, variaciones de pH, radiaciones U.V,
etc ya que estos cambios producen la rotura de los enlaces: por puentes de
hidrógeno, atracciones electrostáticas, puentes disulfuro etc, que mantienen las
estructuras 2ª,3ª y 4ª mientras que los enlaces peptídicos no se ven afectados por
consiguiente no se destruye la estructura 1ª.
La desnaturalización provoca por lo general una disminución de la solubilidad y las
proteínas precipitan, esto se debe a la perdida de la conformación globular que
pasa a ser filamentosa.
La desnaturalización puede ser: reversible o irreversible.
Reversible cuando las condiciones que la provocan son poco intensas o duran
poco tiempo, en este caso cuando cesan, la proteína adopta de nuevo la
configuración original. A este proceso se le denomina renaturalización.
Irreversible cuando los cambios que la producen son intensos y persistentes, en
este caso cuando cesan, la proteína no recupera ya la configuración original.
Ejemplos de desnaturalización:
Formación del yogurt:
acción de bacterias (fermentación láctica)

Lactosa  ácido láctico
aumenta pH

Caseína de la leche  se hace insoluble y precipita
soluble
desnaturalización
formando el yogurt.
3.7. CLASIFICACIÓN
Las proteínas atendiendo a su composición se las divide en dos grupos:
1. Proteínas simples u holoproteínas: Son aquellas que están formadas
únicamente por aminoácidos.
2. Proteínas conjugadas o heteroproteínas: Son aquellas que están formadas
además de por aminoácidos, por otros compuestos no proteicos de distinta
naturaleza que se denomina grupo prostético.
Heteroproteína = parte proteica + grupo prostético
Proteínas simples u holoproteínas
Se dividen en dos grupos según como sea su conformación.
Proteínas globulares o esferoproteínas: Tienen conformación globular, son
solubles en agua o en disoluciones polares, tienen gran actividad biológica. Dentro
de este grupo tenemos:
Albúminas. Son solubles en agua y en disoluciones salinas. Tienen un peso
molecular que oscila entre 30 y 100.000 u.m.a. Intervienen en el transporte de
otras moléculas: hormonas, ácidos grasos, cationes, etc, debido a la capacidad
que tienen para unirse reversiblemente con ellas. Actúan como reserva de
aminoácidos. Dentro de este grupo están:
Seroalbúmina: Se encuentra en el plasma sanguíneo, son las más abundantes de
las proteínas plasmáticas.
Ovoalbúmina de la clara de huevo.
Lactoalbúmnia de la leche.
Globulinas. Insolubles en agua pero solubles en disoluciones salinas. Tienen un
peso molecular muy elevado de alrededor de 1.000.000. Dentro este grupo están:
Seroglobulinas que se encuentran en la sangre como la -globulinas que forman
parte de la hemoglobina, -globulinas forman parte de los anticuerpos.
Ovoglobulina que se encuentra en el huevo.
Lactoglobulina se encuentra en la leche.
Protaminas e histonas: Son proteínas básicas de bajo peso molecular. Se asocian
a los ácidos nucleicos y forman parte de la cromatina.
Proteínas filamentosa o escleroproteínas: Tienen conformación filamentosa,
son insolubles en agua y muy resistentes a la acción de enzimas. Suelen tener
función estructural. Las más importantes son:
Colágenos: Están formadas por 3 cadenas polipeptídicas, ricas en prolina y
glicina, que se enrollan helicoidalmente entre sí formando una triple hélice. Se
encuentran en tejidos conjuntivos, cartilaginosos y óseos. Forman fibras muy
resistentes a la tracción (tendones).
Elastinas: Están dotadas de elasticidad, por ello se encuentran en órganos
sometidos a deformaciones reversibles tales como: paredes de vasos, pulmones
etc.
Queratinas: Son ricas en cisteína. Se encuentran en formaciones epidérmicas
como pelos, uñas, plumas etc.
Actina y miosina que se encuentran en los músculos e intervienen en la
contracción.
Fibrina se obtiene a partir del fibrinógeno e interviene en la coagulación.
Proteínas conjugadas o heteroproteínas: Dentro de ellas atendiendo a la
naturaleza del grupo prostético se pueden diferenciar varios tipos:
Cromoproteínas El grupo prostético es una molécula compleja coloreada debido
a que posee dobles enlaces conjugados, por eso a estas proteínas se las
denomina también pigmentos. Dentro de ellas se diferencian dos tipos atendiendo
a la composición del grupo prostético.
Porfirínicas: El grupo prostético es una metalporfirína, que es una molécula
formada por un anillo tetrapirrólico o porfirina en cuyo interior existe un catión
metálico. Dentro de este grupo destacan las siguientes:
Hemoglobina y mioglobina: En este caso a la metalporfirina se la denomina
grupo hemo y lleva como catión metálico el ión Fe2+, es de color rojo. La
hemoglobina transporta el oxígeno en la sangre de los vertebrados y la mioglobina
en los músculos.
Citocromos: También contienen hierro que puede tomar o ceder electrones
pasando de Fe2+ a Fe3+ y viceversa. Intervienen en las reacciones de oxidoreducción transportando electrones.
No porfirínicas: El grupo prostético también es una molécula coloreada, tiene
cationes metálicos pero no anillos pirrólicos. Destacan
Hemocianina: Es de color azul, contiene Cu2+, es el pigmento respiratorio de
moluscos y crustáceos.
Rodopsina: Esta presente en las células de la retina, necesaria para el proceso
visual, ya que es la molécula que capta la luz.
Glucoproteínas: En este caso el grupo prostético es un glúcido. A este grupo
pertenecen:
Gonadotropas: Hormonas producidas por la hipófisis que estimulan las gónadas.
Inmunoglobulinas o anticuerpos: Formadas por 4 cadenas polipeptídicas, 2
largas y 2 cortas que se unen con dos moléculas de glúcidos.
Mucoproteínas como las mucinas que tienen función lubricante y protectora.
Lipoproteínas: El grupo prostético es un lípido. Muchas forman parte de las
membranas celulares; un grupo especial de lipoproteínas están presentes en el
plasma y forman partículas hidrosolubles que se encargan de transportar lípidos
insolubles (colesterol, triglicérido, etc) por el torrente sanguíneo, llevándolos desde
el lugar de absorción el intestino hasta los tejidos de destino.
Las lipoproteínas sanguíneas se clasifican en función de su densidad, que será
tanto mayor cuanto menor es el contenido de lípidos, los principales grupos son
Quilomicrones: Se producen en las células del intestino a partir de los ácidos
grasos y glicerina obtenidos en la digestión, transportan las grasas resultantes
hasta el tejido adiposo y el hígado para almacenarse.
VLD (Lipoproteínas de muy baja densidad) transportan al tejido adiposo grasas
formadas en el hígado.
LDL (Lipoproteína de baja densidad) se producen en el hígado. Transportan el
colesterol, tanto el sintetizado en el hígado (endógeno) como el ingerido (exógeno)
y gran parte de las grasas y fosfolípidos desde el hígado a los tejidos para que sea
utilizado. Las LDL se fijan a receptores específicos de las membranas de las
células diana y se engloban dentro de ellas por endocitosis, una vez dentro se
destruyen dejando libre los lípidos. Si el colesterol se encuentra en grandes
cantidades en las células se sintetizan menos receptores y como consecuencia no
entra en las células y se deposita en la paredes arteriales internas formando
placas denominadas ateromas que endurecen la pared arterial y reducen su luz, a
esta enfermedad se la denomina arterioesclerosis.
HDL (Lipoproteínas de alta densidad) es el “colesterol bueno”. Se encarga de
transportar el colesterol sobrante hasta el hígado para que allí sea metabolizado y
excretado en la bilis.
Fosfoproteínas: El grupo prostético es el ácido ortofosfórico. A este grupo
pertenece la caseína de la leche y la vitelina de la yema de huevo.
Nucleoproteínas: El grupo prostético son los ácidos nucleicos. Constituyen la
cromatina y los cromosomas.
3.8. FUNCIONES DE LAS PROTEINAS
Las proteínas desempeñan una gran variedad de funciones entre las cuales
destacan las siguientes:
Función estructural. Las proteínas, sobre todo las filamentosas forman la
mayoría de las estructuras tanto celulares como orgánicas. Así algunas
glucoproteínas forman parte de las membranas celulares. Otras como tubulina,
actina, etc forman los cilios, flagelos, citoesqueleto, etc. Las histonas forman parte
de la cromatina y los cromosomas. El colágeno forma tendones, cartílagos,
huesos etc., la elastina forma parte paredes de ciertos órganos, la queratina
constituye la mayoría de las formaciones epidérmicas como pelos, uñas plumas
etc.
Función de reserva: Algunas proteínas como la ovoalbúmina de la clara de
huevo, la caseína de la leche etc actúan como reserva de aminoácidos.
Función homeostática: Las proteínas contribuyen a mantener constantes las
condiciones del medio interno. Intervienen en el mantenimiento del equilibrio
osmótico y debido a su carácter anfótero actúan como sistemas amortiguadores
de pH.
Función de transporte: Muchas proteínas se unen con otras moléculas e
intervienen en su transporte. Así tenemos algunas proteínas de las membranas
celulares (permeasas) que tienen como función transportar sustancias entre el
exterior y el interior. Otras muchas proteínas extracelulares tienen como misión
transportar diversas sustancias por el interior del organismo, así tenemos la
hemoglobina que transporta el oxígeno en la sangre de los vertebrados, la
hemocianina lo hace en algunos invertebrados, la mioglobina lo transporta en el
músculo; los citocromos transportan electrones en la cadena respiratoria
(mitocondrias) y en la fase luminosa de la fotosíntesis (cloroplastos); las
lipoproteínas transportan colesterol, triglicéridos y otros lípidos; la seroalbúmina
transporta ac.grasos, fármacos y otras sustancias en la sangre.
Función defensiva: Algunas proteínas realizan una función protectora para el
organismo. Así tenemos la trombina y el fibrinógeno que intervienen en el proceso
de coagulación impidiendo la perdida de sangre; las mucinas que tienen acción
germicida y protectora de las mucosas. Pero la función defensiva más importante
la realizan las inmunoglobulinas que constituyen los anticuerpos, estos se fabrican
cuando en el organismo penetran sustancias extrañas (antígenos). Lo que hacen
es reaccionar con ellos aglutinándolos y precipitándolos y como consecuencia los
inactivan.
Función hormonal: Algunas hormonas son proteínas y actúan regulando
diversos procesos metabólicos. Así tenemos la insulina y el glucagón regulan el
metabolismo de los glúcidos; la parathormona regula metabolismo del Ca y del P;
las hormonas producidas por la hipófisis etc.
Función contráctil: Los movimientos y la locomoción de los organismo tanto
unicelulares como pluricelulares se deben a la acción de algunas proteínas. Así
tenemos la actina y la miosina que forman las miofibrillas de los músculos y son
las responsables de la contracción muscular; la dineína responsable del
movimiento de cilios y flagelos, etc..
Función catalítica: Algunas proteínas actúan catalizando (facilitando y
acelerando) las reacciones que tienen lugar en los seres vivos, estas reacciones
constituyen el metabolismo. Estas proteínas se denominan enzimas y constituyen
el grupo más numeroso de proteínas y posiblemente el más importante.
3.9. Catálisis Enzimática
www.med.unne.edu.ar/catedras/bioquimica
Los enzimas son proteínas que catalizan reacciones químicas en los seres vivos.
Los enzimas son catalizadores, es decir, sustancias que, sin consumirse en una
reacción, aumentan notablemente su velocidad. No hacen factibles las reacciones
imposibles, sino que sólamente aceleran las que espontáneamente podrían
producirse. Ello hace posible que en condiciones fisiológicas tengan lugar
reacciones que sin catalizador requerirían condiciones extremas de presión,
temperatura o pH.
ASPECTOS GENERALES SOBRE LOS ENZIMAS
Prácticamente todas las reacciones químicas que tienen lugar en los seres vivos
están catalizadas por enzimas. Los enzimas son catalizadores específicos: cada
enzima cataliza un solo tipo de reacción, y casi siempre actúa sobre un único
sustrato o sobre un grupo muy reducido de ellos. En una reacción catalizada por
un enzima:
1. La sustancia sobre la que actúa el enzima se llama sustrato.
2. El sustrato se une a una región concreta del enzima, llamada centro activo. El
centro activo comprende (1)
un sitio de unión formado por los aminoácidos que están en contacto directo con el
sustrato y (2) un sitio catalítico, formado por los aminoácidos directamente
implicados en el mecanismo de la reacción
3. Una vez formados los productos el enzima puede comenzar un nuevo ciclo de
reacción
1.- El enzima y su sustrato
2.- Unión al centro activo
3.- Formación de productos
Las enzimas, a diferencia de los catalizadores inorgánicos catalizan reacciones
específicas. Sin embargo hay distintos grados de especificidad. El enzima
sacarasa es muy específico: rompe el enlace b-glucosídico de la sacarosa o de
compuestos muy similares. Así, para el enzima sacarasa, la sacarosa es su
sustrato natural, mientras que la maltosa y la isomaltosa son sustratos análogos.
El enzima actúa con máxima eficacia sobre el sustrato natural y con menor
eficacia sobre los sustratos análogos. Entre los enzimas poco específicos están
las proteasas digestivas como la quimotripsina, que rompe los enlaces amida de
proteínas y péptidos de muy diverso tipo.
PROPIEDADES DE LAS ENZIMAS
Las propiedades de los enzimas derivan del hecho de ser proteínas y de actuar
como catalizadores. Como proteínas, poseen una conformación natural más
estable que las demás conformaciones posibles. Así, cambios en la conformación
suelen ir asociados en cambios en la actividad catalítica. Los factores que influyen
de manera más directa sobre la actividad de un enzima son:
 pH
 temperatura
 cofactores
EFECTO DEL pH SOBRE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA.
Los enzimas poseen grupos químicos ionizables (carboxilos -COOH; amino -NH2;
tiol -SH; imidazol, etc.) en las cadenas laterales de sus aminoácidos. Según el pH
del medio, estos grupos pueden tener carga eléctrica positiva, negativa o neutra.
Como la conformación de las proteínas depende, en parte, de sus cargas
eléctricas, habrá un pH en el cual la conformación será la más adecuada para la
actividad catalítica. Este es el llamado pH óptimo.
La mayoría de los enzimas son muy sensibles a los cambios de pH. Desviaciones
de pocas décimas por encima o por debajo del pH óptimo pueden afectar
drásticamente su actividad. Así, la pepsina gástrica tiene un pH óptimo de 2, la
ureasa lo tiene a pH 7 y la arginasa lo tiene a pH 10 (Figura de la izquierda). Como
ligeros cambios del pH pueden provocar la desnaturalización de la proteína, los
seres vivos han desarrollado sistemas más o menos complejos para mantener
estable el pH intracelular: Los amortiguadores fisiológicos.
EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
En general, los aumentos de temperatura aceleran las reacciones químicas: por
cada 10ºC de incremento, la velocidad de reacción se duplica. Las reacciones
catalizadas por enzimas siguen esta ley general. Sin embargo, al ser proteínas, a
partir de cierta temperatura, se empiezan a desnaturalizar por el calor. La
temperatura a la cual la actividad catalítica es máxima se llama temperatura
óptima (Figura de la derecha). Por encima de esta temperatura, el aumento de
velocidad de la reacción debido a la temperatura es contrarrestado por la pérdida
de actividad catalítica debida a la desnaturalización térmica, y la actividad
enzimática decrece rápidamente hasta anularse.
EFECTO DE LOS COFACTORES SOBRE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
A veces, un enzima requiere para su función la presencia de sustancias no
proteicas que colaboran en la catálisis: los cofactores. Los cofactores pueden ser
iones inorgánicos como el Fe++, Mg++, Mn++, Zn++ etc. Casi un tercio de los
enzimas conocidos requieren cofactores. Cuando el cofactor es una molécula
orgánica se llama coenzima.
Muchos de estos coenzimas se sintetizan a partir de vitaminas. En la figura inferior
podemos observar una molécula de hemoglobina (proteína que transporta
oxígeno) y su coenzima (el grupo hemo). Cuando los cofactores y las coenzimas
se encuentran unidos covalentemente al enzima se llaman grupos prostéticos.
La forma catalíticamente activa del enzima, es decir, el enzima unida a su grupo
prostético, se llama holoenzima. La parte proteica de un holoenzima (inactiva) se
llama apoenzima, de forma que:
3.9 Transporte y almacenamiento de Oxigeno: la Hemoglobina.
DEFINICION
La hemoglobina (HB) es una proteína globular, que esta presente en altas
concentraciones en lo glóbulos rojos y se encarga del transporte de O2 del
aparato respiratorio hacia los tejidos periféricos; y del transporte de CO2 y
protones (H+) de los tejidos periféricos hasta los pulmones para ser excretados.
Los valores normales en sangre son de 13 – 18 g/ dl en el hombre y 12 – 16 g/dl
en la mujer.
ESTRUCTURA
La hemoglobina es una proteína con estructura cuaternaria, es decir, esta
constituida por cuatro cadenas polipeptídicas: dos
hemoglobina
adulta- HbA) (Figura 3.7); Las cadenas polipeptídicas alfa contienen 141
aminoácidos, las no alfa 146 y difieren en la secuencia de aminoácidos. Se conoce
desde hace décadas la estructura primaria de las cuatro cadenas de Hb normales.
La estructura secundaria es muy similar: cada una exhibe 8 segmentos
helicoidales designados con las letras A a la H. Entre ellos se encuentran 7
segmentos no helicoidales. Cada cadena α
β,
sin embargo, existen pocas intera
dos cadenas β entre si.
Las
cuatro
cadenas
polipeptídicas de la Hb contienen
cada una un grupo prostético, el
Hem, un tetrapirrol cíclico (Figura
3.8), que les proporciona el color
rojo a los hematíes. Un grupo
prostético es una porción no
polipeptídica que forma parte de
una proteína en su estado
funcional. El átomo de hierro se
encuentra
en
estado
de
oxidación ferroso (+2) y puede
Figura
3.7)
Estructura
cuaternaria
de
la
formar 5 o 6 enlaces de
Hemoglobina Humana Adulta.
coordinación dependiendo de la
unión del oxigeno a la Hb (oxiHb, desoxiHb). Cuatro de estos enlaces se producen
con los nitrógenos pirrólicos de la porfirina en un plano horizontal. El quinto enlace
de coordinación se realiza con el nitrógeno del imidazol de una histidina
denominada histidina proximal. Finalmente, el sexto enlace del átomo ferroso es
con el O2, que además está unido a un segundo imidazol de una histidina
denominada histidina distal. Tanto el quinto como el sexto enlace se encuentran
en un plano perpendicular al plano del anillo de porfirina. La parte porfirínica del
Hem se sitúa dentro de una bolsa hidrofóbica que se forma en cada una de las
cadenas polipeptídicas.
Cuando una proteína esta con su grupo prostético se
denomina holoproteina, y cuando esta sin este, se
lo denomina apoproteina. Además por poseer un
grupo prostético se dice que la Hb es una proteína
conjugada, es una hemoproteina.
TRANSPORTE DE OXIGENO Y DIÓXIDO DE
CARBONO
Figura
3.8)
cuaternaria
Hemoglobina
Adulta.
Estructura
de
la
Humana
Como ya se ha mencionado la hemoglobina es el
transportador de O2, CO2 y H+. Se sabe que por
cada litro de sangre hay 150 gramos de Hb, y que
cada gramo de Hb disuelve 1.34 ml de O2, en total se transportan 200 ml de O2
por litro de sangre. Esto es, 87 veces más de lo que el plasma solo podría
transportar. Sin un transportador de O2 como la Hb, la sangre tendría que circular
87 veces más rápido para satisfacer las necesidades corporales.
La relación entre la tensión de O2 y la saturación de la Hb se describe mediante la
curva de saturación de la oxiHb. La curva de disociación de la hemoglobina es
sigmoidea.
De esta forma, la Hb está saturada 98% en los pulmones y sólo 33% en los
tejidos, de manera que cede casi 70% de todo el O puede transportar.
La porción más empinada de la curva se encuentra en las zonas de baja tensión
de O los tejidos, lo que significa que disminuciones relativamente pequeñas en la
tensión de O lugar a grandes incrementos en la cesión de O El primer O 2 que se
une a la Hb, lo hace en la cadena α, porque en la cadena lugar de ingreso del
oxigeno se encuentra una valina (E11); al entrar este oxigeno tira al Fe y este a su
vez estira a la histidina proximal, que se encuentra en la hélice F. Un sector de
esta hélice y un sector de la hélice G, de la misma cadena, interactúa con un
sector de la hélice C de la otra cadena, cuando el O a la cadena β hay corrimiento
de FG y desaparece la interacción FG-C, y est un cambio conformacional de la
cadena producen rupturas de los puentes salinos entre los extremos carboxilos de
las cuatro subunidades de la Hb, esto hace que la fijación subsiguiente sea
facilitada porque requiere un numero menor de rotura de enlaces salinos, así
también el giro de α-α
de los Hem por el oxigeno. Lo anterior refleja el mecanismo de cooperatividad
positiva Hb, es decir, el fenómeno por el cual la entrada de un O2 ayuda a la
entrada de los siguientes.
Cuando la Hb esta oxigenada se dice que esta relajada (R), y cuando la Hb esta
desoxigenada se dice que esta en estado tenso (T)