Estructura implicada en la formación de proteínas

Síntesis de proteínas

La mayoría de los genes contienen la información necesaria para fabricar moléculas funcionales llamadas proteínas. (Unos pocos genes producen moléculas reguladoras que ayudan a la célula a ensamblar las proteínas). El viaje desde el gen hasta la proteína es complejo y está estrechamente controlado dentro de cada célula. Consta de dos pasos principales: la transcripción y la traducción. Juntas, la transcripción y la traducción se conocen como expresión génica.

Durante el proceso de transcripción, la información almacenada en el ADN de un gen se transmite a una molécula similar llamada ARN (ácido ribonucleico) en el núcleo celular. Tanto el ARN como el ADN están formados por una cadena de bloques de construcción llamados nucleótidos, pero tienen propiedades químicas ligeramente diferentes. El tipo de ARN que contiene la información para fabricar una proteína se denomina ARN mensajero (ARNm) porque transporta la información, o el mensaje, desde el ADN hasta el citoplasma.

La traducción, el segundo paso para pasar de un gen a una proteína, tiene lugar en el citoplasma. El ARNm interactúa con un complejo especializado llamado ribosoma, que «lee» la secuencia de nucleótidos del ARNm. Cada secuencia de tres nucleótidos, llamada codón, suele codificar un aminoácido concreto. (Un tipo de ARN llamado ARN de transferencia (ARNt) ensambla la proteína, un aminoácido cada vez. El ensamblaje de la proteína continúa hasta que el ribosoma encuentra un codón de «parada» (una secuencia de tres nucleótidos que no codifica un aminoácido).

Plegado de proteínas

Cada célula de un sistema vivo puede contener miles de proteínas diferentes, cada una con una función única. Sus estructuras, al igual que sus funciones, varían enormemente. Sin embargo, todas son polímeros de aminoácidos dispuestos en una secuencia lineal (Figura 1).

Las funciones de las proteínas son muy diversas porque están compuestas por 20 aminoácidos diferentes, químicamente distintos, que forman largas cadenas, y los aminoácidos pueden estar en cualquier orden. La función de la proteína depende de su forma. La forma de una proteína viene determinada por el orden de los aminoácidos. Las proteínas suelen tener cientos de aminoácidos y pueden tener formas muy complejas porque hay muchos órdenes posibles para los 20 aminoácidos.

Figura 1 Estructura de las proteínas. Las bolas de colores de la parte superior de este diagrama representan los diferentes aminoácidos. Los aminoácidos son las subunidades que se unen en el ribosoma para formar una proteína. Esta cadena de aminoácidos se pliega para formar una compleja estructura 3D. (Crédito: Lady of Hats de Wikipedia; dominio público)

Estructura cuaternaria de las proteínas

Los bloques de construcción de las proteínas son los aminoácidos, que son pequeñas moléculas orgánicas formadas por un átomo de carbono alfa (central) unido a un grupo amino, un grupo carboxilo, un átomo de hidrógeno y un componente variable llamado cadena lateral (véase más adelante). Dentro de una proteína, varios aminoácidos están unidos por enlaces peptídicos, formando así una larga cadena. Los enlaces peptídicos se forman mediante una reacción bioquímica que extrae una molécula de agua al unir el grupo amino de un aminoácido con el grupo carboxilo de un aminoácido vecino. La secuencia lineal de aminoácidos dentro de una proteína se considera la estructura primaria de la misma.

Las proteínas se construyen a partir de un conjunto de sólo veinte aminoácidos, cada uno de los cuales tiene una cadena lateral única. Las cadenas laterales de los aminoácidos tienen una química diferente. El mayor grupo de aminoácidos tiene cadenas laterales no polares. Otros aminoácidos tienen cadenas laterales con cargas positivas o negativas, mientras que otros tienen cadenas laterales polares pero sin carga. La química de las cadenas laterales de los aminoácidos es fundamental para la estructura de las proteínas, ya que estas cadenas laterales pueden enlazarse entre sí para mantener una parte de la proteína en una forma o conformación determinada. Las cadenas laterales cargadas de aminoácidos pueden formar enlaces iónicos, y los aminoácidos polares son capaces de formar enlaces de hidrógeno. Las cadenas laterales hidrofóbicas interactúan entre sí mediante débiles interacciones de Van der Waals. La gran mayoría de los enlaces formados por estas cadenas laterales son no covalentes. De hecho, las cisteínas son los únicos aminoácidos capaces de formar enlaces covalentes, lo que hacen con sus cadenas laterales particulares. Debido a las interacciones de las cadenas laterales, la secuencia y la ubicación de los aminoácidos en una proteína concreta guían el lugar en el que se producen las curvas y los pliegues en esa proteína (Figura 1).

Estructura secundaria de las proteínas

Las proteínas son una de las moléculas orgánicas más abundantes en los sistemas vivos y tienen la gama de funciones más diversa de todas las macromoléculas. Las proteínas pueden ser estructurales, reguladoras, contráctiles o protectoras; pueden servir para el transporte, el almacenamiento o las membranas; o pueden ser toxinas o enzimas. Cada célula de un sistema vivo puede contener miles de proteínas diferentes, cada una con una función única. Sus estructuras, al igual que sus funciones, varían enormemente. Sin embargo, todas son polímeros de aminoácidos alfa, dispuestos en una secuencia lineal y conectados entre sí por enlaces covalentes.

Los principales componentes de las proteínas se denominan aminoácidos alfa (α).    Como su nombre indica, contienen un grupo funcional de ácido carboxílico y un grupo funcional de amina.    La denominación alfa se utiliza para indicar que estos dos grupos funcionales están separados entre sí por un grupo de carbono. Además de la amina y el ácido carboxílico, el carbono alfa también está unido a un hidrógeno y a un grupo adicional que puede variar en tamaño y longitud.    En el diagrama siguiente, este grupo se designa como grupo R.    En los organismos vivos hay 20 aminoácidos que se utilizan como bloques de construcción de proteínas.    Sólo se diferencian entre sí en la posición del grupo R. A continuación se muestra la estructura básica de un aminoácido: