26.6: Proteínas

La hemoglobina es una proteína compleja que tiene una estructura cuaternaria y contiene hierro. Hay cuatro subunidades en la molécula de hemoglobina: dos subunidades alfa y dos subunidades beta. Cada subunidad contiene un ion hierro, cuyo estado de oxidación cambia de\(+2\) una\(+3\) y otra vez, dependiendo del ambiente alrededor del hierro. Cuando el oxígeno se une al hierro, la forma tridimensional de la molécula cambia. Al liberar el oxígeno a las células, la forma cambia nuevamente.

Con hemoglobina de estructura normal, este cambio en la conformación no presenta ningún problema. Sin embargo, los individuos con hemoglobina S sí experimentan complicaciones graves. Esta hemoglobina tiene un aminoácido en las dos cadenas beta que es diferente del aminoácido en ese punto en la estructura primaria de la hemoglobina normal. El resultado de este cambio estructural es la agregación de las moléculas proteicas individuales cuando se libera oxígeno. Las moléculas de hemoglobina adyacentes entran en contacto entre sí y se agrupan, provocando que los glóbulos rojos se deformen y se rompan.

Esta anomalía, conocida como células falciformes, es de naturaleza genética. Una persona puede heredar el gen de uno de sus padres y tener un rasgo de células falciformes (solo parte de la hemoglobina es la hemoglobina S), que generalmente no es potencialmente mortal. Sin embargo, heredar el gen de ambos padres dará como resultado una enfermedad de células falciformes, una afección muy grave.

Proteínas

Un polipéptido es una secuencia de aminoácidos de entre diez y cien de longitud. Una proteína es un péptido que tiene más de cien aminoácidos de longitud. Las proteínas son muy prevalentes en los organismos vivos. El cabello, la piel, las uñas, los músculos y la hemoglobina en los glóbulos rojos son algunas partes importantes del cuerpo humano que están hechas de diferentes proteínas. La amplia gama de propiedades químicas y fisiológicas de las proteínas es una función de sus secuencias de aminoácidos. Dado que las proteínas generalmente consisten en cien o más aminoácidos, el número de secuencias de aminoácidos que son posibles es prácticamente ilimitado.

La estructura tridimensional de una proteína es muy crítica para su función. Esta estructura se puede dividir en cuatro niveles. La estructura primaria es la secuencia de aminoácidos de la proteína. La secuencia de aminoácidos de una proteína dada es única y define la función de la proteína. La estructura secundaria es una subestructura altamente regular de la proteína. Los dos tipos más comunes de estructura secundaria de proteínas son la hélice alfa y la lámina beta. Una hélice alfa consiste en aminoácidos que adoptan forma de espiral. Una lámina beta es filas alternas de aminoácidos que se alinean de una manera lado a lado. En ambos casos, las estructuras secundarias se estabilizan mediante extensos enlaces de hidrógeno entre las cadenas laterales. La interacción de las diversas cadenas laterales en el aminoácido, específicamente el enlace de hidrógeno, conduce a la adopción de una estructura secundaria particular.

Figura\(\PageIndex{1}\): Estructura secundaria: hélice alfa y lámina beta.

La estructura terciaria es la estructura tridimensional global de la proteína. Una proteína típica consiste en varias secciones de una estructura secundaria específica (hélice alfa o lámina beta), junto con otras áreas en las que ocurre una estructura más aleatoria. Estas áreas se combinan para producir la estructura terciaria.

Algunas moléculas de proteína consisten en múltiples subunidades proteicas. La estructura cuaternaria de una proteína se refiere a la interacción y orientación específicas de las subunidades de esa proteína. La hemoglobina es una proteína muy grande que se encuentra en los glóbulos rojos, cuya función es unir y transportar oxígeno por todo el torrente sanguíneo. Como se muestra a continuación, la hemoglobina consta de cuatro subunidades, dos\(\alpha\) subunidades (amarillo) y dos\(\beta\) subunidades (gris), que luego se unen de una manera específica y definida a través de interacciones de las cadenas laterales. La hemoglobina también contiene cuatro átomos de hierro, ubicados en el medio de cada una de las cuatro subunidades. Los átomos de hierro forman parte de una estructura llamada porfirina, mostrada en rojo en la figura.

Figura\(\PageIndex{2}\): Hemoglobina.

Algunas proteínas constan de una sola subunidad y por lo tanto no tienen una estructura cuaternaria. La siguiente figura muestra un diagrama de la interacción de los cuatro niveles de estructura proteica.

Figura\(\PageIndex{3}\): Los cuatro niveles de estructura proteica.

Resumen

• Un polipéptido es una secuencia de aminoácidos de entre diez y cien de longitud.
• Una proteína es un péptido que tiene más de cien aminoácidos de longitud.
• La estructura primaria es la secuencia de aminoácidos de la proteína (única para cada proteína).
• La estructura secundaria es una subestructura altamente regular de la proteína; siendo los dos tipos más comunes la hélice alfa y la lámina beta.
• La estructura terciaria es la estructura tridimensional global de la proteína.
• La estructura cuaternaria de una proteína se refiere a la interacción y orientación específicas de las subunidades de esa proteína.