Estructura, Propiedades y Funciones Esenciales de las Proteínas

Las proteínas son macromoléculas fundamentales para la vida, desempeñando roles cruciales en la estructura, función y regulación de los organismos. A continuación, se detallan sus propiedades distintivas, sus diversas funciones biológicas y su clasificación bioquímica.

Propiedades Fundamentales de las Proteínas

1. Especificidad

La especificidad se refiere a su función. Cada una lleva a cabo una determinada función y lo realiza porque posee una estructura primaria específica y una conformación espacial propia. Por lo tanto, un cambio en la estructura de la proteína puede significar una pérdida de la función.

Además, no todas las proteínas son iguales en todos los organismos; cada individuo posee proteínas específicas suyas que se ponen de manifiesto en los procesos de rechazo de órganos trasplantados. La semejanza entre proteínas indica el grado de parentesco entre individuos, por lo que sirve para la construcción de árboles filogenéticos.

2. Desnaturalización

Consiste en la pérdida de la estructura terciaria debido a la ruptura de los puentes que forman dicha estructura. Todas las proteínas desnaturalizadas tienen la misma conformación: muy abiertas y con una interacción máxima con el disolvente. Por ello, una proteína soluble en agua, cuando se desnaturaliza, se hace insoluble y precipita.

La desnaturalización se puede producir por:

• Cambios de temperatura (ejemplo: huevo cocido o frito).
• Variaciones del pH.

En algunos casos, si las condiciones se reestablecen, una proteína desnaturalizada puede volver a su anterior plegamiento o conformación, proceso que se denomina renaturalización.

Funciones Biológicas Clave de las Proteínas

1. Catálisis (Función Enzimática)

   La mayoría de las reacciones químicas dentro de una célula son catalizadas por proteínas (enzimas). Un ejemplo es el proceso mediante el cual se agrega un grupo químico llamado fosfato a la molécula de glucosa. Un proceso aparentemente sencillo, como la obtención de energía a partir de glucosa, requiere el funcionamiento y la coordinación de varias enzimas.

   Otro ejemplo es la enzima que cataliza la degradación del neurotransmisor acetilcolina. Esta enzima es fundamental, ya que, en su ausencia o mal funcionamiento, el neurotransmisor actúa de forma básicamente indefinida, provocando graves inconvenientes en el sistema nervioso. Sin los catalizadores, las reacciones no se producirían a una velocidad adecuada para el correcto funcionamiento del organismo.

   Nota: Las proteínas con funciones enzimáticas son las más especializadas. Gracias a su acción, se disminuye la energía requerida para romper o formar moléculas. Si las reacciones metabólicas se realizaran sin la participación de enzimas, deberían llevarse a cabo a temperaturas que bordean los 1000°C, o bien, la reacción a 37°C sería tan lenta que su duración no sería compatible con la vida.

2. Transporte

   Ejemplos de proteínas transportadoras:

   • Hemoglobina: Transporta el oxígeno en la sangre al resto del organismo.
   • Mioglobina: Transporta oxígeno en los músculos.
   • Lipoproteínas: Transportan lípidos en la sangre.
   • Citocromos: Transportan electrones.

3. Almacenamiento (Reserva)

   Las proteínas también cumplen una función de reserva o almacenamiento. Ejemplos:

   • Ovoalbúmina: (de la clara de huevo).
   • Gliadina: (del grano de trigo).
   • Lactoalbúmina: (de leche).

4. Movimiento

   Las proteínas constituyen uno de los componentes fundamentales de los músculos. La actina y la miosina constituyen las miofibrillas responsables de la contracción muscular.

5. Soporte y Estructura

   La tensión de la piel y los huesos se debe a la presencia de proteínas. La enorme versatilidad de propiedades físicas que muestran las proteínas se ilustra con ejemplos como:

   • Colágeno: Forma parte del tejido conjuntivo fibroso, confiriendo resistencia.
   • Elastina: Permite a tejidos como arterias y pulmones la posibilidad de estirarse sin causar daño (tejido conjuntivo elástico).
   • Queratina: En formaciones epidérmicas (pelo, uñas) y protege mucosas.
   • Glucoproteínas: Forman parte de las membranas.
   • Histonas: Forman parte de los cromosomas y regulan la expresión de los genes.

6. Protección Inmune y Coagulación

   El sistema inmune, responsable de defendernos contra organismos foráneos, requiere de la precisa interacción de cientos de proteínas.

   • Inmunoglobulina: Actúa como anticuerpo frente a posibles antígenos.
   • Trombina y Fibrinógeno: Contribuyen a la formación de coágulos, evitando hemorragias.
   • Mucinas: Tienen efecto germicida y protegen nuestras mucosas.

7. Transmisión de Impulsos Nerviosos

   Los impulsos nerviosos son transmitidos dentro de una célula por iones que pasan a través de canales constituidos por proteínas. La precisa regulación del balance iónico requiere del funcionamiento de proteínas que funcionan como bombas específicas que llevan iones de un lado a otro de la membrana. Existen bombas específicas para iones de sodio, potasio, calcio, hidrógeno y cloruro.

8. Control y Regulación (Función Hormonal)

   Las proteínas están encargadas también de la regulación y control de muchos de los procesos biológicos. Muchas hormonas son proteínas.

   Ejemplos de hormonas proteicas:

   • Insulina y Glucagón: Regulan los niveles de glucosa en la sangre.
   • Hormona del crecimiento.
   • Calcitocina: Regula los niveles de calcio.

Clasificación Bioquímica de las Proteínas

1. Holoproteínas (Proteínas Simples)

Formadas solamente por aminoácidos. Se subdividen en:

A. Holoproteínas Globulares

• Prolaminas: Zeína (maíz), Gliadina (trigo), Hordeína (cebada).
• Gluteninas: Glutenina (trigo), Orizanina (arroz).
• Albúminas: Seroalbúmina (sangre), Ovoalbúmina (huevo), Lactoalbúmina (leche).
• Hormonas: Insulina, Prolactina, Tirotropina, Hormona del crecimiento.
• Enzimas: Hidrolasas, Oxidasas, Ligasas, Liasas, Transferasas.

B. Holoproteínas Fibrosas

• Colágeno: Presente en tejido conjuntivo y cartilaginoso.
• Queratinas: En formaciones epidérmicas (pelo, uñas, etc.).
• Elastina: En tendones y vasos sanguíneos.
• Fibroínas: En hilos de seda (arañas e insectos).

2. Heteroproteínas (Proteínas Conjugadas)

Formadas por una fracción proteica y por un grupo no proteico, que se denomina grupo prostético.

• Glucoproteínas: Ribonucleasa, mucoproteínas, hormona luteinizante.
• Lipoproteínas: De alta y baja densidad, que transportan lípidos en la sangre.
• Nucleoproteínas: Nucleosomas de la cromatina, ribosomas.
• Cromoproteínas: Hemoglobina, Hemocianina, Mioglobina, Citocromos.