Proteínas, enzimas y vitaminas: estructura, función y clasificación en biología

Proteínas

Las proteínas son macromoléculas formadas por C, H, O y N, constituidas por la unión de aminoácidos, que contienen un grupo amino y un grupo carboxilo. Son la biomolécula más abundante, representando más del 50% del peso seco de la célula. Se forman en los ribosomas a partir de la información genética.

Los aminoácidos se unen formando proteínas (proteinogénicos) mediante un enlace peptídico, que puede romperse por hidrólisis.

• Péptido: pocos aminoácidos.
• Oligopéptido: menos de 10 aminoácidos.
• Polipéptido: más de 10 aminoácidos.
• Proteína: más de 50 aminoácidos.

Las proteínas se conforman en tres dimensiones.

Niveles de estructura

• Estructura primaria: secuencia de aminoácidos (número, tipo y orden de colocación).
• Estructura secundaria: se pliega mediante enlaces no peptídicos en hélices o láminas plegadas.
• Estructura terciaria: conformación filamentosa o globular. Las proteínas insolubles (estructurales) como la queratina son filamentosas; las solubles (dinámicas) como las enzimas son globulares.
• Estructura cuaternaria: proteínas constituidas por más de una subunidad, como la hemoglobina.

Factores como el pH, la temperatura o la agitación pueden inactivarlas al alterar su estructura, proceso llamado desnaturalización.

Flujo de la información genética: DNA → RNA → proteína.

Clasificación de las proteínas

Proteínas sencillas (holoproteínas)

Están formadas solo por aminoácidos:

• Globulares: protaminas (unión a ácidos nucleicos), histonas (constituyen los cromosomas), albúminas (transporte) y globulinas (defensa).
• Fibrilares: estructurales.

Insolubles

• Queratina: pelo y uñas.
• Colágeno: tejido conjuntivo.
• Elastina: ligamentos, tendones y pared arterial.

Solubles

• Fibrinógeno: coagulación.
• Miosina, actina y tropomiosina: contracción muscular.

Proteínas complejas (heteroproteínas)

Están formadas por aminoácidos y un componente no proteico. Son globulares y se clasifican según su grupo no proteico:

• Fosfoproteínas: caseína de la leche.
• Glucoproteínas: enzimas, hormonas y anticuerpos.
• Lipoproteínas: transporte de colesterol.
• Cromoproteínas: coloración (hemoglobina, rodopsina, clorofila).
• Nucleoproteínas: fibra de cromatina.

Enzimas

Las enzimas son proteínas globulares que catalizan reacciones biológicas, actuando como biocatalizadores. Aceleran la velocidad de la reacción al disminuir la energía de activación.

• No se alteran durante la reacción.
• Presentan especificidad por su sustrato.
• Pueden aumentar mucho la velocidad de la reacción.

Actúan sobre sustratos que se transforman en productos, y poseen sitios activos donde se une el sustrato.

La velocidad de la reacción depende de:

• Temperatura (concentración efectiva).
• pH (afecta a los grupos amino y carboxilo, pudiendo inactivarlas).
• Concentración de sustrato (sin cambio de velocidad a partir de cierto punto).
• Inhibidores y cofactores.

Participan en el catabolismo (degradación celular) y el anabolismo (formación celular). Su alteración causa enfermedades como Tay-Sachs y Sandhoff; además, el cianuro y el mercurio actúan como inhibidores enzimáticos.

Muchas proteínas tienen función enzimática, y otras con función hormonal regulan procesos fisiológicos como el sistema nervioso, la reproducción celular, la sexualidad y el metabolismo de la glucosa. Ejemplos de hormonas proteicas: insulina, glucagón, STH y ACTH.

Holoenzimas y coenzimas

Las enzimas heteroproteicas (holoenzimas) poseen un grupo no proteico, llamado coenzima, que es una molécula orgánica que se une a la parte proteica. Las coenzimas proceden de las vitaminas y pueden actuar separadamente de la enzima. Ejemplos: acetilcoenzima A (CoA), nicotinamida (NAD), flavina adenina (FAD) y iones metálicos.

El nombre de las enzimas deriva del sustrato sobre el que actúan y termina en -asa, o de su función.

Vitaminas

Las vitaminas son sustancias orgánicas necesarias en pequeñas cantidades que el cuerpo no produce, por lo que deben suministrarse mediante la alimentación. Funk las llamó "aminas de la vida".

Ollum y Dables las clasificaron en:

• Liposolubles: A, D, E, K (ADEK).
• Hidrosolubles: complejo B y C (BC).

Se nombran con una letra y presentan propiedades similares. Son producidas especialmente por los vegetales, que las generan como provitaminas; estas se almacenan en el hígado de peces y animales como vitaminas (A y D). El hígado es capaz de producir vitamina A a partir de caroteno.

• Vitamina B₁₂: de origen animal. Interviene en la síntesis de metilo; su disminución causa glóbulos rojos grandes y anemia perniciosa.
• Vitamina D: regula el metabolismo del calcio y el fósforo; su déficit produce raquitismo.

Algunas vitaminas se combinan con moléculas proteicas para formar enzimas.