Las proteínas

Los aminoácidos son los bloques de construcción básicos de las proteínas. Este tipo de moléculas tienen una estructura general simple: en un extremo hay un átomo de nitrógeno con dos hidrógenos unidos (a esto se le llama un grupo amino, y da al compuesto su nombre).

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Luego viene una colección de átomos que difieren de una especie de aminoácido a la siguiente, y finalmente, al otro extremo, un grupo de “OH”.

Todas las moléculas importantes llamadas proteínas están hechas de cadenas de aminoácidos unidas una a otra como elefantes en una procesión. La formación básica se muestra arriba. Cuando dos aminoácidos se unen, el hidrógeno de uno y el oxígeno e hidrógeno del otro se combinan para formar agua.

En el proceso, es dejada atrás una molécula más larga que tiene fragmentos de cada uno de los dos aminoácidos. Una forma fácil de pensar en una formación de proteína a partir de aminoácidos es pensar en los aminoácidos como “estrujando” el agua entre ellos y luego uniéndose. Este tipo de unión recibe el nombre de “enlace péptido”.

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La variedad de proteínas halladas en la Naturaleza es posible gracias al hecho de que cada secuencia diferente de aminoácidos corresponde a una proteína diferente. Las proteínas se alinean en tamaño desde menos de 100 aminoácidos (un ejemplo: la insulina) hasta centenares de miles. Las moléculas más grandes de proteínas contienen millones de átomos distintos.

Las proteínas definen nuestra identidad bioquímica y son los caballos de labor de la química de la célula. Actúan como enzimas en todas las reacciones químicas complejas que se producen dentro de las células de nuestro cuerpo. A veces sirven como elementos estructurales: nuestro pelo y uñas, por ejemplo, están formados a partir de moléculas de proteínas.

Todas las proteínas en los sistemas vivos de la Tierra están compuestas por veinte aminoácidos estándar distintos. Cada proteína que aparece en cualquier sistema vivo de nuestro planeta está formada por diferentes combinaciones de los mismos veinte aminoácidos básicos, pese al hecho de que pueden fabricarse muchos más tipos de aminoácidos en el laboratorio.

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Los nombres de los veinte básicos son:

Aminoácidos básicos: Lisina, Arginina e Histidina.

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Aminoácidos alifáticos: Alanina, Valina, Leucina e Isoleucina.

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Aminoácidos polares neutros: Serina, Treonina, Asparagina, Glutamina, Cisteína y Metiona.

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Aminoácidos ácidos: Ácido aspártico y Ácido glutámico.

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Aminoácidos aromáticos: Fenilalanina, Tirosina y Triptofano.

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Aminoácidos de importancia conformacional: Glicina y Prolina.

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La razón de que sólo existan esos veinte aminoácidos tiene dos teorías:

La teoría del “accidente congelado” sostiene que es esencialmente accidental, que la primera célula se formó con esos veinte aminoácidos, y que a partir de ahí la vida y en consecuencia todos sus desarrollos tuvieron los mismos veinte aminoácidos.

La otra teoría, de la “ley bioquímica”, argumenta que existe una ley, aún desconocida, que hace que esos veinte aminoácidos en particular sean la combinación óptima para los sistemas vivos.

Aun así, estas teorías quedaron obsoletas en 1986 cuando se identificó el número 21 (Selenocisteína), y en 2002 se halló un número 22 en otro organismo vivo (Pirrolisina).

Las proteínas poseen una estructura compleja multicapas. La “estructura primaria” de una proteína es dada por la secuencia de aminoácidos a los largo de la cadena. Pero una cadena de aminoácidos no permanece quieta ahí como un trozo de cuerda. Algunos de los aminoácidos pueden formar enlaces, cada uno con moléculas de su propia cadena o con las de otras.

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Como resultado de esos enlaces, las proteínas adquieren una “estructura secundaria”. Algunas estructuras comunes:

– Un sacacorchos formado por una sola molécula, que podemos hallar por ejemplo en el pelo, las uñas o la lana.
– Cadenas separadas unidas entre sí en puntos distintos de su longitud, como en la seda.
– Cadenas separadas enrolladas unas en torno a las otras como un cable, siendo los tendones o los cartílagos unos ejemplos de esta estructura.

En las proteínas muy largas, el tipo de enrollado y retorcido asociado con la estructura secundaria se establece sólo sobre algunas partes de la cadena, y es posible que nos encontremos incluso con distintos tipos de estructura secundaria en diferentes partes de la cadena.

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Toda la cadena, estructuras secundarias incluidas, puede entonces cerrarse en una forma más grande, que llamamos la “estructura terciaria”. Las proteínas más importantes se cierran en glóbulos de forma irregular (pero búrdamente esféricos).

Esto explica porqué la seda es flexible mientras que la lana es estirable, ya que en la seda, las cadenas de proteínas van en la misma dirección que las fibras. Cuando intentamos estirar el material, lo que intentamos hacer es romper todos los enlaces covalentes que mantienen las cadenas unidas, y esto es un trabajo difícil.

Cuando doblamos el material, en cambio, sólo tenemos que vencer las débiles fuerzas entre las cadenas, que requiere mucha menos energía. Cuando estiramos la lana, estiramos el “sacacorchos” de sus moléculas, una operación análoga a estirar (pero no romper) un muelle.

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La compleja y confusa superficie externa de una molécula globular de proteína la hace ideal para su función como enzima. Una de las moléculas que deben sufrir una reacción “encajará” en un valle de la superficie de la proteína, la otra molécula encajará en un valle vecino.

La proteína mantiene las dos moléculas juntas hasta que se han formado los nuevos enlaces químicos. La molécula nueva formada ya no “encaja” en la proteína, así que se aleja flotando y deja la proteína libre para repetir la operación. Así es como las proteínas pueden efectuar el trabajo químico de una célula sin ser consumidas en el proceso.

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La forma que tienen las proteínas es uno de los problemas de la biofísica, y si pedimos a un químico que nos extienda la estructura terciaria de una proteína, proveyéndole de la secuencia de aminoácidos, seguramente no podrá predecirla.

La razón, es que hay tantas interacciones de átomos dentro de una proteína que es imposible mantener su rastro, incluso para los cálculos de los ordenadores.

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