3.7: Proteínas - Tipos y Funciones de las Proteínas

Objetivos de aprendizaje

• Diferenciar entre los tipos y funciones de las proteínas

Tipos y Funciones de las Proteínas

Las proteínas realizan funciones esenciales en todos los sistemas del cuerpo humano. Estas largas cadenas de aminoácidos son de vital importancia para:

• catalizar reacciones químicas
• sintetizar y reparar ADN
• transportar materiales a través de la celda
• recepción y envío de señales químicas
• responder a estímulos
• proporcionar soporte estructural

Las proteínas (un polímero) son macromoléculas compuestas por subunidades de aminoácidos (los monómeros). Estos aminoácidos se unen covalentemente entre sí para formar cadenas lineales largas llamadas polipéptidos, que luego se pliegan en una forma tridimensional específica. A veces estas cadenas polipeptídicas plegadas son funcionales por sí mismas. Otras veces se combinan con cadenas polipeptídicas adicionales para formar la estructura proteica final. Algunas veces también se requieren grupos no polipeptídicos en la proteína final. Por ejemplo, la proteína sanguínea hemogobina está compuesta por cuatro cadenas polipeptídicas, cada una de las cuales también contiene una molécula hemo, que es estructura de anillo con un átomo de hierro en su centro.

Las proteínas tienen diferentes formas y pesos moleculares, dependiendo de la secuencia de aminoácidos. Por ejemplo, la hemoglobina es una proteína globular, lo que significa que se pliega en una estructura compacta similar a un Globo, pero el colágeno, que se encuentra en nuestra piel, es una proteína fibrosa, lo que significa que se pliega en una cadena larga y extendida similar a una fibra. Probablemente te pareces a los miembros de tu familia porque compartes proteínas similares, pero te ves diferente a los extraños porque las proteínas en tus ojos, cabello y el resto de tu cuerpo son diferentes.

Figura\(\PageIndex{1}\): Hemoglobina humana: Estructura de la hemoglobina humana. Las subunidades α y β de las proteínas están en rojo y azul, y los grupos hemo que contienen hierro en verde. De la base de datos proteicos.

Debido a que la forma determina la función, cualquier ligero cambio en la forma de una proteína puede hacer que la proteína se vuelva disfuncional. Pequeños cambios en la secuencia de aminoácidos de una proteína pueden causar enfermedades genéticas devastadoras como la enfermedad de Huntington o la anemia falciforme.

Enzimas

Las enzimas son proteínas que catalizan reacciones bioquímicas, que de otra manera no se producirían. Estas enzimas son esenciales para procesos químicos como la digestión y el metabolismo celular. Sin enzimas, la mayoría de los procesos fisiológicos procederían tan lentamente (o nada) que la vida no podría existir.

Debido a que la forma determina la función, cada enzima es específica de sus sustratos. Los sustratos son los reactivos que sufren la reacción química catalizada por la enzima. La ubicación donde los sustratos se unen o interactúan con la enzima se conoce como el sitio activo, porque ese es el sitio donde ocurre la química. Cuando el sustrato se une a su sitio activo en la enzima, la enzima puede ayudar en su descomposición, reordenamiento o síntesis. Al colocar el sustrato en una forma y microambiente específicos en el sitio activo, la enzima estimula que ocurra la reacción química. Hay dos clases básicas de enzimas:

Figura\(\PageIndex{1}\): Reacción enzimática: Reacción enzimática catabólica que muestra que el sustrato coincide con la forma exacta del sitio activo.

• Enzimas catabólicas: enzimas que descomponen su sustrato
• Enzimas anabólicas: enzimas que construyen moléculas más complejas a partir de sus sustratos

Las enzimas son esenciales para la digestión: el proceso de descomponer moléculas de alimentos más grandes en subunidades lo suficientemente pequeñas como para difundirse a través de una membrana celular y ser utilizadas por la célula. Estas enzimas incluyen la amilasa, que cataliza la digestión de los carbohidratos en la boca y el intestino delgado; la pepsina, que cataliza la digestión de las proteínas en el estómago; la lipasa, que cataliza las reacciones necesitan emulsionar las grasas en el intestino delgado; y la tripsina, que cataliza la digestión posterior de proteínas en el intestino delgado.

Las enzimas también son esenciales para la biosíntesis: el proceso de hacer nuevas moléculas complejas a partir de las subunidades más pequeñas que son proporcionadas o generadas por la célula. Estas enzimas biosintéticas incluyen la ADN Polimerasa, que cataliza la síntesis de nuevas cadenas del material genético antes de la división celular; la sintetasa de ácidos grasos, que la síntesis de nuevos ácidos grasos para la formación de grasas o lípidos de membrana; y componentes del ribosoma, que cataliza la formación de nuevos polipéptidos de monómeros de aminoácidos.

Hormonas

Algunas proteínas funcionan como moléculas de señalización química llamadas hormonas. Estas proteínas son secretadas por células endocrinas que actúan para controlar o regular procesos fisiológicos específicos, que incluyen crecimiento, desarrollo, metabolismo y reproducción. Por ejemplo, la insulina es una hormona proteica que ayuda a regular los niveles de glucosa en sangre. Otras proteínas actúan como receptores para detectar las concentraciones de químicos y enviar señales para responder. Algunos tipos de hormonas, como el estrógeno y la testosterona, son esteroides lipídicos, no proteínas.

Otras funciones proteicas

Las proteínas realizan funciones esenciales en todos los sistemas del cuerpo humano. En el sistema respiratorio, la hemoglobina (compuesta por cuatro subunidades proteicas) transporta oxígeno para su uso en el metabolismo celular. Las proteínas adicionales en el plasma sanguíneo y la linfa transportan nutrientes y productos de desecho metabólicos por todo el cuerpo. Las proteínas actina y tubulina forman estructuras celulares, mientras que la queratina forma el soporte estructural de las células muertas que se convierten en uñas y cabello. Los anticuerpos, también llamados inmunoglobinas, ayudan a reconocer y destruir patógenos extraños en el sistema inmune. La actina y la miosina permiten que los músculos se contraigan, mientras que la albúmina nutre el desarrollo temprano de un embrión o una plántula.

Figura\(\PageIndex{1}\): Tubulina: La proteína estructural tubulina se tiñó de rojo en células de ratón.

Puntos Clave

• Las proteínas son esenciales para los principales procesos fisiológicos de la vida y realizan funciones en todos los sistemas del cuerpo humano.
• La forma de una proteína determina su función.
• Las proteínas están compuestas por subunidades de aminoácidos que forman cadenas polipeptídicas.
• Las enzimas catalizan las reacciones bioquímicas acelerando las reacciones químicas y pueden descomponer su sustrato o construir moléculas más grandes a partir de su sustrato.
• La forma del sitio activo de una enzima coincide con la forma del sustrato.
• Las hormonas son un tipo de proteína utilizada para la señalización celular y la comunicación.

Términos Clave

• aminoácido: Cualquiera de los 20 α-aminoácidos naturales (que tienen los grupos amino y ácido carboxílico en el mismo átomo de carbono), y una variedad de cadenas laterales, que se combinan, a través de enlaces peptídicos, para formar proteínas.
• polipéptido: Cualquier polímero de aminoácidos (iguales o diferentes) unidos a través de enlaces peptídicos.
• catalizar: Para acelerar un proceso.