Proteínas

1. 1
GRAN TRABAJO DE INVESTIGACION
TEMA: PROTEÍNAS
INTEGRANTES:
Lindsay Núñez Idrovo (Coordinadora)
Grace Kelly Icaza Onofre
Diego Guzmán Silva
PROFESORA:
MSc. María Fernanda Morales
FECHA DE ENTREGA: 08/11/2016
2do TÉRMINO
2016-2017
ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL
FACULTAD DE INGENIERIA MECÁNICA Y CIENCIAS DE LA PRODUCCIÓN
INGENIERIA EN ALIMENTOS

2. 2
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN: ...................................................................................................................3
1. Estructura y propiedades de los aminoácidos ..........................................................4
1.1. Aminoácidos ...........................................................................................................4
1.2. Estructura general de los aminoácidos...............................................................4
1.3. Propiedades aminoacídicas ..................................................................................5
1.4. Clasificaciones de aminoácidos según sus cadenas laterales ..........................6
1.5. Forma Zwitteriónica ..............................................................................................7
1.6. Estereoisomería de aminoácidos ........................................................................8
1.7. Aminoácidos no estándar...................................................................................10
1.8. Propiedades ácido-básicas y curvas de valoración. ........................................11
2. Funciones biológicas y estructura de las proteínas................................................13
2.1. Funciones biológicas ...........................................................................................14
2.2. Enlace peptídico...................................................................................................16
2.3. Péptidos y proteínas. ..........................................................................................18
2.4. Niveles de organización estructural de las proteínas.........................................20
2.4.1. Estructura primaria: .........................................................................................20
2.4.2. Estructura secundaria:.....................................................................................21
2.4.3. Estructura terciaria ..........................................................................................26
2.4.4. Estructura cuaternaria.....................................................................................27
2.5. Fuerzas Implicadas en la estabilidad de la estructura de las proteínas .......29
2.6. Información a partir de la secuencia de aminoácidos ....................................31
3. MÉTODOS DE SEPARACIÓN Y PURIFICACIÓN DE PROTEÍNAS ...............................32
4. Desnaturalización y plegamiento de proteínas. .....................................................37
4.1. Desnaturalización de Proteínas .........................................................................37
Estabilidad de la estructura proteínica ........................................................................38
4.2. Plegamiento de Proteínas ..................................................................................40
4.2.1 El problema del plegamiento .........................................................................41
4.2.2 El efecto hidrófobo ..........................................................................................43
4.2.3 Puentes de hidrógeno .....................................................................................43
4.3. Chaperonas Moleculares ....................................................................................44
5. Métodos de Análisis de Proteínas en Alimentos .......................................................47
CONCLUSIONES: .................................................................................................................49
CONCLUSIONES DEL PAPER...............................................................................................54
BIBLIOGRAFÍA: ....................................................................................................................55
ANEXOS................................................................................................................................56

3. 3
INTRODUCCIÓN:
En el organismo de los seres vivos encontramos una gran variedad de proteínas
que juegan un papel importante en los sistemas biológicos. La función específica
que cada proteína tiene, depende de su estructura que está determinada por la
secuencia de aminoácidos que la conforman. Los aminoácidos tienen en común la
presencia de un carbono denominado Carbono-α, al que se enlazan: un grupo
amino, carboxilo, un átomo de hidrógeno y una cadena radical que los diferencia.
Por su estructura, éstos monómeros adquieren propiedades peculiares como un
comportamiento ácido-básico y un estado de ionización que se modifica a diferentes
condiciones de pH. Para la síntesis de proteínas, los aminoácidos se unen en
secuencias lineales mediante reacciones de condensación entre un grupo carboxilo
de un aminoácido y con el grupo amino del siguiente, produciendo un enlace
covalente tipo amida denominado enlace peptídico.
Las proteínas constan de diferentes niveles estructurales como: estructura primaria
conformada de una cadena polipeptídica lineal, estructura secundaria unida por
diferentes enlaces covalentes y no covalentes, estructura terciaria y cuaternaria. Las
proteínas más estables son aquellas que poseen mayor número de enlaces débiles.
Las investigaciones a nivel bioquímico requieren la extracción y purificación del
objeto de estudio que, en este caso, son las proteínas por lo cual utilizan diversas
técnicas de separación y purificación como es el método cromatógrafo para
separación de proteínas.
Las proteínas son sintetizadas en los ribosomas luego de un complejo proceso en
el cual el ensamble de los aminoácidos se ejerce durante la traducción del RNA
mensajero (mRNA); el proceso de plegamiento comienza desde la formación de la
estructura secundaria hasta llegar a su forma estable, la cual es la estructura
terciaria. Durante el plegamiento aparecen proteínas asistentes, denominadas
chaperonas, que ejercen la función de control de calidad ya que corrigen el
plegamiento erróneo durante la estructuración proteica.
En la industria alimentaria, para determinar la cantidad de proteína que aporta un
alimento, se ejecutan distintos métodos de ensayo los cuales están fundamentados
en el conocimiento del comportamiento proteico.

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1. Estructura y propiedades de los aminoácidos.
1.1. Aminoácidos
Los aminoácidos son un grupo heterogéneo de moléculas que poseen unas
características estructurales y funcionales comunes. Existen veinte aminoácidos
diferentes especificados en el código genético, aunque hay otros aminoácidos
menos frecuentes que se forman por modificaciones enzimáticas posteriores al
proceso de traducción. En las células, estos veinte aminoácidos se unen mediante
enlaces covalentes formando largas cadenas de combinaciones específicas que
producen un gran número de proteínas diferentes. El tamaño puede ser muy
variado, desde péptidos formados por un número pequeño de aminoácidos hasta
polímeros de una elevadísima masa molecular. La disposiciónlineal concreta de los
aminoácidos de una proteína constituye su secuencia primaria y es esta secuencia
la que va a determinar su estructura tridimensional específica que es fundamental
para que desempeñe su función.
Además de ser las unidades estructurales de las proteínas, existen aminoácidos
que son intermediaros de ciertas rutas metabólicas, como la citrulina y la ornitina en
el metabolismo de la arginina y la prolina. Otros son precursores de muchas
sustancias biológicas que contienen nitrógeno (grupo hemo, nucleótidos,
coenzimas, hormonas, neurotransmisores, etc.). Por ejemplo, las catecolaminas
(adrenalina, noradrenalina y dopamina) se sintetizan a partir de la tirosina, un
aminoácido, en el cerebro y en las glándulas suprarrenales y actúan como
neurotransmisores y como hormonas.
1.2. Estructura general de los aminoácidos.
Los aminoácidos tienen en común la existencia de un átomo de carbono (llamado
carbono α) al que se unen los siguientes grupos funcionales: un grupo carboxilo (—
COOH), un grupo amino (— NH2) y un átomo de hidrógeno. La cuarta valencia del
carbono está unida a un radical o cadena lateral, que sirve para diferenciar los veinte
aminoácidos que constituyen la mayor parte de las proteínas. La única excepción
es la prolina, que posee una estructura cíclica y un grupo amino secundario.

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Los nombres de los veinte aminoácidos se pueden representar mediante un código
de tres letras o utilizando una única letra. Excepto en la Gly, el carbono a tiene
cuatro sustituyentes distintos, por lo que es un centro quiral. Así, los aminoácidos
se pueden presentar orientados en el espacio de dos formas diferentes que son
imágenes especulares no superponibles denominados enantiómeros. Siguiendo la
representación de Fischer, propuesta para los azúcares, los enantiómeros se
designan con las letras D o L, según su analogía con el D o L-gliceraldehído
Los aminoácidos que forman las proteínas sólo pertenecen a las formas del
enantiómero L, aunque se desconoce el motivo por el que se ha elegido esta forma
durante la evolución. Como excepción, existen formas D en algunos péptidos que
forman parte de la composición de las paredes bacterianas. Estas formas D se
forman a partir de las L por la actuación de una enzima (racemasa) que es un
frecuente objetivo farmacológico antibacteriano.
Además del carbono α, algunos aminoácidos presentan carbonos asimétricos en su
cadena lateral, como es el caso de la Thr y la lie.
1.3. Propiedades aminoacídicas.
Como ya se ha mencionado, los aminoácidos presentan un grupo amino con
carácter básico (aceptor de protones) y un grupo carboxilo con carácter ácido (dador
de protones). Como a pH fisiológico los aminoácidos se encuentran en su forma de
ion dipolar, en realidad el carácter ácido lo presenta el grupo amino protonado y el
carácter básico el grupo carboxilo ionizado. Este tipo de sustancias que pueden
actuar como ácidos o como bases se conocen como sustancias anfóteras. Además,
algunos aminoácidos tienen un grupo ácido o básico en su cadena lateral.

6. 6
Para comprender la importancia biológica de este carácter y sus principales
consecuencias vamos a analizar el comportamiento del aminoácido más sencillo, la
Gly, cuando se realiza una curva de titulación. A un pH muy ácido ambos grupos
funcionales se encuentran protonados y la forma dominante es NH3 — CH2—
COOH. Por tanto, esta molécula puede perder dos protones, el del grupo carboxilo
y el del grupo — NH3, que es ahora un ácido conjugado. Cuando va aumentando el
valor del pH (por la adición de un volumen conocido de una base fuerte como el
NaOH) cada vez encontraremos un mayor porcentaje de moléculas que han perdido
el protón del grupo ácido, hasta llegar a un valor en el que la concentración de las
formas NH3 — CH2—COOH y NH3—CH2—COO- sea igual. Si recordamos la
ecuación de Henderson-Hasselbalch, este es el valor en el que pH = pKa. En el
caso de la Gly este valor es de 2,34 para el grupo carboxilo (pK1). Si se sigue
aumentando el pH, llegará un momento en que se empiecen a perder los protones
del grupo —NH3 hasta que se llegue a un valor del pH en el que la concentración
de NH3—CH2—COO- sea igual a la de NH2— CH2 — COO”. Este valor de pH
coincide con el pKa de grupo NH3 (pK3 de 9,6 para la Gly). Entre ambos valores
habrá un valor de pH en el que la forma dominante sea el ión dipolar NH3—CH2—
COO-. Este valor de pH se denomina punto isoeléctrico, ya que la carga neta de la
molécula es cero. En aminoácidos sin cadena lateral ionizable el valor del pl coincide
con la media aritmética de los valores de pKa que afectan a la forma neutra [pl
=1/2(pK1 + pK2)].
1.4. Clasificaciones de aminoácidos según sus cadenas laterales.
La unión covalente de los aminoácidos para formar las proteínas hace que los
grupos funcionales amino y carboxilo de todos los aminoácidos, excepto el primero
y el último, se vean modificados debido a la formación del enlace peptídico. Por este
motivo, en los polipéptidos, la naturaleza química de la cadena lateral de los
aminoácidos es la que va a condicionar su solubilidad en agua, su reactividad y el
tipo de interacciones no covalentes que se pueden establecer.
Las cadenas laterales de los diferentes aminoácidos pueden ser de naturaleza
hidrofóbica (apolar), polar sin carga, o pueden presentar carga a determinados
valores de pH.
 Los aminoácidos estrictamente hidrofóbicos son: Ala, Val, Leu, lie, Pro, Phe,
Trp y Met. Todos tienen cadenas laterales alifáticas, menos la Phe y el Trp
que, por presentar anillos aromáticos en su estructura, tienen la capacidad
de absorber luz ultravioleta a determinadas longitudes de onda (alrededor de
280 nm). La prolina se caracteriza por su estructura cíclica rígida con un
grupo amino secundario que le confiere un papel especial en la formación de
la estructura secundaria. El aminoácido Gly, que tiene un solo hidrógeno
como cadena lateral, se suele incluir en este grupo, aunque tiene unas

7. 7
características especiales. La presencia de azufre permite diferenciar dos
aminoácidos: Met y Cys. La Met es totalmente apolar y es el aminoácido
iniciador de la síntesis de proteínas. La Cys, que posee un grupo sulfhidrilo
muy reactivo, puede incluirse en este grupo ya que su principal característica
es la formación de puentes disulfuro entre dos Cys, un enlace covalente
apolar.
 Los aminoácidos polares sin carga son: Ser, Thr, Tyr, Asn y Gln. Los tres
primeros tienen en común la presencia de un grupo hidroxilo, aunque hay
que destacar el carácter aromático de la Tyr. La Ser es con frecuencia unos
de los aminoácidos fundamentales en la catálisis enzimática, debido a su
actuación como reactivo nucleófilo. Gln y Asn se caracterizan por la
presencia de un grupo amida que les confiere su reactividad.
 Los aminoácidos ionizables a pH fisiológico son: Glu, Asp, Lys, Arg e His.
Los dos primeros poseen un grupo carboxilo que se encuentra ionizado en
su forma aniónica a pH fisiológico (—COO-) y los tres últimos poseen grupos
funcionales con carácter básico por lo que pueden captar protones del medio
adquiriendo carga positiva. Tanto la Lys como la Arg se encuentran ionizadas
a pH fisiológico; y la His, con un grupo imidazol con un pKz de 6, sólo estará
cargada en un cierto porcentaje de moléculas a este pH. Como se estudiará
más adelante, también la Cys y la Tyr pueden encontrarse ionizados en unas
determinadas condiciones de pH, pero no a pH fisiológico.
1.5. Forma Zwitteriónica
Las formas cargada y no cargada de los grupos ácidos débiles —COOH y —NH3+
ionizables que existen en solución en equilibrio protónico:
𝑅 − 𝐶𝑂𝑂𝐻 ↔ 𝑅 − 𝐶𝑂𝑂−
+ 𝐻+
𝑅 − 𝑁𝐻3
+
↔ 𝑅 − 𝑁𝐻2 + 𝐻+
Si bien tanto el R—COOH como el R—NH3+ son ácidos débiles, R—COOH es un
ácido mucho más fuerte que R—NH3+. A pH fisiológico (pH de 7.4), los grupos
carboxilo existen casi por completo como R—COO– y los grupos amino de manera
predominante como R—NH3+.
Las moléculas que contienen un igual número de grupos ionizables de carga
opuesta y que, por ende, no portan carga neta, reciben el nombre de zwitteriones.
De este modo, los aminoácidos en sangre y casi todos los tejidos deben
representarse como en A, a continuación.

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La estructura B no puede existir en solución acuosa, porque a cualquier pH lo
bastante bajo como para protonar el grupo carboxilo, también estaría protonado el
grupo amino. De modo similar, a cualquier pH suficientemente alto como para que
predomine un grupo amino no cargado, un grupo carboxilo estará presente como
R—COO–. Sin embargo, la representación B no cargada a menudo se usa para
reacciones que no comprenden equilibrios protónicos.
Los zwitteriones son un ejemplo de una especie isoeléctrica, la forma de una
molécula que tiene un número igual de cargas positivas y negativas y, así, es neutral
desde el punto de vista eléctrico. El pH isoeléctrico, también llamado pI, es el pH a
la mitad entre valores de pKa para las ionizaciones a ambos lados de las especies
isoeléctricas.
1.6. Estereoisomería de aminoácidos.
Todos los aminoácidos excepto la glicina tienen el carbono alfa asimétrico, lo que
les confiere actividad óptica; esto es, sus disoluciones desvían el plano de
polarización cuando un rayo de luz polarizada las atraviesa. Si el desvío del plano
de polarización es hacia la derecha (en sentido horario), el compuesto se denomina
dextrógiro, mientras que si se desvía a la izquierda (sentido antihorario) se
denomina levógiro. Un aminoácido puede en principio existir en sus dos formas
enantioméricas (una dextrógira y otra levógira), pero en la naturaleza lo habitual es
encontrar sólo una de ellas.

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Estructuralmente, las dos posibles formas enantioméricas de cada aminoácido se
denominan configuración D o L dependiendo de la orientación relativa en el espacio
de los 4 grupos distintos unidos al carbono alfa. El hecho de que sea dextrógiro no
quiere decir que tenga configuración D. Los dos estereoisómeros de la alanina, la
L- y la D-alanina, son imágenes especulares no superponibles entre sí
(enantiómeros).
Los enlaces con forma de cuña se proyectan fuera del plano del papel; los enlaces
a trazos lo hacen por detrás. Se supone que los enlaces horizontales se proyectan
fuera del plano del papel, los enlaces verticales por detrás. No obstante, se utilizan
a menudo las fórmulas de proyección de una forma descuidada sin pretender
representar una configuración estereoquímica específica.
Asimetría Molecular: moléculas quirales y aquérales.
Cuando un átomo de carbono tiene cuatro sustituyentes diferentes (A, B, X, Y),
éstos pueden disponerse de dos maneras diferentes, que dan lugar a dos moléculas
no superponibles, siendo cada una de ellas la imagen especular de la otra
(enantiómeros). Estos átomos de carbono son asimétricos y se denominan átomos
quirales o centros quirales.
b) Cuando alrededor del átomo de carbono tetraédrico se disponen únicamente tres
sustituyentes diferentes (es decir, hay dos sustituyentes iguales), solamente es
posible una configuración espacial y la molécula es simétrica o aquiral.
En este caso la molécula puede súper imponerse a su imagen especular: aquí, la
molécula de la izquierda, rotando en sentido contrario a las agujas del reloj (cuando
se mira hacia abajo por el eje vertical que une A y C), da lugar a la molécula del
espejo.

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Relación estérica de los estereoisómeros de la alanina
con la configuración absoluta del L- y D-gliceraldehído.
En estas fórmulas de perspectiva, los carbonos
están alineados verticalmente con el átomo quiral
en el centro. Los carbonos de estas moléculas
están numerados empezando con los carbonos
aldehído o carboxilo en el extremo (en rojo), 1 a
3 de arriba abajo tal como se muestra.
Cuando se presentan de esta forma, el grupo R del aminoácido (en este caso el
grupo metilo de la alanina) está siempre debajo del carbono alfa. Los L-aminoácidos
son los que tienen el grupo alfa-amino a la izquierda y los D-aminoácidos los que
tienen el grupo alfa-amino a la derecha.
1.7. Aminoácidos no estándar.
Además de los veinte aminoácidos determinados por el código genético, existen
otros aminoácidos que sufren modificaciones después de estar incorporados en la
cadena polipeptídica. Estos aminoácidos “no estándares” a veces tienen un papel
biológico importante. En la molécula de colágeno existen dos de estos aminoácidos:
la 4 hidroxiprolina y la 5-hidroxilisina. En ambos casos la modificación consiste en
la adición de un grupo hidroxilo y cada reacción está catalizada por una enzima
específica. Existen cambios más complejos como la formación de desmosina en la
elastina a partir de cuatro residuos de Lys. Algunos aminoácidos de las proteínas
que forman complejos con los ácidos nucleicos también están modificados. Las
proteínas de los cromosomas, las histonas, pueden tener grupos metilo, acetilo o
fosfato específicos. El ácido y-carboxiglutámico, producido por una modificación
postraduccional dependiente de vitamina K, se encuentra en la protrombina, una de
las proteínas que intervienen en la coagulación de la sangre, y en otros factores de
coagulación. Con dos grupos carboxilo, tiene una gran capacidad para fijar cationes
Ca2+

11. 11
Por ejemplo, algunos residuos de prolina en la proteína colágena se oxidan y forman
residuos de hidroxiprolina. Otra modificación común es la adición de cadenas
complejas de carbohidratos, proceso llamado glicosilación. Muchas proteínas se
fosforilan por adición de grupos fosforilo a las cadenas laterales de serina, treonina
o tirosina. La oxidación de pares de residuos de cisteína para formar cistina también
sucede después que se sintetiza un polipéptido. En las bacterias, el primer
aminoácido en una proteína suele ser metionina, que se modifica por adición de un
grupo formilo para formar N-formilmetionina.
1.8. Propiedades ácido-básicas y curvas de valoración.
Los aminoácidos presentan características que se deben fundamentalmente a su
naturaleza iónica anfotérica ácido-base. La palabra anfótero proviene del griego
anfi, que significa ambos, por lo que a estos compuestos también se les conoce
como sustancias anfifílicas, anfolitos o electrolitos anfóteros.
Su estructura iónica se confirma por sus puntos de fusión o de descomposición que
son relativamente elevados (200ºC) o por su solubilidad en agua, que es mayor que
en disolventes polares, ambas propiedades típicas de sustancias estabilizadas por
fuerzas de atracción entre grupos de carga opuesta, como ocurre con los cristales
de sales, por ejemplo, el NaCl. Además, tienen constantes dieléctricas elevadas, y
sus valores de momento dipolo son altos debido a la presencia de funciones
negativas y positivas dentro de una misma molécula.
Su carácter anfotérico les confiere la capacidad de recibir y de donar electrones y
alcanzar un punto isoeléctrico (pI) cuando presentan el mismo número de cargas
positivas y negativas, por lo que su carga neta es cero. Los aminoácidos pueden
tener, por lo tanto, tres estados que dependen del pH: a pH, pI se encuentran en
forma protonada o catiónica; en el pI su carga es cero, y a pH . pI adquieren una
carga negativa o aniónica. Es decir, no existe un pH en el cual estos anfolitos estén
completamente ausentes de cargas eléctricas, ya que las presentan aun en el pI.
En cualquiera de estos tres estados pueden ejercer fuerzas electrostáticas. El
cuadro 3.1 muestra los valores del punto isoeléctrico de los aminoácidos.

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La ionización de los aminoácidos es similar a la de cualquier otra molécula, y por lo
tanto sigue la ecuación de Henderson-Hasselbalch:
𝑝𝐻 = 𝑝𝐾 + log
𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎 𝑛𝑜 𝑝𝑟𝑜𝑡𝑜𝑛𝑎𝑑𝑎 (𝑏𝑎𝑠𝑒)
𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑡𝑜𝑛𝑎𝑑𝑎 (á𝑐𝑖𝑑𝑜)
Donde pK, por definición, es el logaritmo negativo de la constante de disociación(K)
del grupo ionizable:
𝐴𝑚𝑖𝑛𝑜á𝑐𝑖𝑑𝑜 ↔ 𝑏𝑎𝑠𝑒−
+ 𝐻+
; 𝐾 =
[ 𝑏𝑎𝑠𝑒−][ 𝐻+]
𝑎𝑚𝑖𝑛𝑜á𝑐𝑖𝑑𝑜
Por ejemplo, el pK del carboxilo de la glicina es de 2.34, ya que a valores de pH
menores de 2.34 este grupo se encuentra protonado como COOH, y que a pH
mayores se encuentra como COO2. El pK del amino es de 9.78, ya que, a pH, pK
toma la forma NH3+ y a pH. pK, aparece como NH2.
Además de los carboxilos y los aminos, otros grupos también ejercen una influencia
en el comportamiento ácido-base de los aminoácidos: el imidazol de la histidina, el
e-amino de la lisina, el b-carboxilo del ácido aspártico, el sulfhidrilo de la cisteína, el
g-carboxilo del ácido glutámico, el guanidino de la arginina y el hidroxilo fenólico de
la tirosina. El punto isoeléctrico de los compuestos que contienen sólo dos grupos
ionizables, un carboxilo y un amino, se puede calcular a partir de sus respectivos
valores de pK.
La curva de valoración de la alanina, en la que se aprecia fácilmente el pI y los pK
de los grupos carboxilo y amino al igual que sus formas aniónica y catiónica, en un
intervalo de pH de 1 a 13. En este caso, la curva es muy sencilla debido a que se
trata de un aminoácido con una estructura química simple. Ésta cambia
considerablemente en aminoácidos más complejos, como los aromáticos, los ácidos
o los básicos. La valoración de los péptidos y de las proteínas resulta aún más difícil
debido al gran número de aminoácidos ionizables que contienen, los que además
pueden interaccionar con diferentes iones, o estar “enterrados” en el interior de la
molécula y no estar disponibles para la valoración.
𝑝𝐼 =
𝑝𝐾𝑎𝑚𝑖𝑛𝑜 + 𝑝𝐾á𝑐𝑖𝑑𝑜
2

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2. Funciones biológicas y estructura de las proteínas.
La conformación asumida por las proteínas nativas comprende diferentes tipos
dentro de su molécula, que definen sus propiedades inmunológicas, enzimáticas u
hormonales. Una pérdida de conformación modifica estas propiedades, como puede
suceder con la actividad biológica de las enzimas, que se basa en su conformación
tridimensional, estabilizada por un delicado balance fisicoquímico en su molécula,
sensible a cambios en su entorno, como se ilustra en la figura 3.21 con la
termodesnaturalización de la ribonucleasa que no involucra la destrucción de los
enlaces S-S.
Los cuatro niveles de estructuración están estabilizados por los diferentes tipos de
uniones químicas.Los enlaces covalentes son los responsables del enlace
peptídico, son de menor longitud y los de mayor energía. Los puentes salinos o
iónicos, también llamados interacciones electrostáticas, se crean por atracción
coulómbica entre grupos cargados con signo opuesto, y son las uniones polares
más fuertes que existen. Los puentes de hidrógeno aun siendo más débiles
desempeñan un papel primordial en la conformación 3D de una proteína por su
abundancia. Las fuerzas atractivas de Van der Waals se establecen por la inducción
de un momento dipolo entre grupos eléctricamente apolares.

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En el cuadro 3.6 se puede observar que de las uniones covalentes el enlace
peptídico C-N es el más fuerte, comparado con el enlace disulfuro S-S que requiere
de menor energía para su hidrólisis.
Este último puede romperse sin causar necesariamente una pérdida de la
conformación del polímero, y por lo tanto, de su funcionalidad.
2.1. Funciones biológicas
- Función de transporte
Se encuentran en la sangre y su función consiste en transportar moléculas
específicas de un órgano a otro. Por ejemplo, la hemoglobina, presente en los
glóbulos rojos, se combina con el oxígeno cuando la sangre pasa a través de
los pulmones, y lo transporta a los tejidos periféricos. Una enfermedad genética, la
talasemia, está causada por un defecto genético en la estructura de esta proteína.
Las lipoproteínas, por su parte, transportan los lípidos ingeridos con la dieta desde
el hígado hasta otros órganos por medio de la sangre.

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- Función de reserva
La ovoalbúmina se encuentra en la albúmina de los huevos y sirve para el
desarrollo del embrión de las aves, mientras que la caseína está presente en la
leche (3% de su peso) y tiene un gran valor nutritivo para los mamíferos.
- Función de movimiento
La actina y la miosina son proteínas filamentosas que se hallan en las células
musculares esqueléticas permitiendo su contracción y con ello el movimiento.
- Función estructural
Existen muchas proteínas que sirven de soporte a la estructura de los organismos.
El colágeno, por ejemplo, es una proteína con una gran capacidad elástica,
presente en tejidos tales como los tendones, los cartílagos y la dermis. Otra
proteína estructural es la elastina, que se encuentra en los ligamentos. Las plumas
de las aves, las uñas, las pezuñas y los cabellos están constituidos en su mayor
parte por queratina, una proteína muy resistente e insoluble en agua.
- Función de defensa
Existe una categoría de proteínas cuya función consiste en proteger el organismo
de daños eventuales. Los linfocitos de los vertebrados producen anticuerpos,
proteínas altamente especializadas, capaces de reconocer y destruir los agentes
patógenos externos, tales como virus y bacterias.
El fibrinógeno y la trombina son, en cambio, proteínas que regulan la coagulación
e impiden una copiosa pérdida de sangre cuando se lesiona el sistema vascular.
También las proteínas tóxicas, como la bungarotoxina del veneno de cobra, tienen
una función defensiva.
- Función reguladora
Regulan la actividad de las células e incluyen varias hormonas, como la insulina,
que regula el metabolismo de la glucosa y cuyo déficit provoca la diabetes, o la
hormona del crecimiento, que estimula el alargamiento de los huesos.
- Función enzimática
Son proteínas de muy distintos tipos, cuya función consiste en acelerar (catalizar)
las reacciones químicas que tienen lugar en la célula. Se conocen más de dos mil
enzimas, cada una de las cuales es capaz de catalizar una reacción distinta. Sin
las enzimas, las reacciones se producirían igualmente, pero en tiempos
excesivamente largos, incompatibles con la vida celular: de hecho, la pérdida de
una enzima que regula una función importante de la actividad de la célula produce
la muerte de ésta. Hay enzimas que catalizan la síntesis de las proteínas (las
sintetasas) y otras que causan su degradación (proteasas).

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2.2. Enlace peptídico.
Los análisis de difracción de rayos X de las proteínas han demostrado que el enlace
peptídico tiene un carácter parcial de doble ligadura por la resonancia entre los
átomos O-C-N. Siendo el enlace C-N de las proteínas más corto que el de otros
compuestos orgánicos e inorgánicos semejantes, que además provoca que la unión
peptídica no pueda rotar libremente, lo que limita su libertad de movimiento en la
cadena polipeptídica.
De hecho, los átomos O, C, N, H son casi coplanares. El enlace peptídico puede
considerarse un híbrido de resonancia de dos formas
El grupo de átomos alrededor del enlace peptídico puede darse en dos
configuraciones posibles, trans y cis. Normalmente son de la configuración trans, ya
que la cis es poco estable, sobre todo cuando se trata de aminoácidos con R
voluminosos.

17. 17
La cadena polipeptídica en cada residuo tiene un potente donador para formar
puentes de hidrógeno: (–NH–) y un importante aceptor de H: (–CO–), crucial para
la estructuración tridimensional de las proteínas. Los otros enlaces de la cadena C–
C y C–N son normales. La cadena no es muy reactiva, excepto por su amino y
carboxilo terminales.
Los seis átomos del enlace peptídico son coplanares, es decir, se localizan en un
solo plano que le da rigidez y estabilidad a la estructura debido a la resonancia y
limita las posibilidades de rotación o de flexión, por lo tanto, el número de formas
estructurales que pueden adquirirse es reducido. Dichas restricciones son aún más
notorias cuando los grupos R de las cadenas laterales presentan impedimentos
estéricos. Por todo lo anterior, se concluyó que, para obtener una mayor estabilidad,
los polipéptidos requieren coplanaridad de los seis átomos que integran el enlace
peptídico y para inducir una máxima interacción por puentes de hidrógeno entre
ellos se requiere colinearidad. La formación de un enlace peptídico en un entorno
acuoso no está favorecida termodinámicamente, ya que el cambio de energía libre
de esta reacción a temperatura ambiente en solución acuosa es de
aproximadamente 110kJ/mol. En realidad la reacción favorecida en estas
condiciones es la hidrólisis del enlace peptídico.
El equilibrio se encuentra muy desplazado hacia la derecha, sin embargo, la
reacción sin catalizar es sumamente lenta. Como los polinucleótidos, los
polipéptidos son metaestables, sólo se hidrolizan rápidamente cuando están
presentes catalizadores.

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La hidrólisis peptídica puede catalizarse de distintas maneras. Un método general,
que fragmenta todos los enlaces peptídicos, consiste en calentar la proteína en un
ácido mineral fuerte (normalmente HCl 6 M). Se logra una hidrólisis más específica
mediante enzimas proteolíticas o proteasas. Mu chas de estas enzimas son
específicas con relación a los enlaces que fragmentan; algunas se secretan al tracto
digestivo de los animales, donde fragmentan las proteínas para su posterior
digestión; otras, como la papaína, se encuentran en algunos tejidos vegetales. La
existencia de un conjunto de tales enzimas, con sitios de corte específico, es útil en
bioquímica debido a que permite la fragmentación de polipéptidos de un modo bien
definido. Una reacción no enzimática que rompe un enlace peptídico específico
utiliza el reactivo bromuro de cianógeno (BrC{N) que rompe específicamente el
enlace peptídico en el lado del carboxilo de los residuos de Met:
2.3. Péptidos y proteínas.
Los aminoácidos se unen covalentemente formando un enlace amida entre los
grupos a-amino y a-carboxilo. Este enlace suele denominarse enlace peptídico, y
los productos que se forman a partir de esta unión se llaman péptidos. Para la unión
de dos aminoácidos, por ejemplo, Gly más Ala, el producto es un dipéptido
denominado glicil-alanina. La reacción puede considerarse una simple eliminación
de una molécula de agua entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino
del otro. En la unión anterior se deja aún un grupo –H3N1 disponible en un extremo
del dipéptido, y un grupo –COO2 sin reaccionar en el otro. En consecuencia, la
reacción podría continuar añadiendo, por ejemplo, Glu a un extremo y Lys al otro
para producir un tetrapéptido.

19. 19
Cada vez que se añade un aminoácido a la cadena debe eliminarse una molécula
de agua. La porción de cada aminoácido que permanece en la cadena se denomina
residuo de aminoácido como se mencionó en secciones anteriores. Colectivamente,
las cadenas que contienen pocos residuos de aminoácidos se denominan
oligopéptidos y una cadena más larga, se denomina polipéptido. La mayoría de los
oligopéptidos y los polipéptidos conservan un grupo amino que no ha reaccionado
en un extremo (amino terminal o N-terminal) y un grupo carboxilo sin reaccionar en
el otro extremo (carboxilo terminal o C-terminal). Las excepciones son algunos
oligopéptidos cíclicos pequeños, en los que se han unido los N-terminales y los C-
terminales. Además, muchas proteínas tienen los N-terminales bloqueados por
grupos N-formil o N-acetil, y unos pocos tienen los carboxilos C-terminales que se
han modificado a amidas. La secuencia de un oligopéptido o polipéptido se escribe
mediante las abreviaturas de los aminoácidos, de tres letras o una letra,
convencionalmente con N-terminal a la izquierda y C-terminal a la derecha.
Ejemplos de péptidos en alimentos.
Varios péptidos tienen funciones biológicas importantes: la anserina (b-alanil-1-
metil-L-histidina) y la carnosina (b-alanil-L-histidina) se encuentran en alta
concentración en diferentes tejidos animales con funciones de amortiguador de pH.
En el pescado es más abundante la anserina en tanto que la carnosina abunda en
el músculo de mamíferos, por lo que en un tiempo se utilizó el análisis por HPLC de
estos dipéptidos para determinar el tipo de carne utilizada en un alimento.
Otro péptido es el glutatión (g-glutamilcisteíl-glicina) (figura 3.11) integrado por un
residuo de ácido glutámico, cuyo carboxilo g, en lugar del a de los enlaces
peptídicos normales, se une a la cisteína y ésta a su vez a la glicina. Se encuentra
en papas, frutos cítricos, uvas y en sangre; permite la desintoxicación de muchas
sustancias a través de la enzima glutation-S-transferasa, y se adiciona a los
derivados cárnicos que serán curados ya que desempeña un papel muy importante
en la transformación de los nitritos en nitrosomioglobina característica del color de
los embutidos curados. Su degradacióntérmica produce compuestos que recuerdan
el aroma de la carne, por lo que además se ha empleado como saborizante en
aplicaciones cárnicas.
Desde luego existen muchos más péptidos en la naturaleza, algunos cumplen la
función biológica de hormona, como es el caso de la oxitocina y la vasopresina.

20. 20
2.4. Niveles de organización estructural de las proteínas
La estructura de las proteínas puede jerarquizarse en una serie de niveles,
interdependientes. Estos niveles corresponden a:
 Estructura primaria, que corresponde a la secuencia de aminoácidos.
 Estructura secundaria, que provoca la aparición de motivos estructurales.
 Estructura terciaria, que define la estructura de las proteínas compuestas por
un sólo polipéptido.
 Estructura cuaternaria, si interviene más de un polipéptido.
2.4.1. Estructura primaria:
Por estructura primaria de una proteína se entiende la secuencia lineal en que los
aminoácidos que la componen se unen de forma covalente, a través de enlaces
amida, conocidos también como enlaces peptídicos. El enlace peptídico es el fruto
de la condensación del grupo alfa-carboxílico del aminoácido i y el grupo amina del
aminoácido i + 1, con eliminación de una molécula de agua. En esta secuencia
lineal, todos los restos de aminoácido se encuentran en la configuración L.
Una proteína con n restos de aminoácidos contiene n-1 enlaces peptídicos. Al
extremo en el que se encuentra el grupo a-amina libre se le conoce como N-terminal
y a aquel que tiene el grupo a-COOH libre se le conoce como e-terminal. Por
convención, N representa el comienzo y C el fin de la cadena polipeptídica.
La longitud de la cadena (n) y la secuencia en que los n restos se unen, determina
las propiedades físico-químicas, estructurales, biológicas y funcionales de una
proteína. La secuencia aminoacídica codifica las estructuras secundaria y terciaria
y determina la funcionalidad biológica de las proteínas. La masa molecular de las
proteínas oscila entre unos pocos miles de daltons y más de un millón. Por ejemplo,
la litina (una proteína constituida por una sola cadena polipeptídica, que se
encuentra en el músculo) tiene una masa molecular relativa de más de 1 millón,
mientras que la de la secretina es de alrededor de 2.300. Muchas proteínas tienen
masas moleculares entre 20.000 y 100.000 daltons.

21. 21
2.4.2. Estructura secundaria:
Se refiere al ordenamiento regular y periódico de las proteínas en el espacio, a lo
largo de su eje, y que se estabiliza por diversas fuerzas, de las cuales las
electrostáticas, los puentes de hidrógeno, las interacciones hidrofóbicas y las dipolo-
dipolo son las más importantes.
La gran mayoría de estos polímeros produce a hélices en las que una vuelta
completa consta de 3.6 aminoácidos, y sus cadenas laterales R quedan orientadas
perpendicularmente hacia el exterior del eje central, presentan el menor grado de
energía libre y es la forma más estable de estructura secundaria. Esta conformación
helicoidal puede producirse con los isómeros L o D y además con un enrollamiento
hacia la derecha o hacia la izquierda. Sin embargo, todas las proteínas nativas sólo
contienen L-aminoácidos y son dextro hélices. En este tipo de estructura los
carbonilos y los iminos de los enlaces peptídicos establecen puentes de hidrógeno
intramoleculares entre las vueltas consecutivas de la cadena. Estas interacciones
suceden cada 3.6 residuos y se efectúan entre el hidrógeno (N-H) de un enlace
peptídico y el oxígeno carbonílico (C=O) del tercer aminoácido que le sigue. Los
puentes de hidrógeno son paralelos al eje de la hélice y debido a su gran número,
contribuyen de manera importante a la estabilización de la estructura, a pesar que
en forma individual su energía es muy baja.
En especìfico las longitudes de un giro y de la longitud ocupada por un aminoácido.
Cuantas más interacciones de esta naturaleza existan, más estable es la estructura
y trae como consecuencia que esos grupos hidrófilos no estén disponibles para
reaccionar con las moléculas de agua, haciendo que el polímero sea poco soluble

22. 22
en este disolvente. La presencia de Ala, Leu, Phe, Tyr, Trp, Cys, Met, His, Asn, Glu
y Val favorece las hélices, mientras que la Pro y la hidroxi Pro, las evitan, al igual
que la Ser, Thr, Lys, Ile y los ácidos Glu y Asp.
Otro tipo de estructura secundaria es la conformación b que se presenta en las
queratinas y en otras proteínas clasificadas como fibrosas, como el pelo de los
mamíferos y la seda.
En esta conformación el polipéptido adopta una conformación en zigzag extendida,
de tal manera que pueden existir varias moléculas alineadas paralela o
antiparalelamente, con lo que producen láminas plegadas unidas transversalmente
por puentes de hidrógeno intermoleculares. Todos los residuos presentan una
rotación de 180° respecto al precedente, con lo que cada cadena se convierte en
una hélice n52. Si las cadenas también están plegadas como en un acordeón,
pueden producirse puentes de hidrógeno lineales entre cadenas adyacentes. Las
cadenas polipeptídicas paralelas se desarrollan en la misma dirección del N terminal
a C terminal, mientras que en las antiparalelas se extienden en direcciones
opuestas. Todas las uniones peptídicas contribuyen a la estabilización y cadenas
laterales R se localizan por encima y por debajo de los planos de la lámina plegada.
La secuencia de aminoácidos de cada una de estas proteínas favorece un tipo
concreto de estructura secundaria, que a su vez confiere un conjunto concreto de
propiedades mecánicas adecuadas a su función y aplicaciones.
Un tercer tipo de estructura secundaria se encuentra en las hélices de la colágena,
proteína fibrosa del tejido conectivo que le confiere una alta rigidez y resistencia a
la piel, los cartílagos. Debido a su elevado contenido de prolina y de hidroxiprolina,
no desarrolla una a-hélice, sino una conformación que consiste en una triple hélice

23. 23
de cadenas polipeptídicas que se mantienen unidas por puentes de hidrógeno
intermoleculares.
Finalmente, cuando no existen restricciones para que la proteína rote libremente,
como son los puentes de hidrógeno, ésta adquiere varias conformaciones al azar,
que sólo están controladas por el pH, la temperatura, la fuerza iónica, los sólidos
solubles y la constante dieléctrica del disolvente. Existen así mismo zonas de las
proteínas que no contienen una forma estructurada y se describen como zonas
aperiódicas.
Hélices Alfa
Es el segundo nivel de organización proteica en el cual el esqueleto peptídico esta
enrollado, como una estructura en espiral, alrededor de un eje
imaginario (organización helicoidal de la cadena peptídica)
Características estructurales del alfa-hélice:
 Hay 3.6 aminoácidos en cada vuelta de la
hélice.
 Todos los enlaces peptídicos son planares y
trans.
 Los grupos N-H de todos los enlaces peptídicos
apuntan en la misma dirección, la cual es
aproximadamente paralela al eje de la hélice
 Los grupos C=O de todos los enlaces
peptídicos apuntan en la dirección opuesta a la
de los grupos NH, también casi paralela al eje
de la hélice.
 El grupo C=O de cada enlace peptídico está
unido por enlace de hidrogeno al grupo N-H del
enlace peptídico que se encuentra separado de
el por cuatro amino ácidos.
 Todos los grupos R se encuentran dispuestos
hacia afuera de la hélice.
Hoja Plegada Beta (lámina beta)
Esta estructura secundaria se define como el nivel secundario de organización de
las proteínas en el cual el esqueleto de la cadena peptídica (Beta hebras) se
extiende en un arreglo en zigzag similar a una serie de pliegues, con los enlaces
peptídicos organizados en planos de inclinación alterna (alternando planos

24. 24
descendentes y planos ascendentes). La hoja plegada beta puede formarse entre
dos cadenas peptídicas o entre diferentes segmentos de una misma cadena
peptídica.
Características de la Hoja plegada (lámina beta):
• Cada enlace peptídico es planar y tiene configuración trans.
• Los grupos C=O y N-H de los enlaces peptídicos de cadenas adyacentes (o
de segmentos adyacentes de una misma cadena) están en el mismo plano
apuntando uno hacia el otro, de tal forma que se hace posible el enlace de
hidrogeno entre ellos.
• Los puentes de hidrogeno son más o menos perpendiculares al eje principal
de la estructura en hoja plegada.
• Todos los grupos R en cada una de las cadenas alternan, primero arriba del
eje de la lámina, después abajo del mismo, y así sucesivamente.
Hay dos clases de estructura beta en hoja plegada:
Antiparalela: se forma cuando las dos cadenas polipeptídicas corren en dirección
opuesta (una corre del grupo amino al carboxilo y la otra del carboxilo al amino).
Paralela: Si las cadenas polipeptídicas adyacentes corren en la misma dirección.

25. 25
Usualmente los segmentos de polipéptidos que muestran conformación Beta se
denominan, individualmente, Beta-hebras, y se representan por una flecha que
apunta en la dirección en la cual la hebra corre (del grupo amino al grupo carboxilo).
En las proteínas pueden encontrarse ambos tipos de hojas plegadas, pero la
estructura antiparalela es más estable ya que se encuentran en el mismo plano
apuntando uno hacia el otro, de tal forma que se hace posible el enlace de hidrogeno
entre ellos.
El contenido de conformación beta en las proteínas es muy variable: la mioglobina,
por ejemplo, no presenta este tipo de estructura secundaria, mientras que el 45 %
del amino ácido de la quimotripsina forman parte de una conformación beta.
Beta giro, giro inverso, vueltas inversas o beta-vueltas
Este es el nivel secundario de la organización proteica que permite el cambio de
dirección de la cadena peptídica, necesario para que la proteína adopte una
estructura más compacta.
Estas estructuras incluyen generalmente 5 residuos de aminoácidos o menos, y se
asocian a la superficie proteica, ya que son estructuras hidrofilias. Debido a
consideración termodinámica, en el medio acuoso celular o sanguíneo los
aminoácidos hidrofóbicos tienden a esconderse en el interior de la proteína,
exponiéndose en los pliegues los aminoácidos más hidrofílicos, los cuales
interactúan con el ambiente acuoso. Como resultado, estos giros beta permiten la
compactación de la proteína.
Observe en la siguiente imagen como las estructuras en alfa-hélice y
conformaciones beta (las hebras beta están representadas como flechas), están
conectadas a través de dobleces y giros beta que compactan a la proteína:

26. 26
2.4.3. Estructura terciaria
Por estructura terciaria se entiende la disposición espacial lograda cuando una
cadena polipeptídica lineal, con segmentos provistos de diversas estructuras
secundarias, se pliega sobre sí misma para adquirir una forma tridimensional
compacta.
La adquisición por parte de una proteína (inicialmente provista de una configuración
lineal) de una determinada estructura terciaria es un proceso complejo.
A nivel molecular, los detalles estructurales de una proteína están justificados por
su secuencia aminoacídica. Desde un punto de vista energético, la formación de las
estructuras terciarías supone la optimización de diversas interacciones
(hidrofóbicas, electrostáticas y de van der Waals) y enlaces de hidrógeno entre
diversos grupos de la proteína, de manera que se reduzca al valor mínimo posible
la energía libre de la molécula. El aspecto más importante de la reorganización
geométrica, para la reducción de la energía libre durante la adquisición de la
estructura terciaria, es la nueva ubicación de la mayoría de los restos hidrófobos en
el interior de la estructura y la de la mayor parte de los restos hidrófilos,
especialmente los cargados, en la interfase proteína-agua. Aunque todos los restos
hidrófobos tienden siempre a enterrarse en el interior de la proteína, es frecuente
que sólo se logre enterrarlos parcialmente.
De hecho, en la mayor parte de las proteínas globulares, aproximadamente el 40-
50% de la superficie accesible al agua está ocupada por restos apolares. Es
inevitable, además, que algunos grupos polares se encuentren situados en el
interior de la proteína; sin embargo, estos grupos polares enterrados están siempre
unidos por puentes de hidrógeno a otros grupos polares, de modo que sus energías
libres queden minimizadas en el ambiente apolar del interior de la proteína.
El plegamiento de las proteínas para formar a partir de una estructura lineal una
estructura terciaria plegada supone la reducción del área interfacial. El área

27. 27
inteifacial accesible de una proteína se define como la totalidad del área interfacial
del espacio tridimensional ocupado por la proteína, que es determinado haciendo
imaginariamente rodar una molécula esférica de agua, de radio 1,4 Á, sobre la
superficie de la molécula proteica.
En las estructuras terciarias de diversas proteínas constituidas por una sola cadena
polipeptídica se distinguen dominios. Los dominios se definen como regiones de la
secuencia polipeptídica que adoptan formas terciarias independientes. Se trata, en
definitiva, de miniproteínas que son parte de una sola molécula proteica. La
estabilidad estructural de cada dominio es básicamente independiente de la de los
otros. En la mayor parte de las proteínas constituidas por una sola cadena
polipeptídica, los dominios se pliegan independientemente e interaccionan luego
confiriendo a la molécula proteica una determinada estructura terciaria.
2.4.4. Estructura cuaternaria
El término estructura cuaternaria hace referencia a la disposiciónespacial adoptada
por una proteína que contiene más de una cadena polipeptídica. Numerosas
proteínas biológicamente importantes son dímeros, trímeros, tetrámeros, etc.
Cualquiera de estos complejos cuaternarios (también denominados oligómeros)
puede estar formado por subunidades (monómeros) idénticas (homogéneas) o
distintas (heterogéneas). Por ejemplo, la P-lactoglobulina se presenta como un
dímero en el rango de pH 5-8, como un octómero en el intervalo de pH 3-5 y como
un monómero a pH superior a 8; las unidades monoméricas de estos complejos son
idénticas. Por el contrario, la hemoglobina es un tetrámero, formado por dos
cadenas polipeptídicas distintas, cadenas a y cadenas p. La formación de las
estructuras oligoméricas es debida a interacciones específicas proteína-proteína.
Se trata fundamentalmente de interacciones no covalentes, como puentes de
hidrógeno, interacciones hidrófobas e interacciones electrostáticas. La riqueza en
aminoácidos hidrófobos parece influir en la tendencia a la formación de proteínas
oligoméricas. Las proteínas que contienen más de un 30% de aminoácidos
hidrófobos ofrecen mayor tendencia a formar estructuras oligoméricas que las más
pobres en restos aminoacídicos hidrófobos.
La formación de una estructura cuaternaria es impulsada, fundamentalmente, por la
exigencia termodinámica de enterrar las superficies hidrófobas expuestas de las
subunidades.
Cuando el contenido en aminoácidos hidrófobos de una proteína supera el 30%, es
físicamente imposible formar una estructura que entierre todos los restos apolares.
Por consiguiente, es muy probable que queden zonas hidrófobas en la superficie; la
interacción a través de estas zonas hidrófobas entre monómeros adyacentes puede
dar lugar a la formación de dímeros, trímeros, etc.

28. 28
Muchas proteínas alimentarias, especialmente las de los cereales, se presentan
como oligómeros de diferentes polipéptidos. Como era de esperar, estas proteínas
suelen contener más de un 35% de restos aminoacídicos hidrófobos (Ile, Leu, Trp,
Tyr, Val, Phe y Pro).
Además, contienen 6-12% de prolina. Por ello, las proteínas de los cereales forman
complejas estructuras oligoméricas. Las principales proteínas de reserva de la soja,
la
P-conglicinina y la glicinina, contienen alrededor de un 41 y un 39%,
respectivamente, de restos aminoacídicos hidrófobos. La P-conglicinina es un
trímero, formado por tres subunidades distintas, y exhibe un comportamiento de
asociación-disociación complejo; el equilibrio es función de la fuerza iónica y el pH.
La glicinina está compuesta por 12 subunidades,
6 de las cuales son ácidas y el resto básicas. Cada subunidad básica está unida a
una subunidad ácida, vía un puente disulfuro. Los seis pares de unidades ácidas-
básicas se unen para formar el oligómero, a través de interacciones no covalentes.
La glicinina exhibe también un comportamiento de asociación-disociacióncomplejo,
gobernado por la fuerza iónica.

29. 29
2.5. Fuerzas Implicadas en la estabilidad de la estructura de las
proteínas
El proceso de plegamiento por el cual una cadena polipeptídica provista de una
estructura al azar adquiere su singular estructura tridimensional es complejo. Como
ya se dijo, las bases de la conformación nativa están codificadas en la secuencia
aminoacídica de la proteína.
En la década de 1960, Anfinsen y colaboradores demostraron que, si la
ribonucleasa desnaturalizada se colocaba en una solución tampón fisiológica,
reasumía su conformación nativa y recuperaba casi el 100% de su actividad
biológica. Posteriormente, se ha demostrado que la mayoría de las enzimas tienen
un comportamiento similar. La transformación lenta, pero espontánea, de un estado
desplegado a otro plegado se ve facilitada por diversas interacciones
intramoleculares no covalentes. La conformación nativa de una proteína es un
estado termodinámico en el que se maximizan varias interacciones favorables y se
minimizan las desfavorables, de forma que se reduzca todo lo posible la energía
libre total de la molécula proteica.
Las fuerzas que contribuyen al plegamiento de la proteína se pueden agrupar en
dos categorías: (a) interacciones intramoleculares que tienen su origen en fuerzas
intrínsecas de la molécula de proteína y (b) interacciones intramoleculares
afectadas por el disolvente del entorno. Al primer grupo pertenecen las interacciones
de van der Waals y las estéticas y al segundo los enlaces de hidrógeno y las
interacciones electrostáticas e hidrofóbicas.
INTERACCIONES DE VAN DER WAALS
Son interacciones dipolo-dipolo inducido y dipolo inducido-dipolo inducido, entre
átomos neutros de las moléculas proteicas. Cuando dos átomos se aproximan entre
sí, cada uno de ellos induce un dipolo en el otro, mediante la polarización de su
nube electrónica. Las interacciones entre estos dipolos inducidos tienen un
componente atractivo y otro repulsivo.
Las magnitudes de estas fuerzas son dependientes de la distancia interatómica. La
energía de atracción es inversamente proporcional a la sexta potencia de la
distancia interatómica y la interacción repulsiva es inversamente proporcional a la
potencia doce de, esta distancia. Por tanto a una distancia r, la energía de
interacción neta entre dos átomos viene dada por la función de energía potencial
donde A y B son constantes para un par de átomos dado y E. y E, son las energías
de interacción atractiva y repulsiva, respectivamente. Las interacciones de van der
Waals son muy débiles, van disminuyendo muy acusadamente con la distancia y
adquieren un valor despreciable a distancias superiores a 6 Á. La energía de
interacción de van der Waals de los diversos pares de átomos oscila entre -0,17 y -
0,8 kJ/mol. En las proteínas, sin embargo, como son muchos los pares de átomos

30. 30
implicados en interacciones de van der Waals, es muy importante su contribución
global al plegamiento y la estabilidad de la molécula.
PUENTES (O ENLACES) DE HIDRÓGENO
El puente de hidrógeno consiste en la interacción de un átomo de hidrógeno
covalentemente unido a un átomo electronegativo (como N, O o S) con otro átomo
electronegativo.
Esquemáticamente, un puente de hidrógeno puede representarse como D-H · · · A,
donde D y A son, respectivamente, el donador y aceptor de átomos
electronegativos. La energía de los enlaces de hidrógeno oscila entre 8,4 y 33
kJ/mol, dependiendo del par de átomos electronegativos implicados y del ángulo de
enlace.
Las proteínas contienen numerosos grupos capaces de formar enlaces de
hidrógeno. Algunos de los candidatos posibles se muestran en la Figura 9. En las
estructuras a-helicoidal y en láminas fl, la mayor parte de los puentes de hidrógeno
se forman entre los grupos N-H y C=O de los enlaces peptídicos.
INTERACCIONES ELECTROSTÁTICAS
Como ya se ha hecho notar, las proteínas contienen varios restos aminoacídicos
con grupos ionizables. A pH neutro, los restos de Asp y Glu están negativamente
cargados y los de Lys, Arg e His están cargados positivamente. A pH alcalino, los
restos Cys y Tyr asumen carga negativa.
Las proteínas ofrecen una carga neta negativa o positiva a pH neutro, según el
número relativo de restos cargados positiva y negativamente. El pH al que la carga
neta es cero es el llamado pH isoeléctrico (pi). El pH isoeléctrico es distinto del punto
isoiónico. El punto isoiónico es el pH de la disolución proteica en ausencia de
electrolitos. El punto isoeléctrico de una proteína se puede calcular a partir de su
composición aminoacídica y de los valores de pK. de sus grupos ionizables,
utilizando la ecuación de Hendersen-Hasselbach· (Ecuación 5).
Con pocas excepciones, casi todos los grupos cargados de las proteínas están
distribuidos sobre la superficie de las moléculas proteicas. Como a pH neutro las
proteínas asumen una carga positiva o negativa, es de esperar que la interacción
repulsiva neta entre cargas similares desestabilice la estructura proteica. También
es razonable suponer que las interacciones atractivas entre grupos con carga
opuesta que ocupen determinadas posiciones críticas puedan contribuir a
estabilizar la estructura proteica. En realidad, sin embargo, la intensidad de estas
fuerzas atractivas y repulsivas se ve minimizada en las disoluciones acuosas por la
alta permitividad del agua.

31. 31
INTERACCIONES HIDROFÓBICAS
Es evidente de lo antes dicho que, en las disoluciones acuosas, la formación de
puentes de hidrógeno e interacciones electrostáticas entre varios grupos polares de
una cadena polipeptídica no poseen la energía suficiente para actuar como fuerzas
impulsoras del plegamiento proteico. Estas interacciones polares no son muy
estables en las proteínas y sus estabilidades dependen del mantenimiento de un
ambiente apolar. La principal fuerza impulsora del plegamiento proteico es la que
constituyen las interacciones hidrofóbicas entre grupos apolares.
En las disoluciones acuosas, la interacción hidrofóbica entre grupos apolares es el
resultado de la interacción termodinámicamente desfavorable entre el agua y los
grupos apolares.
Por consiguiente, en las disoluciones acuosas, los grupos apolares tienden a
agregarse de manera que se minimice el contacto directo con el agua Esta
interacción, inducida por la estructura del agua, entre grupos apolares, en las
disoluciones acuosas, se conoce como interacción hidrofóbica. En las proteínas, la
interacción hidrofóbica entre cadenas laterales apolares de los restos de los
aminoácidos es la principal causa de plegamiento en la singular estructura terciaria
adoptada, en la que la mayor parte de los grupos apolares se alejan del entorno
acuoso.
2.6. Información a partir de la secuencia de aminoácidos
Se denomina secuencia de aminoácidos o secuencia peptídica al orden en que los
aminoácidos se encadenan dentro de los péptidos y las proteínas.
Los aminoácidos se combinan por medios químicos unos con otros enlazando el
carbono del grupo carboxilo de una molécula con el nitrógeno del grupo amino de
otra. El enlace covalente que une dos aminoácidos se denomina enlace peptídico.
Cuando dos aminoácidos se combinan, se forma un Dipéptidos; una cadena más
larga recibe el nombre polipéptido.
Un polipéptido contendrá cientos de aminoácidos unidos en un orden lineal
específico. Una proteína se forma por una o varias cadenas de polipéptidos. Puede
formarse una variedad casi infinita de moléculas proteínicas. Debe aclararse que
una proteína difiere de otra en cuanto al número, tipo y secuencia de los
aminoácidos que la conforman. Los veinte tipos que se encuentran en las proteínas
biológicas podrían considerarse como letras de un alfabeto de proteínas, de manera
que cada proteína sería una palabra formada por distintas letras.

32. 32
3. MÉTODOS DE SEPARACIÓN Y PURIFICACIÓN DE PROTEÍNAS
Métodos cromatográficos para separación de proteínas
Las separaciones cromatográficas se basan en las diferencias de carga, tamaño o
afinidad de las diferentes proteínas. Uno de los métodos más habitualmente
utilizados para la separación de proteínas es la cromatografía en columna, aunque
también existe la cromatografía en papel y en placa. La columna está rellena con
un material sólido con las características químicas adecuadas (fase estacionaria), y
una solución tamponada se hace pasar a través de la columna (fase móvil). El
extracto crudo se aplica en la parte superior de la columna y va poco a poco
entrando en la columna con la fase móvil. Cada proteína migrará a distinta velocidad
según su grado de afinidad por la fase estacionaria. Generalmente estas
cromatografías se realizan de una forma semiautomática, la fase móvil se hace
pasar a la columna a través de una bomba peristáltica y un colector de fracciones
va recogiendo el eluyente que sale de columna. Este colector hace que el tubo vaya
cambiando cada cierto número de gotas o de volumen. Después hay que localizar

33. 33
en que tubo o tubos está la proteína que se pretende purificar. Existen distintos tipos
de cromatografías en tres ellos:
• La filtración o exclusión molecular
• La cromatografía de intercambio iónico
• La cromatografía hidrofóbica
• La cromatografía de afinidad
Filtración en gel o cromatografía de exclusión molecular
La fase estacionaria está constituida por partículas de polímeros de diferente
porosidad. La separación se basa en el tamaño de las partículas. Las proteínas más
grandes que no pueden penetrar en los poros de las partículas de la matriz de
filtración son eluidas con más rapidez que las proteínas más pequeñas que penetran
por los poros de las partículas y siguen un camino más tortuoso y más largo. El
tamaño de los poros internos depende de la naturaleza del polímero en cuestión, y
permite la entrada a proteínas por debajo de un determinado peso molecular.
Cromatografía de intercambio iónico
En ella, la columna está rellena con un soporte al que van unidos grupos cargados
positivamente (intercambio aniónico) o negativamente (intercambio catiónico).
Estos grupos cargados normalmente están neutralizados por iones del tampón.
Estos iones son reversiblemente reemplazados por las proteínas con más tendencia
a unirse al soporte. Las proteínas cargadas pueden por lo tanto unirse a
intercambiadores catiónicos o aniónicos dependiendo de su carga neta. Las
proteínas más cargadas se unirán más fuertemente al intercambiador y por lo tanto
serán más difíciles de eluir. La afinidad con la que una proteína se une a un

34. 34
intercambiador iónico depende de la fuerza iónica del medio, debido a la
competencia entre los grupos cargados de la proteína y los iones de la fase móvil.
Una vez pegadas las proteínas, para eluirlas (retirarlas) de la columna, se suele ir
subiendo la fuerza iónica de la fase móvil (aumentando la concentración de sal,
NaCl), de esta forma se eluyen primero las proteínas más débilmente retenidas y
cuando la fuerza iónica sea mayor saldrán las proteínas más cargadas y por lo tanto
más retenidas.
Cromatografía de afinidad:
Muchas proteínas tienen la capacidad de unirse específicamente a ciertas
moléculas, mediante uniones fuertes, pero no covalentes. En esta técnica la
molécula que se une específicamente a la proteína se conoce con el nombre de
ligando y se une covalentemente a una matriz inerte. Cuando el extracto con la
mezcla de proteínas se aplica a la columna, la proteína buscada se unirá al ligando
inmovilizado mientras que las demás saldrán de la columna con el tampón. En este
caso también se utiliza el incremento de fuerza iónica para eluir las proteínas.

35. 35
Las proteínas pueden separarse y caracterizarse por electroforesis
Otra técnica importante para la separación de proteínas se basa en el
desplazamiento de las proteínas cargadas en un campo eléctrico, proceso
denominado electroforesis. Estos procedimientos no son utilizados por lo general
para purificar proteínas en grandes cantidades, dado que usualmente existen
métodos alternativos más sencillos, y que los métodos electroforéticos
frecuentemente afectan a la estructura y por tanto a la función de las proteínas. No
obstante, la electroforesis es muy útil como método analítico. Su ventaja es que las
proteínas pueden visualizarse además de separarse, lo que permite al investigador
hacer una estimación rápida del número de proteínas en una mezcla o del grado de
pureza de una preparación proteica determinada. La electroforesis también permite
la determinación de propiedades cruciales de una proteína tales como su punto
isoeléctrico y su masa molecular aproximada. La electroforesis de proteínas se lleva
a cabo generalmente en geles formados por el polímero entrecruzado
poliacrilamida. El gel de poliacrilamida actúa como un tamiz molecular, retrasando
la migración de las proteínas en una forma aproximadamente proporcional a su

36. 36
cociente carga/masa. La migración también puede estar afectada por la forma de la
proteína.
En la electroforesis, la fuerza que mueve la macromolécula es el potencial eléctrico,
E. La movilidad electroforética de la molécula es el cociente entre la velocidad de la
partícula, K, y el potencial eléctrico. La movilidad electroforética también es igual a
la carga neta de la molécula, Z, dividida por el coeficiente friccional, /, que refleja en
parte la forma de la proteína. Así:
𝜇 =
𝑉
𝐸
=
𝑍
𝑓
El desplazamiento de una proteína en un gel durante una electroforesis es por tanto
función de su tamaño y de su forma. Un método electroforético comúnmente
utilizado para la estimación de la pureza y la masa molecular emplea el detergente
dodecil sulfato sódico (SDS) ("dodecil” se refiere a una cadena de 12 átomos de
carbono).
El SDS se une a la mayoría de proteínas en una cantidad aproximadamente
proporcional a la masa molecular de la proteína, alrededor de una molécula por
cada dos residuos aminoácidos.
El SDS ligado incorpora una gran carga neta negativa, lo que hace que la caiga
intrínseca de la proteína sea insignificante y confiere a todas las proteínas un
cociente carga/masa similar.
Además, la conformación nativa de la proteína se altera cuando se fija el SDS y la
mayoría de las proteínas adoptan una forma similar.
La electroforesis en presencia de SDS separa, por tanto, las proteínas casi
exchisivamente en función de la masa (peso molecular), de forma que los
polipéptidos pequeños se desplazan más rápidamente. Después de la electroforesis
las proteínas se visualizan añadiendo un colorante tal como el azul CJoomassie que
se iya a las proteínas, pero no al gel.
De esta forma puede seguirse el progreso de un procedimiento de purificación de
una proteína, ya que el número de bandas de proteína visibles en el gel debe
disminuir tras cada nuevo paso de purificación. Cuando se compara con las
posiciones a las que se desplazan en el gel proteínas de masa molecular conocida,
la posición de una proteína desconocida puede proporcionar una medida excelente
de su masa molecular. Si la proteína tiene dos o más subunidades diferentes, las

37. 37
subunidades se separarán generalmente a consecuencia del tratamiento con SDS
y aparecera una banda individual para cada una.
4. Desnaturalización y plegamiento de proteínas.
4.1. Desnaturalización de Proteínas
Considerando las pequeñas diferencias de energía libre de las proteínas plegadas
y desplegadas, no es sorprendente que la estructura proteínica sea muy sensible a
los factores del entorno. Muchos agentes físicos y químicos pueden perturbar la
conformación nativa de una proteína. El proceso de desorganización de la
estructura, que puede o no implicar desplegamiento, se denomina
desnaturalización. (Ésta en general no incluye la rotura de los enlaces peptídicos.)
Se entiende por desnaturalización de una proteína la pérdida de la conformación
tridimensional nativa de la misma, durante el proceso de desnaturalización se
rompen las interacciones débiles que mantienen estable la conformación, pero se
mantienen los enlaces covalentes del esqueleto polipeptídico, es decir, se pierde la
estructura secundaria, terciaria y, en su caso, cuaternaria, pero permanece intacta
la secuencia de aminoácidos.
Una proteína adopta una estructura en el espacio específica que es esencial para
el desarrollo de su función biológica. Esta estructura tridimensional es conocida con
el nombre de conformación espacial y se caracteriza por un plegamiento
determinado de su estructura. La desnaturalización de las proteínas ocurre
cuándo se pierde esta conformación espacial específica.

38. 38
Dependiendo del grado de desnaturalización, la molécula puede perder de forma
parcial o total su actividad biológica. La desnaturalización con frecuencia da lugar
a cambios observables de las propiedades físicas de las proteínas. Por ejemplo, la
albúmina de huevo (la clara) soluble y transparente se hace insoluble y opaca tras
calentarla. Como muchas desnaturalizaciones, cocinar huevos es un proceso
irreversible.
La desnaturalización es irreversible, cuando se rompen los enlaces disúlfuros que
contribuyen a la conformación de las proteínas. La secuencia de aminoácidos, que
es lo único que permanece al final del proceso de desnaturalización, contiene la
información suficiente para que se recupere la conformación tridimensional, y con
ella la función biológica, en el proceso de renaturalización.
Estabilidad de la estructura proteínica
Los cuatro niveles de estructuración se encuentran estabilizados por los diferentes
tipos de uniones. Los enlaces covalentes son responsables del enlace peptídico.
Los puentes salinos o iónicos, son llamados interacciones electrostáticas son las
uniones polares más fuertes que existen. Los puentes de hidrógeno siendo los más
débiles cumplen un papel primordial en la conformación 3D de una proteína por su
abundancia. Las fuerzas de Van der Waals se establecen por la inducción de un
momento dipolo entre grupos eléctricamente apolares. De las uniones covalentes
el enlace peptídico C-N es el más fuerte, comparado con el enlace disulfuro S-S que
requiere de menor energía para su hidrólisis. Este último puede romperse sin causar
necesariamente una pérdida de la conformación del polímero y, por lo tanto, de su
funcionalidad.

39. 39
La desnaturalización puede ser provocada por diferentes causas o agentes
desnaturalizantes de tipo físico o químico.
1. Ácidos y bases fuertes. Los cambios de pH alteran el estado de protonación
de algunos grupos laterales de la proteína, lo cual altera los patrones de los
enlaces por puente de hidrógeno y de los puentes salinos. Al acercarse la
proteína a su punto isoeléctrico, ésta se hace insoluble y precipita en la
solución.
2. Solventes orgánicos. Los solventes orgánicos hidrosolubles, como el
etanol, interfieren con las interacciones hidrófobas, debido a que interactúan
con los grupos R apolares y forman enlaces por puente de hidrógeno con el
agua y con los grupos polares de las proteínas. Algunos solventes apolares
también interrumpen las interacciones hidrófobas.
3. Detergentes. Los detergentes interrumpen las interacciones hidrófobas,
haciendo que las proteínas se desplieguen en cadenas polipeptídicas
extendidas. Se dice que estas moléculas son anfipáticas porque tienen tanto
componentes hidrófobos como hidrófilos.
4. Agentes reductores. En presencia de reactivos como la urea, los agentes
reductores (como β-mercaptoetanol) convierten los puentes disulfuro en
grupos sulfhidrilos. La urea rompe los enlaces por puente de hidrógeno y las
interacciones hidrófobas.
5. Concentración salina. Cuando la concentración de sal aumenta en una
solución acuosa de proteína, algunas de las moléculas de agua que
interactúan con los grupos ionizables de la proteína son atraídas hacia los
iones de la sal. A medida que disminuye el número de moléculas de solvente
disponibles para interactuar con estos grupos, las interacciones proteína-
proteína aumentan. Si la concentración de sal es sufi cientemente elevada,
quedan tan pocas moléculas de agua disponibles para interactuar con grupos
ionizables, que las esferas de solvatación alrededor de los grupos ionizados
de la proteína desaparecen. Las moléculas proteínicas se agregan y

40. 40
precipitan. Este proceso se denomina salting out (precipitación de proteinas
por medio de sales). Debido a que dicho procedimiento es reversible y en
cada proteína se produce a diferentes concentraciones de sal, suele
emplearse como un primer paso en la purificación de proteínas.
6. Iones metálicos pesados. Los metales pesados, como el mercurio (Hg2+) y
el plomo (Pb2+), afectan de varias maneras la estructura proteínica. Pueden
romper los puentes salinos al formar enlaces iónicos con los grupos con
carga negativa. Los metales pesados también forman enlaces con los grupos
sulfhidrilo, un proceso que puede provocar cambios signifi cativos en la
estructura y en la función proteínica. Por ejemplo, el Pb2+ se une a los grupos
sulfhidrilo de dos enzimas de la vía de síntesis del grupo hemo. El descenso
de la síntesis de hemoglobina que se produce da lugar a una anemia grave.
(En la anemia disminuye por debajo de lo normal el número de eritrocitos o
la concentración de hemoglobina.) La anemia es uno de los síntomas que se
mide con mayor facilidad en el envenenamiento por plomo.
7. Cambios de temperatura. Al aumentar la temperatura, aumenta la velocidad
de vibración molecular. Por último, se rompen las interacciones débiles como
los enlaces por puente de hidrógeno, y la proteína se despliega. Algunas
proteínas son más resistentes a la desnaturalización por el calor, y este
hecho puede utilizarse en los procedimientos de purificación.
8. Agresión mecánica. La agitación y la trituración rompen el equilibrio de las
fuerzas que mantienen la estructura proteínica. Por ejemplo, la espuma que
se forma al batir vigorosamente la clara de huevo contiene proteínas
desnaturalizadas.
4.2. Plegamiento de Proteínas
Una cadena polipeptídica es sintetizada por un complejo proceso llamado
traducción en el cual el ensamble de los aminoácidos en una secuencia particular
es dictado por el RNA mensajero (mRNA).
La información para el plegamiento de las proteínas está codificada en la secuencia.
En principio, cualquier cadena polipeptídica que contenga n residuos puede
plegarse en 8n conformaciones. Este valor se basa en el hecho de que desde el
punto de vista estereoquímico, sólo ocho ángulos de enlace están permitidos en la
cadena principal polipeptídica. Sin embargo, en general todas las moléculas de
cualquier especie proteica adoptan una conformación única, denominada estado
nativo; para la vasta mayoría de las proteínas, el estado nativo es la forma plegada
más estable de la molécula.
¿Qué guía a las proteínas a su estado nativo plegado?
La respuesta a esta pregunta proviene de estudios in vitro del replegamiento de
las proteínas. La energía térmica del calor, el pH extremo que altera las cargas en
las cadenas laterales de aminoácidos, y químicos como la urea o el hidrocloruro

41. 41
de guanidina en concentraciones de 6-8 M, pueden romper las interacciones
débiles no covalentes que estabilizan la conformación nativa de una proteína. La
desnaturalización resultante de tales tratamientos hace que una proteína pierda
tanto su conformación nativa como su actividad biológica.
4.2.1 El problema del plegamiento
Un panorama energético con una forma de embudo parece describir mejor la forma
en la que un polipéptido desplegado con su propio y único conjunto de restricciones
(p. ej., su secuencia de aminoácidos, las modificaciones que sufre después de la
traducción y las características ambientales del interior de la célula como la
temperatura, el pH y el hacinamiento molecular) gestiona su camino hacia un estado
plegado de baja energía. Dependiendo en gran medida de su tamaño, un polipéptido
puede o no formar intermediarios (especies que existen el tiempo suficiente para
detectarse) que son momentáneamente atrapados en pozos de energía local.

42. 42
Las moléculas pequeñas (con menos de 100 residuos) suelen plegarse sin
formación de intermediarios. Conforme estas moléculas emergen del ribosoma,
comienza un proceso de plegamiento rápido y cooperativo en el que las
interacciones de las cadenas laterales facilitan la formación y el alineamiento de las
estructuras secundarias.
El plegamiento de los polipéptidos más grandes suele requerir la formación de
varios intermediarios. En muchas de estas moléculas o en los dominios dentro de
una molécula, la forma colapsada de manera hidrófoba del intermediario se
denomina glóbulo fundido.
El término glóbulo fundido se refiere a un estado globular en parte organizado de
un polipéptido en proceso de plegamiento y que se asemeja al estado nativo de la
molécula. Dentro de un glóbulo fundido las interacciones terciarias entre las
cadenas laterales de los aminoácidos son fluctuantes, es decir, aún no se han
estabilizado.

43. 43
4.2.2 El efecto hidrófobo
A fin de prevenir asociaciones incorrectas con cadenas polipeptídicas o entre
ellas, las chaperonas se unen a zonas hidrófobas expuestas en la superficie
proteínica (recuérdese que los grupos hidrófobos tienden a agregarse, lo cual
podría inducir una estructura proteínica no nativa o agregación y precipitación de
la proteína). Muchas chaperonas son ATPasas que usan la energía
Las proteínas son más estables en agua cuando sus cadenas laterales hidrofóbicas
se agrupan en el interior de la proteína y no quedan expuestas al medio acuoso en
la superficie.
Como las moléculas de agua interaccionan con más fuerza entre sí que con las
cadenas laterales no polares de una proteína, estas cadenas son impulsadas a
vincularse entre sí, lo cual determina que la cadena polipeptídica se colapse y forme
un glóbulo fundido más compacto. Durante el plegado, la disminución de entropía
del polipéptido más que se contrarresta por el aumento de la entropía del solvente,
cuando se liberan moléculas de agua que estaban unidas a la proteína. (El plegado
también altera las jaulas extendidas de moléculas de agua que rodean a los grupos
hidrofóbicos). Este aumento general de entropía constituye la principal fuerza
impulsora del plegado. Mientras que las cadenas laterales no polares son
impulsadas hacia el interior de la proteína, la mayor parte de las cadenas laterales
polares quedan en contacto con el agua, en la superficie de la proteína. Los tramos
de la columna vertebral polar que son impulsados al interior de una proteína
neutralizan su polaridad con puentes de hidrógeno mutuos y con frecuencia generan
estructuras secundarias. Así, la naturaleza hidrofóbica del interior no sólo explica la
asociaciónde residuos hidrofóbicos, sino que también contribuye a la estabilidad de
hélices y láminas. Los estudios de las rutas de doblado indican que el colapso
hidrofóbico y la formación de estructuras secundarias son simultáneos.
4.2.3 Puentes de hidrógeno
Los puentes de hidrógeno contribuyen a la cooperatividad del plegamiento y ayudan
a estabilizar las conformaciones nativas de las proteínas. Los primeros puentes de
hidrógeno son los que se forman en las hélices a, las láminas b y los giros, y forman
regiones definidas de la estructura secundaria. La estructura nativa final contiene
también puentes de hidrógeno entre la columna vertebral del polipéptido y el agua,
entre aquella y las cadenas laterales polares, entre dos cadenas laterales polares y
entre éstas y el agua. Los puentes de hidrógeno contribuyen a la cooperatividad del
plegamiento y ayudan a estabilizar las conformaciones nativas de las proteínas. Los
primeros puentes de hidrógeno son los que se forman en las hélices a, las láminas

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b y los giros, y forman regiones definidas de la estructura secundaria. La estructura
nativa final contiene también puentes de hidrógeno entre la columna vertebral del
polipéptido y el agua, entre aquella y las cadenas laterales polares, entre dos
cadenas laterales polares y entre éstas y el agua.
4.3. Chaperonas Moleculares
A fin de prevenir asociaciones incorrectas con cadenas polipeptídicas o entre ellas,
las chaperonas se unen a zonas hidrófobas expuestas en la superficie proteínica
(recuérdese que los grupos hidrófobos tienden a agregarse, lo cual podría inducir
una estructura proteínica no nativa o agregación y precipitación de la proteína).
Muchas chaperonas son ATPasas que usan la energía libre de la hidrólisis de ATP
para inducir cambios conformacionales los cuales les permiten unirse a un sustrato
polipeptídico y liberarlo al tiempo que éste asume su forma nativa. Las chaperonas
se identificaron originalmente como proteínas de choque térmico (Hsp) porque su
síntesis es inducida por altas temperaturas, condiciones en las cuales las proteínas
tienden a desnaturalizarse (desplegarse) y agregarse.
Las chaperonas se localizan en todos los compartimientos celulares, se unen a un
amplio espectro de proteínas y participan en el mecanismo celular general de
plegamiento de las proteínas.
Se reconocen dos familias generales de chaperonas:
• Chaperonas moleculares, que se unen y estabilizan las proteínas
desplegadas o parcialmente plegadas, evitando así que estas proteínas se
agrupen y sean degradadas.
• Chaperoninas, que facilitan directamente el plegado de las proteínas.
Las investigaciones del plegamiento proteínico en diversos organismos han
revelado que en este proceso participan dos clases principales de chaperones.
1. Hsp70. Las proteínas hsp70 son una familia de chaperones moleculares que
se unen a las proteínas y las estabilizan durante las primeras fases del
plegamiento. Numerosos monómeros de la hsp70 se unen a segmentos
hidrófobos cortos de los polipéptidos desplegados, impidiendo de esta
manera la formación de los glóbulos fundidos. Cada clase de hsp70 posee
dos sitios de unión, uno para un segmento proteínico desplegado y otro para
el ATP. La liberación de un polipéptido de una hsp70 requiere la hidrólisis del
ATP. Se requieren hsp70 mitocondriales y del ER para la translación a través
de la membrana de algunos polipéptidos.

45. 45
2. Hsp60. Una vez que un polipéptido desplegado es liberado de la hsp70, se
pasa a un miembro de una familia de chaperones moleculares conocida
como hsp60 (también llamadas chaperoninas o Cpn60), que intermedia el
plegamiento proteínico. Las hsp60 forman una gran estructura compuesta
por dos anillos de siete subunidades apilados. La proteína desplegada entra
en la cavidad hidrófoba del complejo hsp60. El sistema hsp60, que consiste
en dos anillos y cavidades idénticos, aumenta la velocidad y eficiencia del
proceso de plegado. La hidrólisis del ATP convierte una cavidad en un
microambiente hidrófilo que facilita el colapso del centro hidrófobo de la
proteína que se está plegando hasta la forma de glóbulo fundido. Se
requieren de 15 a 20 s para que las 7 moléculas de ATP hidrolicen las
subunidades anulares y se complete el proceso de plegamiento. En el estado
(ADP)7, el carácter hidrofóbico de la cavidad se restaura, la cámara se abre
y se libera la proteína o dominio plegado. Ahora puede unirse una proteína
no plegada para repetir el ciclo. El plegado de las proteínas sucede en dos
ciclos en forma superpuesta, según el estado de unión ATP/ADP de las dos
cavidades.
Además de promover el plegamiento de las proteínas nacientes, las
chaperonas moleculares dirigen el repliegue de las proteínas parcialmente
desplegadas como consecuencia de condiciones agresivas. Si no es posible
el repliegue, las chaperonas promueven la degradación proteínica.

46. 46
Plegamiento de proteínas asistido por chaperonas.
Propiedades:
1) Interaccionan con proteínas desplegadas o parcialmente plegadas. Por ejemplo,
las cadenas nacientes emergentes de los ribosomas, o cadenas extendidas que
están siendo translocadas a través de membranas subcelulares
2) Estabilizan conformaciones no-nativas y facilitan el correcto plegamiento de las
proteínas
3) No interaccionan con proteínas en estado nativo, y tampoco forman parte de la
estructura final
4) Algunas chaperonas no son específicas, e interactúan con una amplia variedad
de proteínas. Otras, sin embargo, son específicas para sus dianas.

47. 47
5) Frecuentemente acoplan la fijación de ATP/hidrólisis en el proceso de plegado.
6) Son esenciales para la viabilidad, y su expresión es frecuentemente inducida por
stress celular.
5. Métodos de Análisis de Proteínas en Alimentos
Método de Kjeldahl
En el trabajo de rutina se determina mucho más frecuentemente la proteína total
que las proteínas o aminoácidos individuales. En general, el procedimiento de
referencia Kjeldahl determina la materia nitrogenada total, que incluye tanto las no
proteínas como las proteínas verdaderas. El método se basa en la determinación
de la cantidad de Nitrógeno orgánico contenido en productos alimentarios,
compromete dos pasos consecutivos:
a) La descomposición de la materia orgánica bajo calentamiento en
presencia de ácido sulfúrico concentrado.
b) El registro de la cantidad de amoniaco obtenida de la muestra
Durante el proceso de descomposición ocurre la deshidratación y carbonización de
la materia orgánica combinada con la oxidación de carbono a dióxido de carbono.
El nitrógeno orgánico es transformado a amoniaco que se retiene en la disolución
como sulfato de amonio. La recuperación del nitrógeno y velocidad del proceso
pueden ser incrementados adicionando sales que abaten la temperatura de
descomposición (sulfato de potasio) o por la adición de oxidantes (peróxido de
hidrógeno, tetracloruro, persulfatos o ácido crómico) y por la adición de un
catalizador.
En la mezcla de digestión se incluye sulfato sódico para aumentar el punto de
ebullición y un catalizador para acelerar la reacción, tal como sulfato de cobre. El
amoniaco en el destilado se retiene o bien por un ácido normalizado y se valora por
retroceso, o en ácido bórico y valora directamente. El método Kjeldahl no determina,

48. 48
sin embargo, todas las formas de nitrógeno a menos que se modifiquen
adecuadamente; esto incluye nitratos y nitritos.
Para convertir el nitrógeno a proteína se emplea el factor de 6.25 el cual proviene
de la consideración de que la mayoría de las proteínas tienen una cantidad
aproximada de 16% de nitrógeno.
Método de Biuret
El método comprende un ensayo colorimétrico de un paso donde se cuantifica la
formación de un complejo estable entre proteínas y cobre (II). El complejo presenta
un color violeta característico, que se puede observar a 310nm o 540-560nm, el cual
se da por la coordinación de un átomo de cobre con cuatro átomos de nitrógeno.
El complejo se basa en la desprotonación de los grupos amida para formar el enlace
con el cobre (II) o por el establecimiento de un enlace coordinado entre el metal y
los pares de electrones libres de los átomos de oxígeno y de nitrógeno del péptido
Después de la adición del reactivo de cobre se requiere de tiempo para desarrollar
una coloración de Biuret estable; es necesario considerar la posible influencia de
aminoácidos libres que forman buffer en configuración tris y amoniaco.

49. 49
CONCLUSIONES:
Las estructuras de los aminoácidos se identifican por la presencia de un grupo
amino, carboxilo, un átomo de hidrógeno y una cadena lateral, todas éstas se
encuentran enlazadas a un átomo de carbono denominado carbono-α. Por su
distinguida disposición, estos compuestos pueden actuar como sustancias
anfóteras, ya sea como ácido, bases o neutros dependiendo de las condiciones del
pH del medio. Mientras el pH del medio aumenta, cada vez se encontrará más
moléculas que han perdido el protón del grupo ácido.
Por su cadena lateral, se puede distinguir un aminoácido del otro. En la formación
de péptidos, los grupos funcionales amino y carboxilo se ven modificados para la
formación de enlaces peptídicos, quedando las cadenas laterales de los
aminoácidos. Por lo tanto, ellos dirigirán la solubilidad en el medio, su reactividad y
el tipo de interacciones no covalentes que pueden establecerse. Según el grupo
funcional de su cadena lateral, los aminoácidos pueden clasificarse en: apolares,
polar sin carga, o con carga.
La producción de la forma zwitteriónica en aminoácidos portan carga neta igual a
cero, desde un punto de vista eléctrico, ya que poseen un igual número de grupos
ionizables de cargas opuestas. Sus grupos predominantes para esta forma se
encuentran de la forma de carboxilo desprotonado y amino protonado. Un zwitterión
puede actuar como un ácido o como una base cediendo o aceptando protones. En
la mayoría de los aminoácidos lo encontramos con esta propiedad a pH fisiológico.
Como al carbono-α de los aminoácidos se enlazan diferentes grupos originan una
asimetría, dando lugar a configuraciones distintas en cuanto a las disposiciones de
los átomos de la molécula en el espacio, por lo que presentarán isomería y actividad
óptica. Debido a su isomería, cada aminoácido (excepto la glicina) pueden
disponerse de dos maneras diferentes, que dan lugar a dos moléculas no
superponibles, siendo cada una de ellas la imagen especular de la otra. Por la
posibilidad de formar dos diferentes enantiómeros, encontramos aminoácidos L con
configuración L, obteniendo al grupo amino a la izquierda del carbono quiral, estos
aminoácidos son utilizados en la biosíntesis de proteínas. Los aminoácidos con
configuración D, presentan su grupo amino a la derecha del carbono-α, de las cuales
se encuentran algunos en la naturaleza, pero no son usadas para el ensamblaje de
proteínas.
Existen aminoácidos naturales o estándar que, al ser incorporados a cadenas
polipeptídicas sufren reacciones de modificación cambiando su estructura y
originando aminoácidos ¨no estándar¨. Estas modificaciones se manifiestan como

50. 50
la adición de grupos funcionales o la combinación de residuos. Algunos de estos
aminoácidos poseen funciones biológicas importantes.
Ya que los aminoácidos poseen propiedades anfóteras, pueden representarse en
tres estados que dependen de ciertos valores de pH, siendo: un pH en el que
predomine su forma catiónica, otro valor para su forma aniónica, y otra en la que
prepondere su forma neutral denominado punto isoeléctrico. Es decir, no existe un
valor de pH en el cual estas moléculas estén completamente ausentes de cargas
eléctricas, ya que hasta en su pI presentan carga.
Cada reacción de equilibrio posee su constante k, la cual siempre posee el mismo
valor para una misma temperatura, siendo ésta la relación entre las concentraciones
de los productos con las concentraciones de los reactivos. El logaritmo negativo de
la constante de disociaciónK se denomina pK, que expresa la fuerza que tienen las
moléculas al disociarse. Los aminoácidos tienen al menos dos grupos disociables,
el amino y el carboxilo; pueden tener más si el grupo R tiene a su vez grupos que
se puedan ionizar. Para cada uno de estos grupos existe un pK, el del carboxilo se
le llamará pKa y pKb al del amino; y si la cadena lateral presenta un grupo funcional,
se denominará pKR.
Conociendo los valores de pK, podremos distinguir las propiedades de sus grupos,
ya que, cuando su pKa es menor, será más fuerte el ácido, y en una base ocurre al
revés, que es más fuerte cuanto mayor es su pKa. Estos valores de pK también
proporcionan información para el conocimiento del punto isoeléctrico, siendo la
media aritmética de los valores de pKa y pKb, y si presentan grupos ionizables en
su cadena lateral, el pI se obtiene como la media aritmética de pKR y el pka si es que
la cadena lateral posee un grupo ácido, o con pKb si posee un grupo básico.
Al unirse dos o más aminoácidos dan origen a un péptido, siendo el principio de la
formación de una proteína. La reacción entre un grupo amino de su carbono-α de
un aminoácido con un grupo carboxilo de otro, da como resultado una amida,
liberando una molécula de agua, este enlace se denomida enlace peptídico. Este
tipo de enlace se presenta como un enlace simple, pero sus caracterísicas lo
aproximan más a la de un doble enlace, por lo que estos enlaces tienen
caracterísitcas intermedias entre un enlace simple y doble. Al presentar un carácter
parcial de doble enlace impide la libre rotación del enlace que une los átomos de C
y N en el enlace peptídico, volviendo al péptido más rígido.
Las proteínas tienen 4 tipos de estructura; la primera es la estructura prima, que es
una unión de forma lineal de una serie de aminoácidos unidos por enlaces amidas,
que son a su vez llamados enlaces peptídicos, esta unión libera una molécula de
agua; y esto es lo que origina la cadena principal o esqueleto.

51. 51
Por otro lado, tenemos la estructura secundaria, que tienden a plegarse unas a otras
a lo largo de su eje. Se organizan en forma de caracol que son las hélices alfa donde
se enrolla de forma compacta alrededor de su eje por diferentes enlaces como:
puentes de hidrógeno, enlaces disulfuro, interacciones electroestáticas,
interacciones hidrófobo e interacciones dipolo-dipolo que estabilizan esta
estructura. En las hélices alfa, los grupos R de los diferentes restos aminoacídicos
sobresalen de la estructura. Unas de las principales características de esta
estructura es que cada vuelta sucesiva se mantiene unida por los puentes de
hidrogeno intracaternarios que le provee su estabilidad.
La hoja plegada beta presenta forma de zig-zag, donde sus cadenas se ubican
paralelamente unas a otras, por lo que los grupos R de los aminoácidos están
sobresaliendo por las caras de las hojas; los puentes de hidrogeno están de forma
intercaternaria.
Tenemos a las estructuras terciarias que es la forma tridimensional, conformada de
cadenas polipectídicas que tienen estructuras secundarias; los restos
aminoacídicos con grupos R polares se ubican al exterior de la estructura, expuesto
al contacto con el agua, mientras que los aminoácidos que poseen grupos R apolar
se ubican en el interior de la estructura, aislándose del contacto con el agua. Las
estructuras secundarias se encuentran estabilizadas por dos tipos de enlaces: los
enlaces covalentes como son los puentes disulfuro y los enlaces débiles como los
puentes de hidrogeno.
La última estructura de orden superior es la estructura cuaternaria formada por
varias cadenas polipeptidicas que reciben el nombre de protómero. Las
interacciones no covalentes que estabilizan esta estructura son las mismas
interacciones que la estructura secundaria.
Las proteínas se desnaturalizan por diversos factores o agentes, que provocan la
pérdida de su estructura tridimensional y perdiendo a su vez su función. Este
fenómeno se denomina desnaturalización, ya sea de su estructura secundaria,
terciaria y cuaternaria, permaneciendo intacta la estructura primaria que es la
secuencia de aminoácidos que conforman la proteína. Se produce una
desnaturalización irreversible cuando la proteína tiene un despliegue total en su
estructura, por otro lado, la proteína se puede renaturalizar solamente cuando el
despliegue es parcial con la ayuda de chaperonas.
Uno de los factores más importantes en la desnaturalización es la temperatura, que
provoca el desdoblamiento y pérdida de las estructuras secundarias y terciarias.
Cuando ocurre esto, aparecen las chaperonas. Otro de los agentes
desnaturalizantes es la acción extrema de pH, las proteínas se ven afectadas ya
que se altera el estado de ionización de las cadenas laterales aminoacidicas y en

52. 52
consecuencia la carga de la proteína cambia junto a los requerimientos para el
enlace de hidrógeno.
Al usar detergentes, otro factor desnaturalizante, se somete a bajas
concentraciones; se asocian con los restos no polares de la proteína, de tal forma
que interfiere con las interacciones hidrofóbicas que forman la estructura de la
proteína nativa. Los disolventes orgánicos interactúan de la misma forma,
interrumpiendo las interacciones hidrofóbicas que forman el núcleo estable de las
proteínas en su forma de plegamiento.
La secuencia de aminoácidos se sintetiza luego de decodificar la información que
trae el mRNA en un proceso complejo llamado traducción, y es el que determina
cómo se conformará la cadena polipeptídica, además de sus respectivas estructuras
a formarse y el plegamiento; por lo cual esto no es realizado al azar.
Los polipéptidos comienzan a plegarse inmediatamente al salir del ribosoma por lo
cual sabemos que el proceso de plegamiento inicia con la formación de la estructura
secundaria. Formando en este proceso un centro hidrófobo y finalmente se tiene
pequeños reordenamientos que dan lugar a la estructura terciaria la cual es la más
estable. Durante este proceso de síntesis de proteínas y plegamiento, aparecen las
chaperonas moleculares, las cuales ayudan al plegamiento de las nuevas proteínas
o en caso de existir un plegamiento erróneo, éstas ayudarán a corregirlo, de igual
forma interactúa cuando se da la renaturalización, plegando nuevamente las
estructuras y en caso de no poder corregir el plegamiento es degradada a sus
aminoácidos constituyentes.
En el plegado de proteínas no se puede asegurar que tiene una sola vía, pueden
seguir distintas rutas de plegamiento puesto que a pesar de que se decodificó la
información de la proteína, existen una serie de restricciones para el plegamiento
que influyen luego de la traducción; ya sea la secuencia de aminoácidos, la
temperatura, pH y otros elementos. El tamaño de la cadena polipeptídica es otro
agente que determina la ruta en la cual se plegaran, ya que suele requerir la
formación de varios intermediarios.
Uno de los factores que ayudan al plegamiento proteínico correcto, es la interacción
hidrófoba ya que las cadenas laterales hidrófobas de las proteínas alcanzan una
estabilidad cuando se agrupan en el interior de la proteína y en consecuencia las
cadenas laterales apolares quedan expuestas al medio acuoso en el cual las
moléculas de agua interactúan entre sí; por lo que las cadenas apolares terminen
en vincularse entre ellas.
Luego, la entropía de la proteína disminuye, sin embargo, se liberan moléculas de
agua que estaban unidas a la proteína y la entropía del solvente aumenta generando
una fuerza impulsora de plegado. Llevando a las cadenas apolares al interior de la