Proteínas!

Las proteínas son las moléculas que hacen el ser, entendido en el sentido de que son el fenotipo, que es lo que caracteriza externamente a un individuo. Estructuralmente son polímeros formados por la unión de los monómeros llamados aminoácidos, cada uno con una estructura como la que aparece a la izquierda, es decir, tienen una función ácida y una básica como su nombre indica. En estas moléculas, como en los azúcares, se puede apreciar un centro de asimetría en el carbono (el C2, después del carbono carboxílico), pero la diferencia es que en los aminoácidos la familia más numerosa es la L. Se cuentan veinte aminoácidos proteinogenéticos, cada uno de los cuales tiene una cadena lateral R distinta, y se unen entre sí formando péptidos mediante enlaces amida, por lo que el enlace se llama peptídico. Las proteínas son en realidad péptidos con un elevado número de restos (así se llama a cada monómero que forma parte de una cadena), y pueden actuar solas o combinadas para realizar la función propia de cada una de ellas, desde la visión (opsina) hasta la defensa del organismo (anticuerpos), pasando por la contracción muscular (miosina y actina), la formación de estructuras de soporte (citoesqueleto) y la catálisis a modo de enzimas como función más representativa (pero ya sabemos que hay moléculas de ARN capaces de catalizar determinadas reacciones, que son las ribozimas).

Las vías de la información.

Las proteínas son moléculas informativas porque son una copia codificada de la información contenida en el ADN. Si observamos el mecanismo de síntesis se una proteína desde que a la célula llega la primera señal correspondiente (una hormona u otra señal de cualquier tipo), ocurre que después de la cascada de segundos mensajeros y reacciones intermediarias, en el núcleo se activan uno o más genes mediante la acción de unos determinados factores de transcripción (recordar que si la hormona es esteroídica, el complejo receptor-hormona es ya un factor de transcripción). Estos factores se unen a los promotores y potenciadores de la expresión del gen en cuestión gracias a unas estructuras especiales en la doble hélice de ADN, y permiten que se sintetice una cadena de ARN mensajero tomando como molde una de las dos hebras del gen. Sin embargo, los genes en el ADN no son continuos, y hay espacios en los que no se dice nada con función estructural, así que el ARN recién formado tiene que eliminar esas secuencias, llamadas intrones, para dejar una sola hebra en la que se puedan leer los trozos de gen que tienen sentido estructural (los exones) sin saltos. Se utiliza la palabra “leer” porque es eso realmente lo que hacen los sistemas de transcripción, que es el proceso que se acaba de describir: Se comienza a sintetizar el ARN desde un extremo y nucleótido a nucleótido, reproduciendo fielmente lo que está en el ADN, como quien lee letras una detrás de la otra y las transcribe en un papel, sólo que aquí se tienen únicamente cuatro.

El ARN recién sintetizado en el núcleo pasa al citoplasma rápidamente para ser traducido, es decir, hay que pasar la información contenida en una clave de cuatro letras, que son las bases púricas y pirimidínicas de los ácidos nucleicos, a una clave de veinte letras, que son los aminoácidos proteinogenéticos. La maquinaria enzimática encargada de la traducción, que es el nombre que se da al proceso, es el ribosoma. Éstos son unos enormes complejos nucleoproteicos (compuestos de ARN y proteínas) visibles al microscopio electrónico y con categoría de orgánulo, generalmente asociados al retículo endoplásmico rugoso o libres en el citoplasma. La traducción es algo necesariamente rápido porque el ARN es muy inestable, a diferencia del ADN, que es mucho más estable y además está protegido por su propia conformación de doble hélice (en el ARN sólo hay una) y por las proteínas básicas presentes en el núcleo, con las que forma complejos. De este modo, ninguna proteína podría estar fabricándose de forma constante a partir de sólo una molécula de ARN, con lo que se asegura la reversibilidad del proceso. En la traducción el paso de una base cuatro a una base veinte se permite mediante un código denominado genético, en el que a cada aminoácido le corresponde un conjunto de tres nucleótidos. Es decir, el ARN se tiene que leer de tres en tres para poder traducir la información contenida en él. Además de códigos para cada aminoácido, también están codificadas en grupos de tres nucleótidos (tripletes) las secuencias de comienzo y final de la traducción, es decir, no todo el ARN se traduce porque se empieza y se acaba sin llegar a los extremos. Como a cada aminoácido le corresponde más de un triplete, se dice que el código es degenerado. Recientemente se ha descubierto que son veintiuno los aminoácidos proteinogenéticos, porque se ha incorporado la selenocisteína al grupo. Ésta se incorpora gracias a una modificación en un ARNt de serina.

Forma y estructura.

Después de tener el polímero de aminoácidos fabricado, todavía tiene que sufrir una serie de modificaciones, tanto espontáneas como catalizadas, para poder tomar su forma definitiva, llamada conformación nativa. Esta será la única forma en la que la proteína pueda realizar la función para la que ha sido diseñada, porque es esencial la distribución espacial de las distintas cadenas R de cada aminoácido para que se pueda formar un sitio en el que la catálisis sea posible (ver 1 Introducción). La forma definitiva de una proteína viene codificada en gran parte por la propia secuencia de aminoácidos, de tal modo que las interacciones débiles que se establecen entre los distintos radicales R (fuerzas de Van der Waals, puentes de hidrógeno, fuerzas iónicas e interacciones hidrofóbicas) son capaces de obligar a la cadena a formar determinadas estructuras en distintos órdenes de complejidad, llamadas estructuras secundarias, supersecundarias, dominios y estructuras terciarias (la estructura primaria es la propia secuencia de aminoácidos). Adquiriendo las distintas estructuras queda entonces la proteína como un esqueleto carbonado, que así se llama a la hilera de átomos implicados en los enlaces peptídicos (N-C-C-N-C-C...), del que sobresalen distintos grupos funcionales, que son los que llevan los diferentes grupos R. Con tal diversidad de funciones químicas de las que echar mano, no es de extrañar que las proteínas sean las moléculas catalíticas más importantes de la vida.

Sin embargo el plegamiento no está totalmente determinado por la estructura primaria, sino que hay unas moléculas muy pequeñas, llamadas chaperoninas (del inglés chaperon: carabina, acompañante), que se unen al péptido en formación y le ayudan a alcanzar su conformación definitiva; es decir, el plegamiento en el medio celular está asistido.

Algunas proteínas no tienen suficiente información para realizar por sí mismas la función para la que se han sintetizado, por lo que se unen a moléculas pequeñas, generalmente vitaminas, que realizan la función, generalmente oxidación y reducción reversibles, pero dirigidas y modificadas según la cadena polipeptídica en cuestión. Es decir, hay varias moléculas que están presentes como cofactores en muchas enzimas diferentes, pero que ven modificada su ación por la proteína a la que se unan, como si fueran instrumentos “tontos” que pueden hacer algo, pero que la proteína les dice dónde y cómo. Además la acción de las enzimas puede verse modificada por distintas transformaciones covalentes como la fosforilación, palmitoilación, DP-ribosilación o unión a una cadena terpénica para trasladarla a la membrana desde el citoplasma.

Definición y características de las proteínas.

El término “proteína” viene del griego proteios (ðρðððððð), que significa “el primero, en la preeminencia”. Se les dio ese nombre por la creencia generalizada de que tenía que haber sido la primero molécula viva sobre la Tierra, dado que su función principal y de la que depende toda la vida conocida es la de catalizar las reacciones celulares, incluida la replicación y la traducción. Esto en principio planteó la cuestión irresoluble de cómo había sido capaz el ADN de asumir las funciones de transferencia y conservación de la herencia, siendo una molécula tan monótona y simple comparada con las proteínas Cuando se descubrió la ribozima, la teoría vigente hasta la fecha que postulaba que las proteínas tenían que haber sido lo primero porque si no, no habría replicación, se cambió por la teoría de “el ARN antes”, pero sin embargo el nombre de “proteína” ya estaba muy bien asentado. De hecho, sin las proteínas no se nos podría reconocer, porque son la expresión de la información genética, es decir, el fenotipo, y son tan importantes que representan el 50% del total del peso seco de una célula.

Funciones de las proteínas.

Como ya se ha dicho, la función más importante de las proteínas es la de ejercer como catalizadores biológicos de las reacciones que se llevan a cabo en la célula (recordar 1 Introducción). Su eficacia es tal que como media aumentan un millón de veces la velocidad de la reacción sin catalizar. Otra función muy importante es la de actuar como transporte y almacenamiento de iones, como la transferrina de la sangre y la ferritina del hígado. Además son el soporte y el mecanismo del movimiento coordinado, ya sea macroscópico, como la miosina del músculo, o microscópico, como los filamentos de actina en la locomoción por pseudópodos. También son el soporte para la acción de estos movimientos, tanto dentro como fuera de la célula: el colágeno de la matriz y los microfilamentos del citoesqueleto, respectivamente. Tienen una misión muy importante relacionada con las dos anteriores, que es el desplazamiento de los cromosomas a lo largo del huso acromático durante la mitosis y la meiosis.

Otras funciones desarrolladas por proteínas son la transmisión del impulso nervioso (son los receptores de los neurotransmisores en la neurona postsináptica), la regulación y el control del crecimiento celular mediante receptores y la modulación de la expresión génica a cualquier nivel de síntesis o de degradación. La última función en esta lista, pero no la menos importante, es la defensa del organismo frente a infecciones, mediada tanto por los anticuerpos como por los receptores de las células T. Hay más funciones desarrolladas por proteínas; tantas como sean necesarias para llevar a cabo todas las funciones de un organismo vivo.