7.4: Proteínas

Las proteínas son macromoléculas que están compuestas por nitrógeno, carbono, hidrógeno y oxígeno junto con cantidades más pequeñas de azufre. Las pequeñas moléculas de las que se elaboran las proteínas están compuestas por 20 aminoácidos naturales. La más simple de éstas, la glicina, se muestra en la primera estructura de la Figura 7.4, junto con otros dos aminoácidos. Como se muestra en la Figura 7.4, los aminoácidos se unen junto con la pérdida de una molécula de H ₂ O por cada enlace formado. Los tres aminoácidos de la Figura 7.4 se muestran unidos entre sí ya que estarían en una proteína en la estructura inferior de la figura. Muchos cientos de unidades de aminoácidos pueden estar presentes en una molécula de proteína.

Figura 7.4. Tres aminoácidos. La glicina es el aminoácido más simple. Todos los demás tienen la estructura básica de glicina excepto que diferentes grupos son sustituidos por la H designada en glicina por una flecha. La estructura inferior muestra estos tres aminoácidos unidos entre sí en una cadena de macromoléculas que compone una proteína. Por cada enlace, se pierde una molécula de H ₂ O. Los enlaces peptídicos que mantienen los aminoácidos juntos en las proteínas se describen mediante un rectángulo discontinuo.

Las estructuras tridimensionales de las moléculas proteicas son de suma importancia y determinan en gran medida qué hacen las proteínas en los sistemas vivos y cómo son reconocidas por otras biomoléculas. Las enzimas, proteínas especiales que actúan como catalizadores para permitir que ocurran reacciones bioquímicas, reconocen los sustratos sobre los que actúan por las formas complementarias de las moléculas enzimáticas y la molécula sustrato. Existen varios niveles de estructura proteica. El primero de ellos está determinado por el orden de los aminoácidos en la macromolécula proteica. El plegamiento de moléculas de proteína y el emparejamiento de dos moléculas de proteína diferentes determinan aún más la estructura. La pérdida de estructura proteica, llamada desnaturalización, puede ser muy perjudicial para las proteínas y para el organismo en el que están contenidas.

Dos tipos principales de proteínas son las proteínas fibrosas duras que componen el cabello, los tendones, los músculos, las plumas y la seda, y las proteínas globulares esféricas u oblongas, como la hemoglobina en la sangre o las proteínas que comprenden enzimas. Las proteínas sirven para muchas funciones. Estas incluyen proteínas nutritivas, como la caseína en la leche, las proteínas estructurales, como el colágeno en los tendones, las proteínas contráctiles, como las del músculo, y las proteínas reguladoras, como la insulina, que regulan procesos bioquímicos.

Las proteínas con grupos de carbohidratos unidos constituyen un importante tipo de biomolécula llamada glicoproteínas. El colágeno es una glicoproteína crucial que proporciona integridad estructural a las partes del cuerpo. Es un constituyente importante de la piel, los huesos, los tendones y el cartílago.

Algunas proteínas son biomateriales muy valiosos para aplicaciones farmacéuticas, nutricionales y otras, y su síntesis es un aspecto importante de la química verde. La producción de proteínas específicas se ha visto muy facilitada en los últimos años por la aplicación de la ingeniería genética para transferir a bacterias los genes que dirigen la síntesis de proteínas específicas. El mejor ejemplo es la insulina, una proteína inyectada en diabéticos para controlar el azúcar en la sangre. La insulina inyectada para el control de glucosa en sangre solía aislarse del páncreas de bovinos y cerdos sacrificados. Si bien esto permitió a muchos diabéticos vivir una vida normal, el proceso de obtener la insulina fue engorroso, el suministro fue limitado, y la insulina de esta fuente no era exactamente la misma que la producida en el cuerpo humano, lo que muchas veces provocaba que el cuerpo tuviera una respuesta alérgica a la misma como proteína extraña. La transferencia a través de la tecnología de ADN recombinante del gen humano para la producción de insulina en prolíficas bacterias Escherichia coli ha permitido la producción a gran escala de insulina humana por la bacteria.