Contenido31.Aminocidos y protenas

32.Protenas

32.1.Concepto de protena

42.2.Importancia de las protenas

53.Aminocidos: Constituyentes estructurales de las protenas

53.1.Aminocidos esenciales y no esenciales

63.2.Estructura y propiedades de las cadenas laterales de los aminocidos

103.3.Ionizacin de los aminocidos

113.4.Punto isoelctrico

124.Enlace peptdico

124.1.Caractersticas estructurales del enlace peptdico

125.Niveles estructurales de las protenas

125.1.Estructura primaria, su relacin con la informacin gentica y la funcin de las endopeptidasas y exopeptidasas

135.2.Estructura secundaria. Interacciones no covalentes (alfa hlice y tira beta plegada)

145.3.Estructura terciaria. Factores que la estabilizan y dominios

145.4.Estructura cuaternaria. Asociaciones de cadenas

156.Propiedades de las protenas

156.1.Solubilidad y capacidad amortiguadora

156.2.Recambio proteico

156.3.Balance nitrogenado

166.4.Valor biolgico de las protenas

166.5.Necesidades diarias de protenas

176.6.Vida media de las protenas

187.Clasificacin de las protenas

187.1.Clasificacin en base a su funcin

187.2.Clasificacin en base a su composicin

187.3.Clasificacin en base a su estructura tridimensional

198.Hemoglobina

198.1.Estructura y funcin de la hemoglobina

198.2.Alteraciones estructurales y sus consecuencias biolgicas

209.Colgeno y elastina

209.1.Estructura y funcin del colgeno y la elastina

229.2.Alteraciones estructurales y sus consecuencias biolgicas

2210.Inmunoglobulinas

2210.1.Estructura y funcin de las inmunoglobulinas

2310.2.Alteraciones estructurales y sus consecuencias biolgicas

2311.Alteraciones en las conformaciones de las protenas

2311.1.Priones

2311.2.Enfermedad de Alzheimer

2512.Desnaturalizacin

2512.1.Efectos de la temperatura, cidos, bases y metales pesados

2712.2.Efectos de la desnaturalizacin sobre la actividad biolgica

1. Aminocidos y protenas2. Protenas2.1. Concepto de protenaLas protenas son polmeros de cadenas unidimensionales formadas por n aminocidos de 20 tipos como sus elementos bsicos, capaces de plegarse y adquirir una estructura tridimensional funcional.Las caractersticas particulares de cada uno de los aminocidos de la cadena, es lo que determina la conformacin tridimensional final y la funcin biolgica de cada protena. Cada protena tiene una secuencia de aminocidos nica y definida con precisin, lo que permite que exista una gran variedad de estructuras y desempeen diferentes roles.

Figura 1. Monmero de la enzima triosa fosfato isomerasa, involucrada en la gluclisis. De izquierda a derecha: esqueleto carbonado de una protena en una representacin de varas, representacin de caricatura, representacin de la superficie.2.2. Importancia de las protenasAunque todas las protenas estn formadas por diferentes combinaciones de los mismos aminocidos, durante su evolucin se han vuelto capaces de desempear funciones muy diversas:1) Forman parte estructural de membranas y paredes celulares.

2) Sirven de transportadores pasivos y/o activos (canales y bombas) de molculas como iones, agua, glucosa, entre otras.

3) Funcionan como transductores y mediadores de seales intra e intercelulares.

4) Son componentes fundamentales de la maquinaria de reconocimiento y funcionamiento del sistema inmune.

5) Catalizan las reacciones metablicas mediante las cuales los organismos obtienen, a partir de su entorno, el poder reductor y los compuestos esenciales que necesitan para realizar la biosntesis de sus macromolculas (Branden y Tooze, 1999; Stryer, 1995).3. Aminocidos: Constituyentes estructurales de las protenas3.1. Aminocidos esenciales y no esencialesSe definen como aminocidos esenciales aquellos que no pueden ser sintetizados por los organismos de una especie determinada a una velocidad suficiente para satisfacer sus necesidades anablicas y, en consecuencia, deben estar presentes en la dieta en una proporcin adecuada, de manera que una alimentacin deficiente en alguno de ellos se refleja en diversos sntomas, que denotan un desequilibrio metablico.Hay otros aminocidos que, si bien pueden ser sintetizados en las clulas animales, lo son a partir de precursores esenciales, debido a lo cual dependen tambin en gran medida de la composicin nitrogenada especfica de la dieta. Son los denominados aminocidos no esenciales.

Aminocidos esencialesAminocidos no esenciales

HistidinaAlanina

MetioninaArginina

TreoninaAsparragina

ValinaAspartato

IsoleucinaCistena

FenilalaninaGlutamato

TriptfanoGlutamina

LeucinaGlicina

LisinaProlina

Serina

Tirosina

Tabla 1. Aminocidos esenciales y aminocidos no esenciales.3.2. Estructura y propiedades de las cadenas laterales de los aminocidosTodos los aminocidos presentes en nuestras protenas son -aminocidos, puesto que poseen un grupo carboxilo y un grupo amino unidos a un mismo tomo de carbono (C2), que se encuentra en posicin con relacin al primer carbono (C1), y se diferencian entre s por el resto de la molcula o cadena lateral R, que puede ser un radical alquilo o arilo, o un grupo heterocclico:

Figura 2Por lo tanto, es la naturaleza de las cadenas laterales la que dicta en ltima instancia el papel que desempea un aminocido en una protena. Es, por consiguiente, til clasificar los aminocidos de acuerdo con las propiedades de sus cadenas laterales, es decir, si son no polares, (esto es, tienen una distribucin uniforme de los electrones) o polares (esto es, tienen una distribucin no uniforme de electrones, como los cidos y las bases).Cada uno de los aminocidos con cadenas laterales no polares tiene una grupo no polar que no se une ni cede protones, ni participa en enlaces de hidrgeno ni inicos. En las protenas que se encuentran en disoluciones acuosas (un ambiente polar) las cadenas laterales de los aminocidos no polares tienden a agruparse en el interior de la protena. Este fenmeno es consecuencia de la hidrofobicidad de los grupos R no polares. Los grupos R no polares llenan, por tanto, el interior de la protena plegada y contribuyen a proporcionarle su forma tridimensional. Sin embargo, para las protenas que estn localizadas en un ambiente hidrfobo, como la membrana, los grupos R no polares se encuentran en la superficie exterior de la protena, interaccionando con el ambiente lipdico.

GlicinaAlaninaProlina

ValinaMetioninaLeucina

IsoleucinaFenilalaninaTriptfano

Tabla 2. Aminocidos no polares.

Los aminocidos con cadenas laterales polares sin carga tienen carga neta cero a pH neutro, aunque las cadenas laterales de la cistena y la tirosina pueden perder un protn a un pH alcalino. La serina, la treonina y la tirosina contienen cada una un grupo hidroxilo polar que participa en la formacin del enlace de hidrgeno. Las cadenas laterales de la asparagina y la glutamina contienen un grupo carbonilo y un grupo amida que tambin participan en los enlaces de hidrgeno.

SerinaCistenaTreonina

AsparraginaGlutaminaTirosina

Tabla 3. Aminocidos polares sin carga.

El cido asprtico y el cido glutmico son donantes de protones (aminocidos con cadenas laterales cidas). A pH fisiolgico, las cadenas laterales de estos aminocidos estn completamente ionizadas, y contienen un grupo carboxilo cargado negativamente (-COO-). Por consiguiente, se denominan aspartato o glutamato para destacar que estos aminocidos tienen carga negativa a pH fisiolgico.

cido asprticocido Glutmico

Tabla 4. Aminocidos cidos.Las cadenas laterales polares bsicas de los aminocidos aceptan protones. A pH fisiolgico, las cadenas laterales de la lisina y la arginina estn completamente ionizadas y con carga positiva. Por el contrario, la histidina es dbilmente bsica a pH fisiolgico. Sin embargo, cuando la histidina se incorpora a una protena, su cadena lateral puede tener una carga positiva o bien estar neutra, dependiendo del ambiente inico proporcionado por las cadenas polipeptdicas de la protena. sta es una propiedad importante de la histidina que contribuye al papel que desempea en el funcionamiento de protenas como la hemoglobina.

LisinaHistidinaArginina

Tabla 5. Aminocidos bsicos.3.3. Ionizacin de los aminocidosUn tampn, buffer, solucin amortiguadora o solucin reguladora es una disolucin que evita los cambios bruscos de pH despus de la adicin de un cido o una base. Puede crearse mezclando un cido dbil (HA) con su base conjugada (A-). Si se aade un cido a dicha solucin, el A- puede neutralizarlo y convertirse en HA en el proceso. Si se aade una base, el HA puede neutralizarla y convertirse en A-. La capacidad de tamponamiento (amortiguacin) mxima se produce a un pH igual a la pKa, pero un par cido/base conjugado puede actuar todava como tampn eficaz cuando el pH de una disolucin est dentro aproximadamente de un intervalo de 1 unidad del pH del pKa. Si las cantidades de HA y A- son iguales, el pH es igual al pKa.

Figura 3. Curva de valoracin.

Considerando, por ejemplo, la alanina, que contiene un grupo -carboxilo y un grupo -amino. A un pH bajo (cido) estos dos grupos estn protonados. A medida que el pH de la disolucin aumenta, el grupo COOH de la forma I puede disociarse dando un protn al medio. La liberacin de un protn provoca la formacin del grupo carboxilato, -COO-. Esta estructura se muestra como la forma II, que es la forma dipolar de la molcula. Esta forma, tambin denominada zwitterion, es la forma isoelctrica de la alanina, es decir, tiene una carga global de cero.El segundo grupo valorable de la alanina es el grupo amino (-NH3+). ste es un cido mucho ms dbil que el grupo COOH y, por consiguiente, tiene una constante de disociacin mucho ms pequea. La liberacin de un protn del grupo amino protonado de la forma II da lugar a la forma completamente desprotonada de la alanina, la forma III.

Figura 4. Formas inicas de la alanina en disoluciones cidas, neutras y bsicas.

3.4. Punto isoelctricoA pH neutro, la alanina existe fundamentalmente como la forma II dipolar, en la cual los grupos amino y carboxilo estn ionizados, pero la carga neta es cero. El punto isoelctrico (pI) es el pH al cual un aminocido es elctricamente neutro (zitterin), es decir, en el que la suma de las cargas positivas es igual a la suma de las cargas negativas. El pI corresponde al pH al cual predomina la forma de zitterin (con una carga neta de cero) y al cual hay tambin cantidades iguales de las formas I (carga neta de +1) y III (carga neta de -1).4. Enlace peptdico4.1. Caractersticas estructurales del enlace peptdicoLos polipptidos y las protenas se forman por condensacin de aminocidos en los ribosomas de las clulas. La polimerizacin se basa en la formacin de enlaces amida entre el grupo -amino de un aminocido y el -carboxilo de otro, con la siguiente liberacin de una molcula de agua:

Figura 5. El enlace peptdico.

El crecimiento de la cadena se realiza desde el extremo NH3+ terminal hacia el COO- terminal.5. Niveles estructurales de las protenasAl referirnos a las protenas utilizamos cuatro niveles de organizacin

5.1. Estructura primaria, su relacin con la informacin gentica y la funcin de las endopeptidasas y exopeptidasasLa secuencia de aminocidos en una cadena de polipptidos determina su estructura primaria. Esta secuencia, se especifica por la informacin gentica.Existen enzimas encargadas de la ruptura hidroltica de protenas en la luz del aparato digestivo. Se distinguen las endopeptidasas, que hidrolizan los enlaces peptdicos entre dos aminocidos situados en el interior de las cadenas polipeptdicas, y las exopeptidasas, que ejercen su accin cataltica de modo secuencial sobre los extremos carboxilo o amino de las mismas, denominndose carboxipeptidasas y aminopeptidasas, respectivamente.

endopeptidasasexopeptidasas

Pepsina (aspartil-proteasa)Carboxipeptidasa A (metalo-proteasa)

Tripsina (serin-proteasa)Carboxipeptidasa B (talo-proteasa)

Quimiotripsina (serin-proteasa)Aminopeptidasas (generalmente metalo-proteasas)

Elastasa (sern-proteasa)

5.2. Estructura secundaria. Interacciones no covalentes (alfa hlice y tira beta plegada)La estructura secundaria de las protenas implica que las cadenas se pliegan y forman una hlice u otra estructura regular. Son arreglos en los que se forman estructuras repetitivas y estables que presentan interacciones entre sus grupos mediante puentes de hidrgeno. Generalmente son de dos tipos: El primero son las hlices , es una estructura geomtrica muy uniforme, en cada giro se encuentran 3,6 aminocidos por vuelta y puentes de hidrgeno entre el amino del residuo n y el carbonilo del residuo n + 4.

Otro tipo de estructura secundaria es el denominado lmina plegada beta. En stas los puentes de hidrgeno pueden ocurrir entre diferentes cadenas polipeptdicas (lmina intercatenaria); cada cadena en forma de zigzag est completamente extendida y los enlaces de hidrgeno ocasionan la formacin de la estructura en forma de lmina. Pero tambin se pueden formar lminas plegadas entre regiones diferentes de una misma cadena peptdica (lmina intracatenaria). Las estructuras laminares intracatenarias ocurren sobre todo en protenas globulares, en tanto que las intercatenarias entre las fibrosas. En ambos casos son posibles dos formas laminares, segn el alineamiento de las diferentes cadenas o segmentos: si stos se alinean en la misma direccin (de extremo N- a C-terminal, por ej.) la disposicin es una lmina beta paralela, en tanto que si estn alineados en sentido opuesto, la lmina es beta antiparalela.

Figura 6. Tipos de estructura secundaria. (A) Hlice (B) Hoja formada por tres hebras.

5.3. Estructura terciaria. Factores que la estabilizan y dominiosLa estructura terciana de una molcula de protena est determinada por la forma que adopta cada cadena polipeptdica. Esta estructura tridimensional est determinada por cuatro factores que se deben a interacciones entre los grupos R: 1.Puentes de hidrgeno entre los grupos R de las subunidades de aminocidos en asas adyacentes de la misma cadena de polipptidos. 2. Atraccin inica entre los grupos R con cargas positivas y aqullos con cargas negativas. 3. Interacciones hidrfobas derivadas de la tendencia de los grupos R no polares para asociarse hacia el centro de la estructura globular, lejos del lquido que los rodea.

4. Los enlaces disulfuro, que son covalentes (-S-S-), unen los tomos de azufre de dos subunidades de cistena. Estos enlaces pueden unir dos porciones de una misma cadena o dos cadenas distintas.

5.4 Estructura cuaternariaAlgunas protenas alcanzan su estado final con slo una subunidad (monmeros), pero muchas otras estn formadas por varias cadenas polipeptdicas o subunidades que tienen que ensamblarse en una sola molcula, la cual recibe el nombre de oligmero o estructura cuaternaria.

Las protenas compuestas de dos o ms cadenas de polipptidos adquieren una estructura cuaternaria: cada cadena muestra estructuras primaria, secundaria y terciaria y forma una molcula protenica biolgicamente activa.

Figura 7. Los cuatro niveles estructurales que definen la organizacin de una protena

Propiedades de las protenas5.4. Solubilidad y capacidad amortiguadoraLas protenas forman parte de las dispersiones coloidales debido a su peso molecular. Son solubles porque los grupos R al ionizarse establecen puentes de hidrgeno con agua. Las protenas globulares son solubles debido a su funcin dinmica, mientras que las filamentosas son solubles en agua ya que tienen funciones estructurales.Su capacidad amortiguadora tiene relacin con el comportamiento anftero de los aminocidos. Pueden comportarse como cidos o como base dependiendo del pH del medio en que se encuentran.5.5. Recambio proteicoLa mayora de las protenas del organismo se estn sintetizando y degradando continuamente, lo que permite eliminar protenas anmalas o innecesarias. Para muchas protenas, la regulacin de su sntesis determina su concentracin en la clula y la degradacin de protenas desempea un papel minoritario. Para otras protenas, la velocidad de sntesis es constitutiva, es decir, relativamente constante y los niveles celulares de la protena estn controlados por una degradacin selectiva.

5.6. Balance nitrogenadoEl balance nitrogenado es un concepto usado para calcular las necesidades nitrogenadas, de protenas, de las personas sanas, as como para realizar ciertas aplicaciones especficas. Por ejemplo, para ajustar la nutricin en pacientes hospitalizados con grandes prdidas nitrogenadas, como grandes quemados, polifracturados. El balance nitrogenado equivale al nitrgeno ingerido (un gramo de nitrgeno procede de 6,25 gramos de protenas) menos el nitrgeno eliminado, que fundamentalmente es el presente en la orina, en forma de urea, aparte de unos 4 gramos diarios que se eliminan por las heces y piel. Valor biolgico de las protenasEl valor biolgico (denominado abreviadamente BV del ingls Biological Value o VB) es la medida de la absorcin y sntesis en el cuerpo de la protena procedente de la ingesta de alimentos. Las protenas son la mayor fuente de nitrgeno en el cuerpo. La metabolizacin de las protenas forma parte de un equilibrio: el cuerpo absorbe lo que necesita y el resto lo excreta de mltiples formas. El valor biolgico es la fraccin de nitrgeno absorbido y retenido por el organismo y representa la capacidad mxima de utilizacin de una protena. Las protenas poseen valores biolgicos diferentes dependiendo de la fuente, por ejemplo las protenas de la soja poseen un valor biolgico inferior al de la carne roja. La protena con mayor valor biolgico probado es la protena del suero de leche.5.7. Necesidades diarias de protenasLa cantidad de protenas que se requieren cada da es un tema controvertido, puesto que depende de muchos factores. Depende de la edad, ya que en el perodo de crecimiento las necesidades son el doble o incluso el triple que para un adulto, y del estado de salud de nuestro intestino y nuestros riones, que pueden hacer variar el grado de asimilacin o las prdidas de nitrgeno por las heces y la orina. Tambin depende del valor biolgico de las protenas que se consuman, aunque en general, todas las recomendaciones siempre se refieren a protenas de alto valor biolgico. Si no lo son, las necesidades sern an mayores.

En general, se recomiendan unos 40 a 60 gr. de protenas al da para un adulto sano. La Organizacin Mundial de la Salud y las RDA (Recommended Dietary Allowences publicadas en EE.UU. por la National Academic Science) recomiendan un valor de 0,8 gr. por kilogramo de peso y da. Por supuesto, durante el crecimiento, el embarazo o la lactancia estas necesidades aumentan.

El mximo de protenas que podemos ingerir sin afectar a nuestra salud, es un tema an ms delicado. Las protenas consumidas en exceso, que el organismo no necesita para el crecimiento o para el recambio proteico, se queman en las clulas para producir energa. A pesar de que tienen un rendimiento energtico igual al de los glcidos, (unas 4 Kilocaloras por gramo) su combustin es ms compleja y dejan residuos metablicos, como el amoniaco, que son txicos para el organismo. El cuerpo humano dispone de eficientes sistemas de eliminacin, pero todo exceso de protenas supone cierto grado de intoxicacin que provoca la destruccin de tejidos y, en ltima instancia, la enfermedad o el envejecimiento prematuro. Debemos evitar comer ms protenas de las estrictamente necesarias para cubrir nuestras necesidades.5.8. Vida media de las protenasLa degradacin es llevada a cabo mediante enzimas proteolticas o proteasas, cuya accin puede ser ejercida en el interior de la clula, en el espacio intercelular o en los distintos fluidos biolgicos. Las reacciones proteolticas no slo toman parte en la digestin y en el recambio protico, sino tambin en procesos biolgicos, tales como la translocacin de protenas, la maduracin de ciertas hormonas, la respuesta inmune, la inflamacin, la coagulacin sangunea, o la fertilizacin, entre otras.La velocidad de degradacin de las protenas viene determinada por una constante de velocidad de degradacin que difiere de forma importante de unas a otras protenas. Se expresa en trminos de vida media (t1/2), que se define como el tiempo necesario para que se degrade la mitad de la concentracin preexistente de una protena, para lo cual no se tiene en cuenta la cantidad de protena que haya podido ser sintetizada de novo.

Las protenas enzimticas difieren notablemente en cuanto a sus valores de vida media desde minutos hasta semanas; tal es el caso por ejemplo, de la ornitina descarboxilasa heptica y de la lactato deshidrogenasa cardaca, cuyas vidas medias respectivas son de once minutos y quince das. En general las protenas de vida media muy corta son responsables del control de una va metablica y pueden ser inducidas por sustratos o reprimidas por productos finales.6. Clasificacin de las protenas6.1. Clasificacin en base a su funcinSegn la funcin que cumplen las protenas se clasifican en protenas estructurales, de transporte, reguladoras y protectoras.Protenas estructurales:

a) Msculo: ejemplo miosina

b) Tejido conectivo: ejemplo colgeno y queratina

c) Protenas cromosmicas: histonas

d) Membranas: protenas de poros, receptores.

Protenas de transporte:

Hemoglobina

Protenas reguladoras:

a) Equilibrio de fluidos: albmina del suero

b) Enzimas: proteasas

c) Hormonas: insulina

Protenas protectoras:

Gamma globulina

6.2. Clasificacin en base a su composicinSimples: su hidrlisis slo produce aminocidos. Ejemplos de estas son la insulina y el colgeno (globulares y fibrosas).Conjugadas o heteroprotenas: su hidrlisis produce aminocidos y otras sustancias no proteicas, que pueden ser orgnicas o inorgnicas que se denominan grupo prosttico.6.3. Clasificacin en base a su estructura tridimensionalFibrosas: presentan cadenas polipeptdicas largas y una estructura secundaria atpica. Son insolubles en agua y en disoluciones acuosas. Algunos ejemplos de stas son queratina, colgeno y fibrina.Globulares: se caracterizan por doblar sus cadenas en una forma esfrica apretada o compacta dejando grupos hidrfobos hacia adentro de la protena y grupos hidrfilos hacia afuera, lo que hace que sean solubles en disolventes polares como el agua. La mayora de las enzimas, anticuerpos, algunas hormonas y protenas de transporte, son ejemplos de protenas globulares.

7. Hemoglobina7.1. Estructura y funcin de la hemoglobinaLa hemoglobina se encuentra exclusivamente en los eritrocitos, donde su funcin principal es transportar oxgeno desde los pulmones a los capilares de los tejidos. La hemoglobina A, la hemoglobina principal de los adultos, est compuesta por cuatro cadenas polipeptdicas (dos cadenas y dos cadenas ) que se mantienen juntas mediante interacciones no covalentes

Cada subunidad tiene tramos de estructura -helicoidal y una cavidad de unin al grupo hemo. Puede transportar H+ y CO2 desde los tejidos a los pulmones, y puede llevar 4 molculas de O2 desde los pulmones a las clulas del organismo. Adems, las propiedades de unin al oxgeno de la hemoglobina estn reguladas por interaccin con efectores alostricos.

7.2. Alteraciones estructurales y sus consecuencias biolgicasLas ms importantes por su distribucin y problemas clnicos son la Hemoglobina S (HbS), la Hemoglobina C (HbC) y la Hemoglobina E (HbE). En Amrica las dos principales son la HbS y la HbC..

La HbS es una hemoglobina anormal caracterstica, aunque no exclusiva, de grupos de raza negra. Se encuentran los portadores denominados AS que son asintomticos y son los responsables de la transmisin del defecto. Los individuos enfermos son los homocigotos (SS) y la enfermedad es conocida como Drepanocitosis.

Los individuos enfermos cursan con una anemia hemoltica crnica y problemas vaso-oclusivos importantes.

La HbC es una alteracin exclusiva de raza negra y su frecuencia es ms baja que la de la HbS. Estudios han demostrado una prevalencia de portadores del gene C en un 3% de poblacin de raza negra del Caribe costarricense y una de 0.3% en grupos negros del Pacfico Norte.8. Colgeno y elastina8.1. Estructura y funcin del colgeno y la elastinaEl colgeno es la protena ms abundante en el organismo humano. Una molcula de colgeno tpica es una estructura larga y rgida en la cual tres cadenas polipeptdicas (conocidas como ) se enrollan una alrededor de la otra en una triple hlice semejante a una cuerda.

Estas molculas se encuentran por todo el organismo, pero sus tipos y organizacin vienen dictados por el papel estructural que desempea el colgeno en un rgano concreto. En algunos tejidos, el colgeno puede estar disperso como un gel que da soporte a la estructura, como en la matriz extracelular o el humor vtreo del ojo. En otros tejidos, el colgeno puede empaquetarse en fibras paralelas apretadas que proporcionan gran fuerza, como en los tendones. En la crnea del ojo, el colgeno est apilado para permitir la transmisin de la luz con un mnimo de dispersin. El colgeno del hueso aparece como fibras dispuestas en ngulo unas con respecto a otras para poder resistir la cizalla mecnica procedente de cualquier direccin.

Al contrario que el colgeno, que forma fibras fuertes y con gran fuerza tensil, la elastina es una protena del tejido conjuntivo con propiedades elsticas. Se encuentran fibras elsticas compuestas de elastina y microfibrillas de glucoprotenas en los pulmones, las paredes de las arterias grandes y los ligamentos elsticos. Pueden estirarse hasta varias veces su longitud normal, pero recuperan su forma original cuando se relaja la fuerza de estiramiento.

La elastina es un polmero proteico insoluble sintetizado a partir de un precursor, la topoelastina, que es un polipptido lineal compuesto de unos 700 aminocidos, fundamentalmente pequeos y no polares (p. ej., glicina, alanina y valina). La elastina es tambin rica en prolina y lisina, pero contiene slo un poco de hidroxiprolina y nada de hidroxilisina. La tropoelastina es segregada por la clula en el espacio extracelular, donde interacciona con microfibrillas glucoproteicas especficas, como la fibrilina, que funciona como un andamio sobre el cual se deposita la tropoelastina. Algunas de las cadenas laterales lisilo de los polipptidos de tropoelastina son desaminados oxidativamente por la lisiloxidasa, formando residuos de alisina. Tres de las cadenas laterales alisilo ms una cadena lateral lisilo inalterada de lso mismos polipptidos o de polipptidos vecinos forman un enlace transversal de desmosina.

Esto produce la elastina, una red elstica ampliamente interconectada que puede estirarse y doblarse en cualquier direccin cuando es sometida a esfuerzo, y que proporciona la elasticidad al tejido conjuntivo.

Mutaciones en la protena fibrilina-1 son responsables del sndrome de Marfan, un transtorno del tejido conjuntivo caracterizado por un deterioro de la integridad estructural del esqueleto, los ojos y el sistema cardiovascular. En esta enfermedad, se incropora una protena fibrilina anmala en microfibrillas junto con fibrilina normal, lo que inhibe la formacin de microfibrillas funcionales.8.2. Alteraciones estructurales y sus consecuencias biolgicasDefectos en cualquiera de las etapas de la sntesis de la fibra de colgeno pueden provocar una enfermedad gentica que implica una incapacidad del colgeno para formar fibras de manera adecuada y, por tanto, proporcionar a los tejidos la fuerza tensil necesaria. Se han identificado ms de 1000 mutaciones en 22 genes que codifican para 12 de los tipos de colgeno. Algunos ejemplos de enfermedades que son consecuencia de la sntesis defectuosa del colgeno son: Sndrome de Ehlers-Danlos (SED), Osteognesis imperfecta (OI).

La 1-antitripsina (1-AT), producida fundamentalmente por el hgado, pero tambin por tejidos como los monocitos y los macrfagos alveolares, evita la degradacin de la elastina de las paredes alveolares. Una carencia de 1-AT puede producir un enfisema y, en algunos casos, cirrosis heptica.9. Inmunoglobulinas9.1. Estructura y funcin de las inmunoglobulinasLas inmunoglobulinas son glicoprotenas cuya parte proteica est formada por cuatro cadenas peptdicas unidas entre s por puentes disulfuro.

Dos de estas cadenas son de bajo peso molecular y se conocen como cadenas ligeras o L (del ingls light) y otras dos son de alto peso molecular y se conocen como cadenas pesadas o H (heavy).

Las inmunoglobulinas se unen al antgeno que indujo su formacin por uno de sus extremos, mientras que por el otro se unen a ciertas clulas que mediarn la destruccin del antgeno. Esto ha sido estudiado tras el tratamiento de la molcula como la enzima proteoltica papana, con la que se obtienen tres fragmentos: uno denominado Fc (fraccin cristalizable) y dos denominados, cada uno de ellos, Fab, o fraccin de la molcula que se une al antgeno (antigen binding). Cuando la protelisis se realiza con pepsina, la escisin afecta al extremo Fc, de tal manera que queden los dos extremos Fab unidos formando el fragmento conocido como F(ab).

9.2. Alteraciones estructurales y sus consecuencias biolgicas10. Alteraciones en las conformaciones de las protenas10.1. PrionesAgente infeccioso que no contiene cido nucleico, sino una forma anormal de glicoprotena, una protena celular que normalmente se encuentra en el hospedador. De estructura ms elemental que los virus, los priones causan enfermedades en los seres humanos y en los animales. Antes de la identificacin de los priones, estas enfermedades, conocidas colectivamente como encefalopatas espongiformes transmisibles (patologas que cursan con degeneracin del cerebro) estaban vinculadas slo por la similitud de los sntomas; recientemente se ha demostrado que tienen una causa comn.La protena infecciosa o prin, identificada con las siglas PrPSC es una forma anormal, con una configuracin distinta, de la protena prin (PrPC), componente normal de las membranas neuronales de los mamferos. En los seres humanos la protena prin se codifica por un gen (PrP) situado en el brazo corto del cromosoma 20. La funcin biolgica de la protena normal no se conoce con exactitud, aunque s se han determinado las caractersticas de su estructura. La protena normal est compuesta por 253 aminocidos plegados en tres largas espirales, conocidas como hlices alfa. La forma infecciosa de esta protena o prin presenta exactamente la misma secuencia de aminocidos. No obstante, en lugar de plegarse en forma de hlice lo hace mediante un plegamiento plano, semejante al de un acorden parcialmente abierto. La forma patgena se caracteriza por su resistencia parcial a las proteasas; adems, es muy resistente a las altas temperaturas y no produce ningn tipo de reaccin en el sistema inmunolgico.No se sabe con exactitud cmo afecta el PrPSC al hospedador, pero puede replicarse transformando la protena prin normal sintetizada por el hospedador en PrP anormal. Algunos cientficos creen que la protena alterada causa enfermedad simplemente cuando contacta con la protena normal, obligando a sta a cambiar su configuracin, pasando de un plegamiento en forma de hlice a una forma aplanada y transformndola en una protena patgena. Las nuevas protenas pueden inducir el cambio de configuracin en otras protenas normales iniciando as una reaccin en cadena.10.2. Enfermedad de AlzheimerEnfermedad degenerativa que afecta al cerebro y que origina un deterioro gradual y progresivo de la memoria, la percepcin del tiempo y el espacio, el lenguaje y, finalmente, la capacidad de cuidar de uno mismo. La enfermedad fue descrita por primera vez en 1906 por el psiquiatra alemn Alois Alzheimer. Al principio se pensaba que esa enfermedad era un trastorno poco frecuente que afectaba solo a gente joven, por lo que se consider una forma de demencia presenil. Hoy en da, la enfermedad de Alzheimer de inicio tardo se considera la causa ms importante de demencia en la poblacin por encima de los 65 aos. La enfermedad que aparece en personas de 30, 40 o 50 aos, llamada enfermedad de Alzheimer de inicio temprano, es mucho menos frecuente.Aunque la enfermedad de Alzheimer no forma parte del proceso normal del envejecimiento, el riesgo de desarrollar la enfermedad aumenta con la edad. La enfermedad de Alzheimer es devastadora, no solo para los pacientes, sino tambin para la familia y aquellas personas que atienden al enfermo. Algunos pacientes sienten grandes temores y frustraciones al intentar realizar las actividades cotidianas y advertir como pierden lentamente su independencia. La familia, los amigos y sobretodo los encargados de su cuidado diario, experimentan un sufrimiento y estrs importantes conforme son testigos de cmo la enfermedad va arrebatndoles lentamente a su ser querido.En el cerebro de los pacientes con Alzheimer se detectan hallazgos microscpicos diferenciados: ovillos neurofibrilares y placas de protenas anmalas, que se consideran el elemento caracterstico de la enfermedad. No todas las regiones cerebrales presentan esas lesiones. Las zonas ms afectadas son las relacionadas con la memoria.Los ovillos son largos filamentos gruesos presentes en el interior de las clulas nerviosas o neuronas. Los cientficos han descubierto que cuando una protena denominada tau se altera, puede formar los ovillos caractersticos en el cerebro de un paciente con Alzheimer. En el cerebro sano esa protena tau proporciona soporte estructural a las neuronas, pero en el paciente con Alzheimer ese soporte estructural se colapsa.Las placas o acumulaciones se forman fuera de las neuronas, en el tejido cerebral adyacente. Se ha descubierto que un tipo de protena, denominada protena precursora amiloide, forma placas txicas cuando se degrada. Los investigadores han identificado la enzima beta-secretasa, que se cree que es responsable de una de las dos escisiones de la protena precursora amiloide. Tambin se ha identificado otra enzima, denominada gamma-secretasa, responsable de la segunda escisin de la protena precursora amiloide. Esas dos enzimas rompen la protena precursora amiloide en fragmentos, que despus se acumulan para formar placas que son txicas para las neuronas.Los cientficos han observado en el cerebro de los pacientes con Alzheimer que los ovillos y las placas producen la contraccin y, con el tiempo, la muerte de las neuronas, al principio en los centros de la memoria y el lenguaje, y finalmente en todo el cerebro. Esa degeneracin neuronal generalizada produce defectos en la red de conexiones cerebrales que pueden interferir con la comunicacin entre las neuronas, provocando algunos de los sntomas de la enfermedad de Alzheimer.Los pacientes con Alzheimer tienen una concentracin menor de neurotransmisores, sustancias que envan mensajes entre las neuronas. Por ejemplo, parece que la enfermedad de Alzheimer disminuye la concentracin del neurotransmisor acetilcolina, que se sabe que participa en la memoria. Una deficiencia de otros neurotransmisores como la somatostatina y el factor liberador de corticotropina, sobre todo en los pacientes ms jvenes, la serotonina y la noradrenalina, interfiere tambin con la comunicacin normal entre las neuronas.

11. DesnaturalizacinLa desnaturalizacin es un cambio estructural de las protenas, donde pierde su estructura nativa, y de esta forma su ptimo funcionamiento y a veces tambin cambian sus propiedades fsico-qumicas.Las protenas se desnaturalizan cuando pierden su estructura tridimensional y as el caracterstico plegamiento de su estructura.es alterada por algn factor externo (por ejemplo, aplicndole calor, cidos o lcalis), no es capaz de cumplir su funcin celular.11.1. Efectos de la temperatura, cidos, bases y metales pesadosLa desnaturalizacin provoca diversos efectos en la protena:

1. cambios en las propiedades hidrodinmicas de la protena: aumenta la viscosidad y disminuye el coeficiente de difusin

2. una drstica disminucin de su solubilidad, ya que los residuos hidrofbicos del interior aparecen en la superficie

3. prdida de las propiedades biolgicas

Existen diferentes factores fsicos y qumicos.TEMPERATURA

Destruye las interacciones dbiles y desorganiza la estructura de la protena, de forma que el interior hidrofbico interacciona con el medio acuoso y se produce la agregacin y precipitacin de la protena desnaturalizada.

PH

Los iones H+ y OH- del agua provocan efectos parecidos, adems de afectar a la envoltura acuosa de las protenas tambin la carga elctrica de los grupos cidos y bsicos de las cadenas laterales de los aminocidos. Esta alteracin de la carga superficial de las protenas elimina las interacciones electrostticas que estabilizan la estructura terciaria y a menudo provoca su precipitacin. La solubilidad de una protena es mnima en su punto isoelctrico, ya que su carga neta es cero y desaparece cualquier fuerza de repulsin electrosttica que pudiera dificultar la formacin de agregados.

Cuando el pH es bajo, los grupos ionizables estn protonados, y la carga de la protena es de signo positivo. Cuando el pH es alto, los grupos ionizables estn desprotonados, y la carga es de signo negativo. Entre ambas zonas, habr un pH en el cual la carga neta de la protena es nula. Es el PH isoelctrico o punto isoelctrico, y es caracterstico de cada protena.

FUERZA IONICA

Un aumento de la fuerza inica del medio provoca una disminucin en el grado de hidratacin de los grupos inicos superficiales de la protena, ya que estos solutos compiten por el agua, rompen los puentes de hidrgeno o las interacciones electrostticas, de forma que las molculas proteicas se agregan y precipitan.

METALES PESADOS

Los iones de algunos metales pesados, tales como el plomo (Pb ) y el mercurio ( Hg ), precipitan a las protenas y, por lo tanto inactivan las enzimas. Normalmente, las enzimas estn en suspensin dentro del citoplasma o unidas a una biomembrana. Si los iones de un metal pesado se combinan con una enzima en suspensin, la molcula proteica precipita, perdiendo su eficacia como enzima.11.2. Efectos de la desnaturalizacin sobre la actividad biolgicaLa mayora de las protenas pierden su funcin biolgica cuando estn desnaturalizadas, por ejemplo, las enzimas pierden su actividad cataltica, porque los sustratos no pueden unirse ms al centro activo, y porque los residuos del aminocido implicados en la estabilizacin de los sustratos no estn posicionados para hacerlo.

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