Volver a la portadaQuímica del Carbono · 6° año Naturales · Cambiar asignatura
Empezar gratis
6° Naturales · Química del Carbono
Las biomoléculas · Bioelementos y biomoléculas

Las proteínas

Un huevo frito en la sartén cambia en segundos: la clara pasa de líquida y transparente a blanca y firme. Y la leche tibia con unas gotas de limón se corta en grumos. ¿Qué les pasa a las proteínas para que cambien tan rápido sin que se "rompa" su cadena? Al final de esta página vas a poder explicarlo.

Aminoácidos y el enlace peptídico

La seda de una araña, la queratina del cabello y la hemoglobina de tu sangre son muy distintas. Sin embargo, al descomponerlas en el laboratorio, todas dan el mismo repertorio de 20 moléculas sencillas. ¿Qué tienen en común esas piezas para poder ensamblarse y dar funciones tan distintas?

Estructura general de un aminoácido: el carbono α central unido a un grupo amino, un grupo carboxilo, un átomo de hidrógeno y un radical R variable Cα carbono α NH₂ grupo amino COOH grupo carboxilo H hidrógeno R (variable) radical

Todos los aminoácidos comparten el grupo amino, el grupo carboxilo y el hidrógeno. Lo que le da su personalidad a cada uno (si es polar, apolar, con carga, etc.) es el radical R.

Condensación de dos aminoácidos: el grupo carboxilo del primero pierde un OH y el grupo amino del segundo pierde un H; se forma agua y queda un dipéptido unido por un enlace peptídico C–N H₂N C H R₁ C O OH + H N H C H R₂ C O OH –OH del carboxilo –H del amino aminoácido 1 aminoácido 2 condensación H₂N C H R₁ C O N H C H R₂ C O OH + H₂O enlace peptídico C–N rígido, sin giro libre agua liberada (OH + H) dipéptido

Las proteínas son las biomoléculas más versátiles de la célula, y por eso hacen "la mayor parte del trabajo":

Practica★☆☆Sin empezar
¿Qué son los aminoácidos y cuántos tipos distintos forman las proteínas de los seres vivos? Indicá qué grupos químicos comparten todos los aminoácidos y cuál les…

¿Qué son los aminoácidos y cuántos tipos distintos forman las proteínas de los seres vivos? Indicá qué grupos químicos comparten todos los aminoácidos y cuál les confiere las propiedades particulares a cada uno.

Resolver
Practica★☆☆Sin empezar
Nombrá cuatro funciones distintas de las proteínas en los seres vivos y poné un ejemplo concreto de proteína para cada una de ellas.

Nombrá cuatro funciones distintas de las proteínas en los seres vivos y poné un ejemplo concreto de proteína para cada una de ellas.

Resolver
Practica★☆☆Sin empezar
¿Qué es el enlace peptídico? Indicá entre qué grupos químicos de los aminoácidos se forma y qué molécula se libera en la reacción.

¿Qué es el enlace peptídico? Indicá entre qué grupos químicos de los aminoácidos se forma y qué molécula se libera en la reacción.

Resolver

Los cuatro niveles de estructura

Una cadena de aminoácidos no se queda estirada como un hilo: se pliega. Ese plegamiento se describe en cuatro niveles, cada uno construido sobre el anterior.

Los cuatro niveles de estructura de las proteínas: la primaria es la secuencia de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos; la secundaria, la hélice α y la lámina β con puentes de hidrógeno; la terciaria, el plegamiento tridimensional con un puente disulfuro; y la cuaternaria, la unión de cuatro subunidades, como en la hemoglobina 1. Estructura primaria Met Gly Ser Leu Lys Cys Val H₂N COOH enlace peptídico secuencia de aminoácidos 2. Estructura secundaria hélice α lámina β puentes de H entre –NH y –CO 3. Estructura terciaria S–S plegamiento 3D interacciones entre radicales R 4. Estructura cuaternaria α₁ β₁ β₂ α₂ varias subunidades ej.: hemoglobina (2 α + 2 β)

¿Por qué importa? Como la secuencia (primaria) decide cómo se pliega todo lo demás, cambiar un solo aminoácido puede cambiar la forma y, con ella, la función.

Practica★★☆Sin empezar
Observá el esquema de los niveles de organización de las proteínas, numerados del 1 al 4. Nombrá cada nivel, describí brevemente su rasgo principal y poné un ejemplo de…

Observá el esquema de los niveles de organización de las proteínas, numerados del 1 al 4. Nombrá cada nivel, describí brevemente su rasgo principal y poné un ejemplo de proteína que presente el nivel 4.

G V L A S 1 2 3 4
Resolver

Desnaturalización: cuando se pierde la forma

Volvamos al huevo en la sartén y a la leche con limón. En ambos casos la proteína cambia de propiedades sin que se rompa su cadena de aminoácidos. ¿Cómo es posible?

Desnaturalización: una cadena plegada (nativa) se desenrolla por efecto del calor o del pH hasta quedar desplegada; la cadena sigue entera plegada (nativa) calor / pH desplegada
Practica★★☆Sin empezar
La hemoglobina pierde su forma tridimensional si la temperatura o el pH se alejan demasiado de sus valores normales. ¿Cómo se denomina este proceso, qué enlaces se…

La hemoglobina pierde su forma tridimensional si la temperatura o el pH se alejan demasiado de sus valores normales. ¿Cómo se denomina este proceso, qué enlaces se rompen y qué consecuencia tiene sobre la función de la proteína?

Resolver

Las enzimas: catalizadores biológicos

Una botella de agua oxigenada tarda meses en descomponerse. Pero si le ponés una gota de sangre o un trozo de papa cruda, burbujea al instante. ¿Cómo aceleran las células las reacciones millones de veces sin consumirse?

Perfil energético de una reacción: la enzima reduce la energía de activación (Eₐ) entre reactivos y productos sin cambiar su nivel de energía avance de la reacción energía Eₐ Eₐ sin enzima con enzima reactivos (sustrato) productos Eₐ = energía de activación

Algunas enzimas necesitan además una molécula auxiliar no proteica (un cofactor) para funcionar; sin ella, la enzima no cataliza aunque su parte proteica esté intacta (en la última sección verás los detalles).

Gráfica de actividad enzimática frente a la temperatura: sube hasta un máximo cerca de 37 °C y cae bruscamente por desnaturalización temperatura óptima (≈ 37 °C) desnaturalización Actividad Temperatura (°C) Gráfica de actividad enzimática frente al pH: la pepsina tiene su máximo cerca de pH 2 y una enzima intracelular cerca de pH 7 pepsina (pH ≈ 2) intracelular (pH ≈ 7) Actividad pH
Practica★★☆Sin empezar
¿Qué es una enzima? Explicá cómo logra acelerar una reacción química haciendo referencia a la energía de activación y al complejo enzima-sustrato.

¿Qué es una enzima? Explicá cómo logra acelerar una reacción química haciendo referencia a la energía de activación y al complejo enzima-sustrato.

Resolver
Practica★★★Sin empezar
En un laboratorio de bioquímica se investiga la estabilidad térmica de una enzima humana intracelular. Se incuban alícuotas de la enzima durante 20 minutos a cuatro…

En un laboratorio de bioquímica se investiga la estabilidad térmica de una enzima humana intracelular. Se incuban alícuotas de la enzima durante 20 minutos a cuatro temperaturas distintas ($15\ \text{°C}$, $37\ \text{°C}$, $45\ \text{°C}$ y $70\ \text{°C}$). A continuación, cada muestra se divide en dos fracciones:

  • Fracción 1: se mide inmediatamente su velocidad catalítica a la misma temperatura a la que fue incubada.

  • Fracción 2: se devuelve la muestra a $37\ \text{°C}$, se esperan 15 minutos y se mide entonces su velocidad catalítica a $37\ \text{°C}$.

Los resultados muestran que la Fracción 1 tiene actividad óptima a $37\ \text{°C}$, muy baja a $15\ \text{°C}$ y nula a $70\ \text{°C}$. En la Fracción 2, la muestra pretratada a $15\ \text{°C}$ recupera el $100\ \%$ de su actividad máxima, mientras que la pretratada a $70\ \text{°C}$ mantiene una actividad del $0\ \%$.

  1. a) Interpretá molecularmente los resultados de la Fracción 2 para las muestras de $15\ \text{°C}$ y $70\ \text{°C}$, distinguiendo entre la energía cinética del sistema y la desnaturalización proteica.
  2. b) Predecí cómo variaría la curva de la Fracción 1 si se utilizara una enzima equivalente purificada de la bacteria termófila Thermus aquaticus ($T_{\text{óptima}} \approx 75\ \text{°C}$) y justificá qué adaptaciones en los enlaces de su estructura terciaria le permiten ser funcional a esa temperatura.
Resolver

Cofactores, saturación e inhibición enzimática

Los cofactores, el efecto del sustrato y la regulación enzimática forman parte del programa de Química del carbono de 6.º año (DGCyE, Res. 3828/09).

Un cofactor es un componente no proteico necesario para algunas enzimas: puede ser un ion, como Mg²⁺ o Zn²⁺, o una molécula orgánica llamada coenzima. Muchas vitaminas del complejo B son coenzimas o precursoras de ellas; no aportan energía, ni tomar más vitamina garantiza más actividad enzimática. La apoenzima con su cofactor funcional forma la holoenzima.

Si aumentás el sustrato con una cantidad fija de enzima, la velocidad inicial crece hasta acercarse a una velocidad máxima: los centros activos se saturan. La actividad de las enzimas también se regula con inhibidores, sustancias que disminuyen su actividad; aquí solo los mencionamos como un factor de regulación.

Gráfica de velocidad frente a concentración de sustrato con saturación Vmáx (saturación) Velocidad inicial (v) Concentración de sustrato [S]

Resumen

Volvé al principio: el huevo en la sartén y la leche con limón cambian porque el calor y el pH rompen las interacciones débiles que mantienen plegadas a las proteínas. Las cadenas se desnaturalizan y se enredan, pero sus enlaces peptídicos siguen intactos.

Ver todos los ejercicios de este apartado