miniatura|dereita|Unha representación en 3D da estrutura da mioglobina. Esta proteína foi a primeira cuxa estrutura foi obtida mediante a cristalografía por raios X. As proteínas (do grego πρωτεϊνη, primeiro) son unhas macromoléculas formadas por α-aminoácidos. Poden estar formadas por unha ou varias cadeas de aminoácidos. As proteínas son moléculas orgánicas esenciais na estrutura e función dos seres vivos (por exemplo, forman parte integral dos tecidos biolóxicos e moitas delas funcionan como encimas). Levan a cabo unha ampla gama de funcións nos organismos, como a catálise metabólica, replicación do ADN, resposta aos estímulos, transporte de moléculas etc. A súa función nutritiva fundamental é plástica, formadora de estruturas orgánicas. Tamén poden servir en determinados casos como fonte de enerxía, pero nunha alimentación equilibrada esta función é asumida polos carbohidratos e os lípidos.
As proteínas son substancias sólidas, incoloras, coloidais, insolubles en solventes orgánicos, unhas con algunha solubilidade en auga, e outras con algunha solubilidade en solucións acuosas diluídas de ácidos, bases ou sales. Quimicamente, son compostos cuaternarios de carbono (C), hidróxeno (H), osíxeno (O) e nitróxeno (N).
Unha cadea longa de aminoácidos denomínase polipéptido. O termo proteína dáse xeralmente cando o polipéptido ou un conxunto de varios ten unha función e conformación determinada. Porén, os termos péptido, polipéptido e proteína úsanse con frecuencia dun modo pouco específico, xa que ás veces non hai un límite claro entre eles. Nas proteínas normalmente hai 20 aminoácidos (ver aminoácido proteinoxénico), pero poden incorporar algúns máis en casos especiais. Os aminoácidos teñen grupos amino e carboxilo por medio dos que se enlazan por enlace peptídico formando a cadea polipeptídica. As proteínas difiren unhas das outras principalmente na súa secuencia de aminoácidos, que está determinada pola secuencia de nucleótidos dos seus xenes, e que xeralmente dá lugar a un pregamento tridimensional específico da proteína, que lle dá unha estrutura necesaria para a súa actividade. Cada posible combinación de tres nucleótidos (tripletes) que se suceden na secuencia dun xene codifica un determinado aminoácido, segundo as correspondencias do código xenético. En xeral, o código xenético só codifica os 20 aminoácidos proteinoxénicos normais, pero en certos organismos dito código pode codificar por un mecanismo especial a selenocisteína e, en certas arqueas a pirrolisina. Despois de rematada a síntese de proteínas ou mesmo durante a mesma, poden modificarse encimaticamente residuos de aminoácidos da proteína por modificación postraducional, o que altera as súas propiedades físicas e químicas, o pregamento, estabilidade, actividade e, finalmente, a función das proteínas. Ás veces as proteínas levan unidos grupos químicos que non son peptídicos, que se denominan grupos prostéticos ou cofactores. Distintas proteínas poden tamén funcionar en conxunto para realizaren unha determinada función, e a miúdo poden estar asociadas formando complexos proteicos estables.
As proteínas poden purificarse a partir doutros compoñentes celulares utilizando varias técnicas como a ultracentrifugación, precipitación, electroforese e cromatografía; a aparición das técnicas de enxeñaría xenética fixo posible aplicar diversos métodos que facilitan a purificación. Entre os métodos que se utilizan comunmente para estudar a estrutura e función das proteínas están a inmunohistoquímica, mutaxénese dirixida, resonancia magnética nuclear e espectrometría de masas.
Bioquímica
miniatura|Figura 2: Formas de resonancia do enlace peptídico. A forma neutra e con enlace simple (~60%) está á esquerda, e a forma cargada e con dobre enlace (~40%) está á dereita. miniatura|Estrutura química dunha cadea peptídica. miniatura|450px|Parte dunha cadea proteica mostrando as ligazóns peptídicas.|centro miniatura|dereita|Ribosoma sintetizando unha proteína e usando o ARNm como molde. O enlace peptídico que enlaza os aminoácidos da proteína establécese entre o grupo amino dun aminoácido e o grupo carboxilo do seguinte aminoácido. Nos extremos os grupos amino e carboxilo quedan libres, polo que se di que a proteína ten un extremo amino terminal ou N-terminal (por onde por convención se considera que empeza a proteína) e un extremo carboxilo terminal ou C-terminal (por onde acaba). O enlace peptídico ten dúas formas de resonancia (o dobre enlace pode estar no C=O ou no C=N), que lle dan certo carácter de dobre enlace e inhiben a rotación arredor do seu eixe, de modo que os carbonos alfa son coplanares. Os outros dous ángulos diedros no enlace peptídico determinan a forma local que adopta o esqueleto da proteína.Murray et al., p. 31.
Síntese Biosíntese
As proteínas son compostos orgánicos de estrutura complexa e masa molecular elevada (entre 15.000 e 20.000.000 Da) e son sintetizadas polos organismos vivos nos ribosomas por medio da combinación dun número maior ou menor de moléculas de aminoácidos, que se ligan por enlace peptídico. Son, pois polímeros formados pola unión de aminoácidos, que son os seus monómeros. Poden ter centos de aminoácidos.
A secuencia de aminoácidos da proteína está determinada pola secuencia de nucleótidos do xene que a codifica. O xene do ADN é transcrito a un ARNm, que madura (en eucariotas) e se dirixe aos ribosomas, únese a eles e é traducido. A secuencia de nucleótidos do ARNm, tomados de 3 en 3, formando codóns, é lida no ribosoma segundo as correspondencias do código xenético. Neste código cada codón determina un aminoácido.. Os aminoácidos chegan ao ribosoma traídos por ARNts, que están entrando e saíndo do ribosoma continuamente. Os ARNts teñen unha secuencia anticodón, complementaria dalgún dos codóns. Hai ARNt específicos para cada aminoácido, e uns encimas chamados aminoacil ARNt sintetases, enlazan cada aminoácido co ARNt correcto. No ribosoma os aminoácidos únense por enlace peptídico formando unha cadea de aminoácidos cada vez máis longa, que permanece unida ao último ARNt que entra. O polipéptido en crecemento denomínase a miúdo cadea nacente. As proteínas biosintetízanse sempre empezando no extremo N-terminal e acabando no C-terminal.van Holde and Mathews, pp. 1002–42. O ARNm vai expoñendo sucesivamente todos os seus codóns no ribosoma. Cando se chega a unha secuencia de finalización do ARNm, a cadea polipeptídica libérase. A proteína prégase e pode despois sufrir modificacións postraducionais.
A taxa de síntese proteica en procariotas é máis alta que en eucariotas e pode chegar a 20 aminoácidos por segundo. O tamaño dunha proteína sintetizada pode medirse polo número de aminoácidos que contén e pola súa masa molecular total en daltons, Da, (sinónimo de unidade de masa atómica), ou en kDa. Unha proteína de lévedo media ten uns 446 aminoácidos e uns 53 kDa. A proteína máis longa coñecida é a titina, que se encontra no sarcómero muscular, cunha masa de 3.000 kDa e case 27.000 aminoácidos.
Síntese química No laboratorio poden sintetizarse pequenas proteínas por un conxunto de métodos chamados síntese de péptidos, que dependen de técnicas de síntese orgánica para producir péptidos con alto rendemento. A síntese química permite a introdución de aminoácidos non naturais nas cadeas polipeptídicas, como a unión de sondas flourescentes ás cadeas laterais de aminoácidos. Estes métodos son útiles en bioquímica e bioloxía celular de investigación, aínda que xeralmente non para aplicacións comerciais. A síntese química é ineficiente para producir polipéptidos de máis duns 300 aminoácidos, e as proteínas sintetizadas poden non adoptar doadamente a súa estrutura terciaria nativa. Os métodos en síntese química avanzan dende o extremo C-terminal ao N-terminal, ao revés ca a síntese biolóxica nos ribosomas, se son en fase sólida, mais os feitos en disolución avanzan no mesmo sentido que o biolóxico.
Clasificación Composición Canto á estrutura molecular, as proteínas clasifícanse en:
Proteínas simples:En España, na literatura en castelán, adoita utilizarse o termo holoproteína para denominar as proteínas simples. Pero, ao contrario, na literatura inglesa holoprotein significa heteroproteína (de modo análogo ao termo holoencima), e este significado está moi estendido polo mundo. Neste artigo evitouse usar o termo holoproteína debido á súa ambigüidade. Proteínas constituídas soamente por aminoácidos como, por exemplo, a queratina (cabelo). Hainas fibrosas, como o coláxeno, elastina, queratinas e fibroína e globulares, como as albuminas, globulinas e histonas e protaminas. Proteínas complexas, conxugadas ou heteroproteínas: Proteínas que presentan a cadea de aminoácidos ligada a un radical diferente (grupo prostético). Dependendo do grupo prostético, as proteínas poden ser clasificadas en: Glicoproteínas: o grupo é un glícido. Exemplos: mucina, inmunoglobulinas (anticorpos). Cromoproteínas: o grupo é un pigmento. Exemplos: hemoglobina (sangue), que leva un grupo hemo porfirínico con ferro, ou a hemocianina, que non é porfirínica e leva cobre. Lipoproteínas: asociadas a lípidos, como as lipoproteínas das membranas celulares ou as que circulan polo plasma sanguíneo. Fosfoproteínas: o grupo é o ácido fosfórico. Exemplos: vitelina (xema de ovo) e caseína (leite). Nucleoproteínas: o grupo é un ácido nucleico. Por exemplo certas proteínas víricas.
Proteínas fibrosas e globulares Proteínas fibrosas: Son aquelas que presentan moléculas distendidas e filamentosas, semellantes a longos fíos. coláxeno e fibrina son exemplos de proteínas fibrosas. Son raras. Proteínas globulares: Presentan as moléculas enroladas como novelos, e son solúbeis na auga formando micelas. A maioría das proteínas presentan estrutura globular, como, por exemplo, os encimas, anticorpos, hemoglobina, proteínas asociadas á clorofila e proteínas estruturais.
Estrutura tridimensional
miniatura|Estruturas tridimensionais das proteínas 300px|miniatura|Superficie molecular de varias proteínas a tamaño comparativo. De esquerda a dereita son: inmunoglobulina G (IgG, un anticorpo), hemoglobina, insulina (unha hormona), adenilato quinase (un encima) e glutamina sintetase (un encima).|centro As proteínas presentan catro niveis de estudo ou de estrutura que dependen da configuración espacial da cadea polipeptídica, do tamaño da cadea, e do tipo de aminoácidos que posúe. As estruturas básicas son:
Estrutura primaria: A estrutura primaria é a secuencia linear de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos. Dita estrutura vén predeterminada polo secuencia do ácido nucleico que a codifica.
Estrutura secundaria: Constituída por unha cadea de aminoácidos na que se estabelecen ligazóns por pontes de hidróxeno entre os aminoácidos distantes da cadea. Estas ligazóns confírenlle a forma en hélice alfa, folla pregada beta. Esta estrutura depende, entre outros factores, do medio onde a proteína se prega.
Estrutura terciaria: Resulta do enrolamento da hélice ou da folla pregada, e é mantido por pontes de hidróxeno e disulfuro entre aminoácidos da mesma cadea. Esta estrutura confire a actividade biolóxica ás proteínas. Pode ser globular ou filamentosa.
Estrutura cuaternaria: Resulta da asociación de varias subunidades peptídicas con estrutura terciaria; estas permanecen unidas xeralmente a través de ligazóns covalentes coma pontes disulfuro entre cisteínas.