Proteínas CIENCIA

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Ciencia

Las p. (del gr. proteois, primero, por considerárselas como los primeros constituyentes de los organismos vivos) son sustancias poliméricas (v. POLIMERIZACIÓN) formadas por unidades de aminoácidos (v.) enlazadas entre sí por uniones -CONH- (uniones de amida, v.), que reciben el nombre de enlaces peptídicos. En esencia son polipéptidos de alto peso molecular, entendiendo por péptido un compuesto formado por dos o más aminoácidos enlazados por uniones peptídicas. Así un dipéptido, el péptido más sencillo, estaría formado por dos aminoácidos, mediante el correspondiente enlace de amida (fig. 1). La diferenciación entre polipéptidos de alta magnitud molecular y p. no aparece demasiado clara, considerándose, en general, que las p. son polipéptidos de peso molecular superior a 6.000.

Caracterización y aislamiento. Las p. precipitan con determinados reactivos, tanto orgánicos como inorgánicos: alcohol etílico, solución acuosa concentrada de cloruro sódico, sales de metales pesados, etc. Por otra parte, producen reacciones coloreadas características con algunos reactivos. Entre éstas las más conocidas son: reacción del biuret, en que la p. en medio alcalino produce coloración roja o violeta con solución muy diluida de sulfato cúprico; reacción xantoproteica, en la que las p. adquieren color amarillo cuando son sometidas a la acción del ácido nítrico concentrado; reacción de Millon, en que al mezclar soluciones de p. y de nitrato mercúrico, en presencia de ácido nitróso, se forma un precipitado blanco que evoluciona lentamente hacia una tonalidad rosada.

Una propiedad característica y muy importante de cada p. es su peso molecular. Todos los modernos procedimientos para su determinación se utilizan en el caso de las p.: espectrometría de masas (v.), ultracentrifugación, celulosas bacterianas, medidas de presión osmótica. difracción de rayos X, dispersión de la luz, etc.

El aislamiento y separación de las p, están íntimamente relacionados con su origen. Generalmente, se suele utilizar la diferencia en los llamados puntos isoeléctricoa de las p. y su solubilidad mínima a este pH (v.). Conviene que maticemos el concepto de punto isoeléctrico. Las p. presentan grupos ácidos (-000H) y básicos (-NH_) en sus moléculas, por lo que son compuestos anfolitos (tienen tanto características ácidas como básicas). Si se adicionan protones a una p. se convertirá en especie catiónica (positiva), mientras que la adición de bases la transformará en una especie aniónica (v. ÁCIDOS I). A un pH definido, característico de cada p., las propiedades ácidas y básicas de ésta se encontrarán compensadas, por lo que, al no presentar carga neta, no emigrará bajo la acción de un campo eléctrico. A este valor del pH se le da el nombre de punto isoeléctrico de la p., y en él presenta mínimas solubilidad y presión osmótica (v. ósmosis). Una vez alcanzado el punto isoeléctrico, se precipita la p. añadiendo sulfato amónico (operación conocida con el nombre de "salado") y separándola del electrólito residual a través de membranas semipermeables, operación conocida con el nombre de técnica de diálisis (v.).

Otro procedimiento de separación de p. a pequeña escala, conocido por electroforesis (v.), consiste en colocar las p. en un soporte, ajustar el pH a un determinado valor y someterlas a la acción de una corriente eléctrica. Las p. se separan de acuerdo con los valores de sus puntos isoeléctricos. Existen otros procedimientos; la separación en contracorriente consiste en que, por sucesivas extracciones, una determinada p. se va repartiendo entredos disolventes inmiscibles. Las técnicas cromatográficas (v. CROMATOGRAFíA), en principio, únicamente son aptas para p. de baja magnitud molecular. Se ha de tener en cuenta que cualquier procedimiento de aislamiento y purificación de p. basado en su volatilidad queda descartado por la labilidad de la unión peptídica y el alto peso molecular de estos compuestos.

Clasificación. Hay muchas clasificaciones más o menos arbitrarias. Atendiendo a su comportamiento frente a los ácidos y álcalis, se distinguen dos grandes grupos: las fibrosas, solubles en ácidos y álcalis fuertes e insolubles en agua; y las globulares, solubles o dispersables en agua y ácidos, álcalis y sales diluidas.

La clasificación más general y utilizada divide a las p. en simples, conjugadas y derivadas; cada una de éstas se subdivide en otros muchos grupos. Las p. simples dan por hidrólisis (v.) únicamente aminoácidos. Las conjugadas, por hidrólisis, son desdoblables en una porción proteínica clásica y otra de naturaleza no proteínica que recibe el nombre de grupo prostético. Las derivadas son los productos de degradación de las p. que se obtienen por acción de agentes químicos (ácidos o bases) o enzimas (v.) sobre éstas. Los productos más sencillos de degradación son los polipéptidos, péptidos y aminoácidos.

Estructura. La determinación de la estructura íntima de estos compuestos es una de las cuestiones de más actualidad, tanto en la investigación químico-orgánica como bioquímica. En la estructura de las p. interesa tanto la cantidad de los diferentes aminoácidos que contienen, como su secuencia. En la determinación estructural se presentan varios niveles de complejidad creciente. La llamada estructura primaria se refiere a la forma de distribución de los aminoácidos en la cadena polipeptídica. Existen bastantes procedimientos para resolver el problema. Generalmente, se hidroliza la p. (o polipéptido) de forma parcial, para obtener polipéptidos pequeños. Las llamadas técnicas de marcaje del grupo amino (Sanger, 1945) con 2,4-dinitrofluorobenceno, resultan de gran interés en las investigaciones de la estructura primaria. El compuesto resultante se hidroliza, obteniéndose e identificándose el aminoácido terminal, con el grupo amino libre, como N-2,4- dinitro fenil derivado (fig. 2). Asimismo se puede marcar el aminoácido terminal con el carboxilo libre, haciendo reaccionar al polipéptido con hidrazina. Se obtienen las hidrazidas de todos los aminoácidos, salvo el terminal, que se identifica como aminoácido libre.

La estructura secundaria de una p. se refiere al plegamiento en espiral de su cadena en forma de hélice en a. Las espirales aparecen estabilizadas por puentes de hidrógeno (v. ENLACES QUÍMICOS) entre el H del NH de una vuelta y el O del -CO- de la vuelta siguiente (fig. 3). Los estudios por técnicas físicas han demostrado que sólo existen espirales de giro a la derecha, con 3,5 unidades de aminoácido, aproximadamente, por cada vuelta de la hélice.

La estructura terciaria hace referencia a la forma plegada e hidratada que presentan las cadenas. Estos plegamientos pueden ser en forma globular, elipsoidal, etc. Por último, la estructura cuaternaria, que presentan algunas p., proviene de la unión de dos o más de estas cadenas plegadas.

Síntesis de péptidos y proteínas. El problema de la síntesis de estos compuestos estriba en la ordenación específica de los aminoácidos integrantes de las cadenas. Cualquier aminoácido que entre a formar parte de los mismos debe reaccionar sólo por su grupo -000H ó -NHZ, debiendo protegerse el que no intervenga, y activarse el que va a reaccionar. Una vez formada la unión amídica, debe desbloquearse el grupo protegido y quedar a punto para intervenir en otra reacción. Las etapas generales del proceso pueden esquematizarse en la serie de reacciones de la fig. 4. Se puede, p. ej., proteger al grupo amino con el cloruro de carbobenzoxilo (CI-CO-0-CHZ-C6Hs), aunque existen otros muchos reactivos protectores, fácilmente eliminables por hidrogenación catalítica (fig. 5).

Para activar el grupo carboxilo se le puede convertir en derivado acilado que contenga un buen grupo saliente, como azida o éster fenólico. Existen también técnicas de protección del grupo carboxilo y de activación del amino. Asimismo son muy utilizadas las síntesis de péptidos y p. por deshidratación directa entre unidades de aminoácidos convenientemente bloqueadas, mediante carbodiimidas (fig. 6, P y P’ representan grupos protectores del grupo amino y carboxilo, respectivamente).

Propiedades. Estos compuestos presentan naturaleza coloidal (v. COLOIDES), lo que permite, como ya hemos señalado, aplicar las técnicas de diálisis a su purificación y separación. Por otra parte, ya se ha hablado de su caracterización por sus puntos isoeléctricos, y de las reacciones coloreadas que permiten identificarlas. Otra propiedad importante es la denominada desnaturalización. Cuando son sometidos a agentes físicos (como el calor y la radiación ultravioleta) o químicos (como el alcohol etílico o la acetona) se producen cambios muy significativos en sus propiedades biológicas y de solubilidad. La mayoría de las veces estos cambios son irreversibles. Los estudios con técnicas físicas, como rayos X, indican que la desnaturalización supone cambios en la disposición de las cadenas poliméricas de las p. y en su grado de hidratación.

Otra característica de los péptidos y p. es la posibilidad de hidrólisis de sus uniones amídicas, conduciendo a los aminoácidos que los constituyen. Se suele utilizar la hidrólisis ácida, con ácidos clorhídrico o sulfúrico diluidos. La básica puede producir alteraciones, como racemización (v. ISOMERÍA). El empleo de enzimas, que actúan como catalizadores biológicos, produce la ruptura de ciertas uniones peptídicas. Así, en el aparato digestivo de los mamíferos, la tripsina únicamente rompe estos enlaces cuando están establecidos, entre los aminoácidos, lisina y erginina.

Hemos de citar, finalmente, los denominados ensayos serológicos. Al inyectar en el sistema sanguíneo de un animal una p. extraña, éste la contrarresta elaborando los llamados anticuerpos, también de naturaleza proteínica, que precipitan a la anterior. Desde entonces, el suero sanguíneo de este animal precipita a la p. extraña que causó la elaboración de los anticuerpos. Esto permite diferenciar p. muy parecidas que no lo son por otros procedimientos físicos o químicos.

Importancia bioquímica. Muchas p. contienen metales, como cinc, hierro, magnesio, etc. Estos metales están íntimamente relacionados con ciertas funciones biológicas, en las que intervienen las p. que los contienen. El proceso de oxidación-reducción (v.) en que intervienen la hemoglobina de la sangre y la oxihemoglobina (p. que contienen hierro) es perfectamente conocido. Estas moléculas que contienen átomos metálicos se encuentran como grupos prostéticos unidos a cadenas polipeptídicas.

El papel biológico de las p. es extremadamente diverso. Algunas actúan como hormonas (v.), regulando procesos metabólicos; tal es el caso de la insulina, que regula el nivel de glucosa en la sangre. Otras actúan como catalizadores de reacciones biológicas, las denominadas enzimas. Por otra parte, las núcleo-p. (p. conjugadas en las que el grupo prostético es un ácido nucleico) son elementos fundamentales de los genes que proporcionan y transmiten la información genética de la división celular.

V. t.: AMINOÁCIDOS; AMINAS; AMIDAS.

J. M. MARINAS RUBIO.

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