Proteinas

Las proteínas ya se reconocieron como constituyentes esenciales del protoplasma que contenían nitrógeno por Mulder en 1839. Las llamo proteínas, según la palabra griega que significa “de primera importancia”. Las proteínas son constituyentes fundamentales de todas las células y tejidos del cuerpo y existen en todos los líquidos, excepto bilis y orina. También son constituyentes esenciales de la dieta necesarios para la síntesis de tejido corporal, enzimas, algunas hormonas y componentes proteínicos de la sangre.

Composición Elemental
Los cincos elementos que existen en la mayor parte de las proteínas naturales son carbono, hidrogeno, oxigeno, nitrógeno, y azufre. Hay una amplia variación en la cantidad de azufre de las proteínas.
Otros elementos como fosforo, yodo y hierro pueden ser constituyentes esenciales de algunas proteínas especializadas, el contenido medio de los cinco principales elementos es el siguiente:
Elementos Promedio por 100
Carbono 53
Hidrogeno 7
Oxigeno 23
Nitrógeno 16
Azufre 1
El contenido relativamente elevado se nitrógeno distingue las proteínas de las grasas y carbohidratos.

Peso Molecular
En general, las moléculas proteínicas tienen pesos moleculares que varían entre 34 500 y 50 000 000. Su volumen extraordinariamente grande puede apreciarse fácilmente cuando se compara con el peso molecular de una grasa.

Aminoácidos
Como cualquier molécula compleja, pueden desintegrase por hidrólisis en moléculas más pequeñas, cuya estructura se determina más fácilmente. La hidrólisis incluye la rotura simple de un grupo amina. Reactivos utilizados comúnmente para hidrólisis de proteína son ácidos (HCL y H2 SO4), bases (NaOH), y enzimas (proteasas). Las moléculas simples formadas por hidrólisis completa de una proteína se llaman aminoácidos.
Un aminoácido es esencialmente un acido orgánico que contiene un grupo amínico. Si se substituye un hidrogeno por un grupo amínico en el átomo de carbono que se haya junto al grupo carboxilo del acido acético CH3COOH, se forma el aminoácido simple glicina (glucocola).

Los aminoácidos se agrupan según su estructura química.
I. Aminoácidos aromáticos
a) Con grupo amino y un grupo carboxilo
b) Con un grupo amino, un carboxilo y un hidroxilo
c) Con un amino y dos grupos carboxilos o sus amidas
d) Con dos aminos y un grupo carboxilo
e) Aminoácidos que contienen azufre
II. Aminoácidos aromáticos
III. Aminoácidos heterocíclicos

ESTRUCTURA DE PROTEÍNAS
Las propiedades químicas, físicas y biológicas de cada proteína dependen de la estructura de la molécula como existe en estado nativo. Las proteínas van en complejidad desde un polipeptido simple como la vasopresina, con actividad biológica, hasta una proteína globular como la mioglobulina, cuya molécula incluye enlaces cruzados, formación de hélice y fuerzas de plegamiento y de conformación.

Estructura primaria
La secuencia de aminoácidos conocida por las determinaciones analíticas ha establecido la estructura exacta de la cadena de polipéptidos en proteínas simples. La unión péptidica reuniendo aminoácidos para producir un polipeptido se considera la estructura primearía de una proteína.

Estructura secundaria
Si en la estructura proteínica solo intervinieran enlaces peptídicos, las moléculas formarían largas cadenas de polipéptidos enrolladas al azar. Sin embargo, la mayor parte de proteínas nativas son fibrosas o globulares, formadas por cadenas de polipéptidos reunidas o conservadas fruncidas en formas definidas por enlaces de hidrogeno. Esta influencia de enlaces de hidrogeno sobre la molécula de proteínas suele denominarse estructura secundaria de la proteína.

Estructura terciaria
Las cadenas polipéptidicas de proteínas globulares están más dobladas o fruncidas que las de las proteínas fibrosas. Esto depende de la actividad de varios tipos de enlaces que sostienen la estructura en una forma más compleja y rígida. Estos enlaces son los que originan la estructura terciaria de las proteínas y ejercen fuerzas más intensas que los enlaces de hidrogeno para conservar juntas cadenas polipéptidicas o pliegues de cadenas individuales. Se forman un poderoso enlace covalente entre dos residuos de cisteína, resultando en el enlace disulfuro. Pueden formarse enlaces salinos o enlaces iónicos entre los residuos de aminoácidos básicos de lisina y arginina con los aminoácidos bicarboxilicos como el aspártico y el glutámico.

Sedimentación de proteínas
La medición del ritmo de sedimentación de las proteínas en un campo de centrifugación de gran intensidad fue posible cuando Svedberg en la década de 1920 creó la ultracentrífuga. Una proteína se centrifuga en la forma usual; si consta de una sola especie de molecular las moléculas de proteínas formaran un solo limite que se va desplazando por el solvente alejándose del centro de rotación. El volumen, forma y, especialmente, el peso molecular de una proteína establecen cual será su intensidad de sedimentación. La constante de sedimentación, s, es característica de una molécula proteínica.

Análisis de difracción de rayos X
Se ha logrado una imagen tridimensional de la molécula de proteína mioblobina, según los datos de difracción con rayos X obtenidos por Kendrew y colaboradores. Cuando los rayos X chocan con un átomo, sufren difracción (son reflejados) en proporción con el número de electrones extracelulares en el átomo. Por lo tanto, los átomos más pesados, con número atómico más elevado, producen más difracción que los átomos más ligeros.

Estructura cuaternaria
Este nivel de estructura proteínica incluye la polimerización, o sea el grado de agregación de las unidades proteínicas. Las moléculas de hemoglobina es un buen ejemplo de estructura de subunidad en proteínas. La hemoglobina nativa tiene un peso molecular de 68000 en solución neutra. Si la solución se diluye, se acidifica, o se le añade urea 4M, peso molecular cambia a 34000. Esta disociación depende de las cuatro cadenas polipéptidicas que existen en la hemoglobina en forma de dos pares de cadenas α y β.

CLASIFICACION DE PROTEINAS
Las proteínas suelen clasificarse según su composición química o sus propiedades de solubilidad. De los tres tipos principales, las proteínas simples, se clasifican según su solubilidad, las proteínas conjugadas según sus grupos no proteínicos, y las proteínas derivadas según el método de alteración.
Proteínas simples, como protaminas en forma salmina y esturina de esperma de peces, las histonas en forma de la globina de la hemoglobina, y las albuminas en forma de albumina de huevo y albumina sérica, todas son solubles, en agua.
Las proteínas conjugadas incluyen nucleoproteínas consistentes en una proteína básica, como histonas o protaminas combinada como acido nucleído. Se encuentran en todos los núcleos celulares y en las mitocondrias. Las fosfoproteínas como la caseína de la leche y la vitelina de la yema de huevo, son proteínas unidas al acido fosfórico.
Las lipoproteínas son proteínas combinadas con lípidos como ácidos grasos, grasas y lecitina; se encuentran en el suero sanguíneo, cerebro y tejido nervioso.
Las proteínas derivadas constituyen un tipo mal definido de proteínas producidas, por ejemplo, por hidrólisis parcial, desnaturalización y calor, están representadas por proteosas, peptonas, metaproteinas y proteínas coaguladas.

DESNATURALIZACION DE PROTEINAS
La desnaturalización de una molécula proteínica provoca cambios en su estructura, que causan grandes alteraciones de sus propiedades físicas. Cuando están en solución, las proteínas se desnaturalizan rápidamente por contacto con ácidos alcalinos, agitación, calentamiento, agentes reductores, detergentes, solventes orgánicos y exposición a rayos X y luz. Algunos de los efectos de la desnaturalización son perdida de la actividad biológica, disminución de solubilidad en el punto isoeléctrico, aumento de susceptibilidad para la hidrólisis por enzimas proteolíticas, y aumento de reactividad de grupos que estaban enmascarados por el fruncimiento de las cadenas en la proteína original. En algunas proteínas, la configuración nativa es tan estable que los cambios por desnaturalización son reversibles.

PRECIPITACION DE PROTEINAS
Una de las características más importantes de las proteínas es la facilidad con la cual son precipitadas por algunos reactivos. Muchas de las funciones normales del cuerpo son esencialmente reacciones de precipitación. A continuación un breve resumen de los métodos más frecuentemente utilizados para precipitar proteínas.

Por coagulación mediante calor
Cuando mayor parte de soluciones proteínicas se calientan, la proteína se vuelve insoluble y precipita, formando proteína coagulada. Muchos alimentos proteínicos se cuecen cuando las proteínas de los tejidos y las bacterianas se coagulan rápidamente por acción del calor. El examen sistemático de muestras de orina n busca de proteína se efectúa calentando la orina en un tubo de ensayo para que coagule cualquier proteína que pueda contener.

Por alcohol
El alcohol coagula todas las proteínas, excepto las prolaminas. Puede utilizarse una solución de alcohol al 70 por 100 para estilizar la piel penetra eficazmente en las bacterias. Una solución de alcohol al 95 por 100 no es tan eficaz, porque limita a coagular la superficie de las bacterias y no las destruye.

Por ácidos inorgánicos concentrados
Las proteínas son precipitadas de sus soluciones por ácidos concentrados como el clorhídrico, sulfúrico y nítrico. La caseína, por ejemplo, precipita de la leche en forma de cuajo cuando actúa sobre ella el acido clorhídrico del jugo gástrico.

Por sales de metales pesados
Las sales de metales pesados, como el cloruro de mercurio y el nitrato de plata, precipitan las proteínas. Como las proteínas tienen conductas de zwiteriones, se ionizan como cargas negativas en soluciones neutras o alcalinas. Una solución de proteína como la clara d huevo o la leche, administrada como antídoto en casos de envenenamiento por metales pesados, se combina con sales metálicos.

Por reactivos de alcaloides
Los ácidos tánico, pícrico y tungstico son reactivos comunes de los alcaloides que precipitaran las proteínas en solución. Cuando está en solución acida, la proteína como Zwiterion se ioniza como carga positiva. Los acidos tánico y pícrico se utilizan a veces para tratar quemaduras. Cuando una solución de cualquiera de estos ácidos se pulveriza sobre zonas de quemadura extensa, precipita la proteína formando una cubierta protectora; esto separa la quemadura del aire e impide la perdida de agua.

Por separación salina
La mayor parte de proteínas son insolubles en una solución saturada de una sal como el sulfato amónico. Cuando interesa aislar una proteína de una solución sin modificar mucho su naturaleza química o sus propiedades, pueden precipitarse saturado la solución con (NH1)2SO4; después de filtración, suele suprimirse el exceso de (NH1)2SO4 por diálisis. El proceso de precipitación salina encuentra amplia aplicación en el aislamiento de proteínas biológicamente activas.