ESTRUCTURA

La organizaci�n de una prote�na viene definida por cuatro niveles estructurales denominados: estructura primaria, estructura secundaria, estructura terciaria y estructura cuaternaria. Cada una de estas estructuras informa de la disposici�n de la anterior en el espacio.

ESTRUCTURA PRIMARIA

La estructura primaria es la secuencia de aa. de la prote�na. Nos indica qu� aas. componen la cadena polipept�dica y el orden en que dichos aas. se encuentran. La funci�n de una prote�na depende de su secuencia y de la forma que �sta adopte.
 

ESTRUCTURA SECUNDARIA

La estructura secundaria es la disposici�n de la secuencia de amino�cidos en el espacio. Los aas., a medida que van siendo enlazados durante la s�ntesis de prote�nas y gracias a la capacidad de giro de sus enlaces, adquieren una disposici�n espacial estable, la estructura secundaria.

Existen dos tipos de estructura secundaria:

la a(alfa)-h�lice

la conformaci�n beta

Esta estructura se forma al enrollarse helicoidalmente sobre s� misma la estructura primaria. Se debe a la formaci�n de enlaces de hidr�geno entre el -C=O de un amino�cido y el -NH- del cuarto amino�cido que le sigue.

En esta disposici�n los aas. no forman una h�lice sino una cadena en forma de zigzag, denominada disposici�n en l�mina plegada.

Presentan esta estructura secundaria la queratina de la seda o fibro�na.

ESTRUCTURA TERCIARIA

La estructura terciaria informa sobre la disposici�n de la estructura secundaria de un polip�ptido al plegarse sobre s� misma originando una conformaci�n globular.

En definitiva, es la estructura primaria la que determina cu�l ser� la secundaria y por tanto la terciaria..

Las prote�nas determinan la forma y la estructura de las c�lulas y dirigen casi todos los procesos vitales. Las funciones de las prote�nas son espec�ficas de cada una de ellas y permiten a las c�lulas mantener su integridad, defenderse de agentes externos, reparar da�os, controlar y regular funciones, etc...Todas las prote�nas realizan su funci�n de la misma manera: por uni�n selectiva a mol�culas. Las prote�nas estructurales se agregan a otras mol�culas de la misma prote�na para originar una estructura mayor. Sin embargo, otras prote�nas se unen a mol�culas distintas: los anticuerpos a los ant�genos espec�ficos, la hemoglobina al ox�geno, las enzimas a sus sustratos, los reguladores de la expresi�n g�nica al ADN, las hormonas a sus receptores espec�ficos, etc...

A continuaci�n se exponen algunos ejemplos de prote�nas y las funciones que desempe�an:

La actina y la miosina constituyen las miofibrillas responsables de la contracci�n muscular.

La dineina est� relacionada con el movimiento de cilios y flagelos.

La ovoalb�mina de la clara de huevo, la gliadina del grano de trigo y la hordeina de la cebada, constituyen la reserva de amino�cidos para el desarrollo del embri�n.

La lactoalb�mina de la leche.

Los seres humanos necesitamos para sobrevivir y desarrollarnos normalmente, solamente una peque�a cantidad de componentes individuales.
Agua , para compensar las p�rdidas producidas por la evaporaci�n, sobre todo a trav�s de los pulmones, y como veh�culo en la eliminaci�n de solutos a trav�s de la orina.
Las necesidades normales se estiman en unos 2,5 litros, la mitad para compensar las p�rdidas por evaporaci�n y la otra mitad eliminada en la orina. Estas necesidades pueden verse muy aumentadas si aumentan las p�rdidas por el sudor. Los alimentos preparados normalmente aportan algo mas de un
litro, el agua metab�lica (obtenida qu�micamente en la destrucci�n de los otros componentes de los alimentos) representa un cuarto de litro y el resto se toma directamente como bebida.

Necesitamos energ�a para dos tipos de funciones: Mantenernos como un organismo vivo y realizar actividades voluntarias. La actividad de mantenimiento se conoce con el nombre de
"metabolismo basal"

En este apartado se incluye una multitud de actividades, como, la s�ntesis de prote�nas (que es la actividad que mas energ�a consume, del 30 al 40 % de las necesidades) el transporte activo y la transmisi�n nerviosa (otro tanto) y los latidos del coraz�n y la respiraci�n (alrededor del 10 %).

Existen grandes diferencias en el consumo de energia por los distintos organos. El cerebro consume el 20 % de la energia utilizada en reposo, lo mismo que toda la masa muscular, aunque en peso representan el 2% y el 40 % respectivamente. La energia que una persona precisa para cubrir el metabolismo basal depender; en consecuencia del numero de celulas
metabolicamente activas que posea, y en consecuencia de su peso. Por supuesto, como ya se ha visto, no todos los tejidos consumen la misma proporci�n de energia (el esqueleto y el tejido adiposo son poco activos metabolicamente, por ejemplo), pero en una primera aproximaci�n, pueden considerarse las necesidades energ�ticas de una persona no especialmente obesa como una funci�n de su peso. La estimaci�n que se utiliza generalmente es de 1 kilocalorica por kilogramo de peso corporal y por hora.

Necesidades en funci�n de la actividad. Estas necesidades son muy variables, en funci�n
de la intensidad de la actividad. Puede variar entre un peque�o incremento de las necesidades correspondientes al metabolismo basal y el multiplicar estas necesidades por siete. Se ha determinado experimentalmente el gasto energ�tico de casi cualquier actividad humana, utilizando como sistema de medida el consumo de ox�geno y la producci�n de CO2. Los valores exactos dependen de las caracter�sticas de la persona (peso sobre todo, pero tambi�n sexo y edad).

En la tabla adjunta se dan algunos ejemplos de estimaciones del consumo energ�tico seg�n la actividad:

Entre 2,5 y 5 Kcal/minuto Andar, trabajo industrial normal, trabajo domestico, conducir un tractor.

Actividad moderada:
Entre 5 y 7,5 Kcal/minuto Viajar en bicicleta, cavar con azada.

Actividad pesada: Entre 7,5 y 10 Kcal/minuto Miner�a,jugar al futbol.

Actividad muy pesada: Mas de 10 Kcal /minuto Cortar le�a, Carrera.

Las proteinas, los hidratos de carbono y los l�pidos o grasas, adem�s de otras funciones org�nicas, act�an como combustible productores de energia. Estos �ltimos tienen la tendencia de acumularse en diversas partes del cuerpo cuando los requerimientos de energ�a son menores, lo que en definitiva causa la obesidad. Las grasas se queman muy lentamente en comparaci�n con los hidratos de carbono, por lo que se dificulta su completa eliminaci�n o que se metabolice adecuadamente.

El organismo obtiene las grasas de dos fuentes:La ex�gena (alimentaci�n) y la End�gena (metabolismo).

Prote�nas citos�licas.

Representa uno de los grupos que tiene mayor abundancia de prote�nas. En �l se distinguen:

las prote�nas fibrilares: son las que constituyen el citoesqueleto (los neurofilamentos) y entre ellas se encuentran la tubulina, la actina y sus prote�nas asociadas. Representan alrededor de un 25% de las prote�nas totales de la neuronas.

Enzimas: catalizan las reacciones metab�licas de las neuronas.

Se forman en los poliribosomas libres o polisomas, ubicados en el citoplasma neuronal, cuando el mRNA para esas prote�nas se une a los ribosomas. En relaci�n a estas prote�nas hay que considerar a otra prote�na peque�a, la ubiquitina, que se une residuos de lisina de las prote�na para su posterior degradaci�n.

Tambi�n se forman en los polirribosomas y luego son enviadas al n�cleo o a las mitocondrias, donde existen receptores espec�ficos a los que se unen para incorporarse al organelo, por el proceso de traslocaci�n. El mecanismo por el que se incorporan las prote�nas despu�s de su s�ntesis, es la importaci�n post-transducci�n.

Hay dos categor�as de prote�nas de membranas:

1.- Las prote�nas integrales: se incluyen en este grupo los receptores qu�micos de membrana (a neurotransmisores, a factores de crecimiento). Ellas est�n incertadas o embebidas en la bicapa lip�dica o est�n unidas covalentemente a otras mol�culas que s� atraviesan la membrana. Una prote�na que atraviesa la membrana y que ofrece un grupo N-terminal, hacia el espacio extraneuronal, es designada como del tipo I. Las hay tambi�n del tipo II que son aquellas en que el grupo N-terminal se ubica en el citosol.

2.- Las prote�nas perif�ricas: se ubican en el lado citos�lico de la membrana a la cual se unen por asociaciones que hacen con los l�pidos de la membrana o con las colas citos�licas de prote�nas integrales o con otras prote�nas perif�ricas (prote�na b�sica de la mielina o complejos de prote�nas).

Las prote�nas de la membrana plasm�tica y las de secreci�n se forman en los polirribosomas que se unen al ret�culo endoplasm�tico rugoso. Ellos constituyen un material de naturaleza bas�fila (se ti�en con colorantes b�sicos como el azul de toluidina, el violeta de cresilo y el azul de metileno) que al microscopioi �ptico se han identificado como la substancia de Nissl. Una vez que las prote�nas formadas en este sistema pasan al interior del ret�culo, ellas son modificadas por procesos que se inician el ret�culo y que continuan en el sistema de Golgi y a�n, posteriormente, en los organelos finales a donde son destinadas (ves�culas de secreci�n).

Las prote�nas que son componentes de las membranas abandonan el ret�culo en una variedad de ves�culas. Adem�s de las de secreci�n, son muy importantes para las neuronas, las ves�culas sin�pticas. A trav�s de ambos tipos de ves�culas las prote�nas son enviadas al espacio extraneural por la v�a constitutiva o la v�a regulada.

Las prote�nas, desde las humanas hasta las que forman las bacterias unicelulares, son el resultado de las distintas combinaciones entre veinte amino�cidos distintos, compuestos a su vez por carbono, hidr�geno, ox�geno, nitr�geno y, a veces, azufre. En la mol�cula proteica, estos amino�cidos se unen en largas hileras (cadenas polipept�dicas) mantenidas por enlaces pept�dicos, que son enlaces entre grupos amino (NH₂) y carboxilo (COOH). El n�mero casi infinito de combinaciones en que se unen los amino�cidos y las formas helicoidales y globulares en que se arrollan las hileras o cadenas polipept�dicas, permiten explicar la gran diversidad de funciones que estos compuestos desempe�an en los seres vivos.

Para sintetizar sus prote�nas esenciales, cada especie necesita disponer de los veinte amino�cidos en ciertas proporciones. Mientras que las plantas pueden fabricar sus amino�cidos a partir de nitr�geno, di�xido de carbono y otros compuestos por medio de la fotos�ntesis, casi todos los dem�s organismos s�lo pueden sintetizar algunos. Los restantes, llamados amino�cidos esenciales, deben ingerirse con la comida. El ser humano necesita incluir en su dieta ocho amino�cidos esenciales para mantenerse sano: leucina, isoleucina, lisina, metionina, fenilalanina, treonina, tript�fano y valina. Todos ellos se encuentran en las prote�nas de las semillas vegetales, pero como las plantas suelen ser pobres en lisina y tript�fano, los especialistas en nutrici�n humana aconsejan complementar la dieta vegetal con prote�nas animales presentes en la carne, los huevos y la leche, que contienen todos los amino�cidos esenciales.

En general, en los pa�ses desarrollados se consumen prote�nas animales en exceso, por lo que no existen carencias de estos nutrientes esenciales en la dieta. El kwashiorkor, que afecta a los ni�os del �frica tropical, es una enfermedad por malnutrici�n, principalmente infantil, generada por una insuficiencia proteica grave. La ingesta de prote�nas recomendada para los adultos es de 0,8 g por kg de peso corporal al d�a; para los ni�os y lactantes que se encuentran en fase de crecimiento r�pido, este valor debe multiplicarse por dos y por tres, respectivamente.
 

Las proteinas son de dif�cil asimilaci�n y no generan energ�a inmediata. Su ingesta excesiva no est� excenta de riesgos y tampoco es recomendable ingerir una gran cantidad en una sola comida (es decir, no se saca nada con comerse una vaca en el almuerzo).

Un deportista durante la fase de entrenamiento destruye sus tejidos. Para repararlos, debe ingerir un aporte mayor de prote�nas (algo as� como el 15% de la raci�n cal�rica diaria) y sobre todo a partir de alimentos con un valor biol�gico elevado. Ejemplos adicionales a los ya se�alados son el at�n, quesos, lentejas, pollos, nueces, avellanas, almendras y la carne de soya.

Generalmente, en monta�a se ingieren muy pocas proteinas, o nada, debido en parte porque los alimentos que las proveen son de dif�cil transporte (huevos), embalaje impropio (tarros) y de r�pida descomposici�n (carnes).

Cereales (arroz, avena, ma�z, trigo, etc..)

Legumbres (porotos, lentejas, soya, arvejas, etc..)

L�cteos (leche, queso, yourt, etc..)

Semillas y frutos secos (s�samo, maravilla, nueces, almendras, man�, etc..)

PROPIEDADES

Las prote�nas globulares son solubles en agua, debido a que sus radicales polares o hidr�filos se sit�an hacia el exterior, formando puentes de hidr�geno con el agua, constituyendo una capa de solvataci�n. Esta solubilidad var�a dependiendo del tama�o, de la forma, de la disposici�n de los radicales y del pH.

P�rdida de la estructura tridimensional o conformaci�n, y por tanto tambi�n de la actividad biol�gica. Se produce al variar la temperatura, presi�n, pH, electronegatividad, etc. Esto provoca la rotura de los puentes de hidr�geno que mantienen las estructuras secundaria y terciaria, y las prote�nas se convierten en fibras insolubles en agua. Si las condiciones son suaves, el proceso es reversible, y si el cambio es m�s dr�stico, es irreversible.

Las instrucciones para la s�ntesis de las prote�nas est�n codificadas en el ADN del n�cleo. Sin embargo el ADN no act�a directamente, sino que transcribe su mensaje al ARNm que se encuentra en las c�lulas, una peque�a parte en el n�cleo y, alrededor del 90% en el citoplasma. La s�ntesis de las prote�nas ocurre como sigue:
El ADN del n�cleo transcribe el mensaje codificado al ARNm. Una banda del ADN origina una banda complementaria de ARNm.
El ARN mensajero formado sobre el ADN del n�cleo, sale a trav�s de los poros de la membrana nuclear y llega al citoplasma donde se adhiere a un ribosoma. All� ser� le�do y descifrado el c�digo o mensaje codificado que trae del ADN del n�cleo.
El ARN de transferencia selecciona un amino�cido espec�fico y lo transporta al sitio donde se encuentra el ARN mensajero. All� engancha otros amino�cidos de acuerdo a la informaci�n codificada, y forma un polip�ptido. Varias cadenas de polip�ptidos se unen y constituyen las prote�nas. El ARNt queda libre.
Indudablemente que estos procesos de uni�n o combinaci�n se hacen a trav�s de los tripletes nucle�tidos del ARN de transferencia y del ARN mensajero. Adem�s los ribosomas se mueven a lo largo del ARN mensajero, el cual determina qu� amino�cidos van a ser utilizados y su secuencia en la cadena de polip�ptidos. El ARN ribos�mico, diferente del ARN y del ARNt y cuya estructura se desconoce, interviene tambi�n en el acoplamiento de amino�cidos en la cadena proteica.
Las prote�nas formadas se desprenden del ribosoma y posteriormente ser�n utilizadas por las c�lulas. Igualmente el ARN de transferencia, es "descargado" y el ARN mensajero ya "le�do" se libera del ribosoma y puede ser destruido por las enzimas celulares o le�do por uno o m�s ribosomas.
La s�ntesis de las prote�nas comienza por consiguiente en el n�cleo, ya que all� el ADN tiene la informaci�n, pero se efect�a en el citoplasma a nivel de los ribosomas.

La bios�ntesis de las prote�nas comienza cuando un cord�n de ARNm, con la ayuda de ciertas enzimas, se forma frente a un segmento de uno de los cordones de la h�lice del ADN. (Las micrograf�as electr�nicas indican que el ADN se desenrolla un poco para permitir la s�ntesis del ARN).
El ARNm se forma a lo largo del cord�n del ADN de acuerdo con la misma regla del apareamiento de las bases que regula la formaci�n de un cord�n de ADN, excepto en que en el ARNm el uracilo sustituye a la timina. Debido al mecanismo de copia, el cord�n del ARNm, cuando se ha completado lleva una transcripci�n fiel del mensaje del ADN. Entonces el cord�n de ARNm se traslada al citoplasma en el cual se encuentran los amino�cidos, enzimas especiales, mol�culas de ATP, ribosomas y mol�culas de ARN de transferencia.
Una vez en el citoplasma, la mol�cula de ARN se une a un ribosoma. Cada tipo de ARNt engancha por un extremo a un amino�cido particular y cada uno de estos enganches implica una enzima especial y una mol�cula de ATP.
En el punto en el que la mol�cula de ARNm toca al ribosoma, una mol�cula de ARNt, remolcando a su amino�cido particular, se sit�a en posici�n inicial.

A medida que el cord�n de ARNm se desplaza a lo largo del ribosoma, se sit�a en su lugar la siguiente mol�cula de ARNt con su amino�cido. En este punto, la primera mol�cula de ARNt se desengancha de la mol�cula de ARNm. El ARN mensajero parece tener una vida mucho m�s breve, al menos en Escherichia coli. La duraci�n promedio de una mol�cula de ARNm en E. Coli. es de dos minutos, aunque en otro tipo de c�lulas puede ser m�s larga. Esto significa que en E. Coli. la producci�n continua de una prote�na requiere una producci�n constante de las mol�culas de ARNm apropiadas. De esta manera los cromosomas bacterianos mantienen un control muy r�gido de las actividades celulares, evitando la producci�n de prote�nas anormales que pudiera ocurrir por el posible desgaste de la mol�cula de ARNm.