Proteínas

[Química orgánica] Sección 6 [Proteínas] [Mendelismo evolución y diseño] [Ácidos nucleicos] [Pruebas de paternidad]

Las proteínas son macromoléculas formadas por cadenas de aminoácidos que desempeñan funciones vitales en el organismo, como la construcción de tejidos, el transporte de sustancias y la catalización de reacciones químicas. Las vitaminas, por otro lado, son sustancias accesorias que no forman parte de las proteínas, pero son esenciales para regular, controlar o bloquear su funcionamiento, actuando como cofactores o coenzimas en diversas reacciones metabólicas. Además de regular y controlar el funcionamiento de las proteínas, las vitaminas cumplen otras funciones esenciales en el organismo, tales como:

1. Antioxidantes: Algunas vitaminas, como la vitamina C y la vitamina E, protegen las células del daño causado por los radicales libres.
2. Fortalecimiento del sistema inmunológico: Vitaminas como la A, C y D ayudan a mantener el sistema inmunitario saludable.
3. Producción de energía: Las vitaminas del complejo B participan en la conversión de los alimentos en energía.
4. Mantenimiento de la piel, huesos y visión: La vitamina A es crucial para la salud visual y la regeneración celular, mientras que la vitamina D es importante para la absorción de calcio y la salud ósea.
5. Coagulación sanguínea: La vitamina K es fundamental para la coagulación de la sangre y la prevención de hemorragias.

Clasificación.
Las proteínas se clasifican principalmente en:

1. Proteínas estructurales: Forman parte de la estructura celular y tejidos. Ejemplo: colágeno (presente en piel y huesos) y queratina (en cabello y uñas).
2. Proteínas enzimáticas: Catalizan reacciones químicas. Ejemplo: amilasa (digestión de carbohidratos) y lipasa (digestión de grasas).
3. Proteínas de transporte: Transportan sustancias en el cuerpo. Ejemplo: hemoglobina (transporte de oxígeno en la sangre) y albumina (transporta ácidos grasos y hormonas).
4. Proteínas hormonales: Actúan como mensajeros en el cuerpo. Ejemplo: insulina (regula los niveles de glucosa) y adrenalina (respuesta al estrés).
5. Proteínas inmunológicas: Participan en la defensa del cuerpo. Ejemplo: anticuerpos (luchan contra infecciones).
6. Proteínas contráctiles: Permiten el movimiento. Ejemplo: actina y miosina (en los músculos).

Estructura.
Las proteínas tienen una estructura jerárquica que se organiza en cuatro niveles:

1. Estructura primaria: Es la secuencia lineal de aminoácidos en la cadena polipeptídica, determinada por el código genético. Esta secuencia es única para cada proteína y determina su función final.
2. Estructura secundaria: Se refiere a las estructuras locales formadas por interacciones entre los átomos en la cadena polipeptídica, como hélices alfa y láminas beta. Estas estructuras son estabilizadas por enlaces de hidrógeno.
3. Estructura terciaria: Es la forma tridimensional completa de la proteína, que se forma cuando las interacciones entre las diferentes partes de la cadena polipeptídica (como puentes disulfuro, interacciones hidrofóbicas, enlaces iónicos) dan lugar a una estructura globular o fibrosa.
4. Estructura cuaternaria: En proteínas formadas por más de una cadena polipeptídica, este nivel describe cómo estas cadenas se ensamblan para formar la proteína funcional. Ejemplo: la hemoglobina es una proteína cuaternaria, formada por cuatro subunidades.

Figura 1. Representación de los niveles estructurales estándar de las proteínas.

Bloques funcionales recombinantes: Entre la estructura secundaria y terciaria, algunos biólogos evolutivos han propuesto la existencia de bloques funcionales recombinantes. Estos son segmentos de proteínas que pueden recombinarse, mutar rápidamente/lentamente o intercambiarse con otras proteínas, lo que permite una gran diversidad funcional. Esto explica la aparición de familias de proteínas con estructuras y funciones similares pero con variabilidad significativa, como es el caso de las inmunoglobulinas. En este caso, los "bloques" de estas proteínas se recombinan de forma similar a como un niño jugaría con piezas de lego, creando una diversidad funcional a partir de unidades estructurales preexistentes.

La función de una proteína depende en gran medida de su textura adhesiva específica, que le permite reconocer y unirse de manera precisa a otras moléculas o estructuras. Este reconocimiento es clave para procesos como la interacción de anticuerpos con antígenos, o la unión de enzimas a sustratos. Además, sus propiedades químico-mecánicas, como la capacidad de acelerar reacciones (en el caso de las enzimas) o inducir cambios mecánicos o estructurales, son fundamentales. Estos cambios pueden ser tan efectivos como la desnaturalización de proteínas o la alteración de la forma celular en procesos como la contracción muscular, lo que demuestra la estrecha relación entre estructura y función.

El ribosoma y el código genético.
La estructura primaria de las proteínas, es decir, la secuencia lineal de aminoácidos, se origina en los ribosomas, los cuales son esenciales para todos los seres vivos verdaderos, ya que sintetizan proteínas a partir de la información genética contenida en el ARN mensajero (ARNm). Los ribosomas no están compuestos por membranas, sino por ARN ribosómico (ARNr) y proteínas, y existen en todas las células vivas, tanto procariotas como eucariotas, aunque en diferentes formas y tamaños. La capacidad de los ribosomas para decodificar el ARNm y traducirlo en secuencias específicas de aminoácidos es crucial para la vida tal como la conocemos.

Esto nos lleva a una reflexión filosófica profunda sobre la definición de vida. Por un lado, los virus, aunque contienen material genético y pueden tener membranas biológicas, no son considerados organismos vivos porque no tienen la maquinaria necesaria, como los ribosomas, para producir proteínas por sí mismos. Este es un punto clave que ha generado debate entre los científicos. Algunos argumentan que la existencia de ribosomas es un criterio fundamental para determinar la "vida", mientras que otros sugieren que la capacidad de reproducirse y evolucionar podría ser igualmente importante.

Tabla 1. La tabla del código genético muestra cómo secuencias de tres bases nitrogenadas (codones) en el ARN mensajero corresponden a aminoácidos específicos. Este código es traducido en los ribosomas para sintetizar proteínas. La relación con el ADN radica en que el ARN mensajero se transcribe del ADN, portando la información genética necesaria para la síntesis de proteínas.

La existencia de ribosomas universales en todos los organismos vivos también da soporte a la idea de que todos los seres vivos descienden de un único ancestro común, como lo sostiene la teoría de la evolución. La conservación del código genético, que es prácticamente el mismo en todas las especies, refuerza esta idea. Sin embargo, surgen preguntas complejas: ¿por qué existe una conservación tan estricta del código genético? ¿Cómo explicamos la diversidad de organismos si todos compartimos un mismo origen? Y si el código genético es tan universal, ¿qué nos dice sobre la posibilidad de vida en otros planetas?

La conservación y uniformidad del código genético nos lleva a reflexionar sobre la unidad de la vida en nuestro planeta. Aunque existan variaciones y mutaciones, la esencia del código genético se mantiene casi intacta, lo que nos sugiere que la vida en la Tierra tiene un origen común.