En la mayoría de los casos, la
función de las proteínas depende de la interacción reversible con moléculas (ligandos). Al interaccionar con el
ligando, la estructura terciaria de la proteína cambia, lo que puede
desencadenar efectos fisiológicos al modificarse la actividad de dicha
proteína. La unión del ligando a la proteína se produce en los sitios de fijación o de unión.
2.1 Una proteína fibrosa con función estructural: el colágeno
El colágeno es la proteína con
función estructural más abundante en vertebrados. Existen varios tipos siendo
el I el más abundante.
2.1.1 La molécula de colágeno tiene estructura triple hélice
La molécula tiene una estructura
triple hélice dextrógira formada por cadenas individuales denominadas cadenas α. Cada cadena tiene una estructura
secundaria de hélice levógira sin puentes de hidrógeno intracatenarios. La
estructura cuaternaria del colágeno se estabiliza con puentes de hidrógeno
entre cadenas α y por entrecruzamiento covalente. Las zonas terminales (telopéptidos) carecen de estructura
triple hélice y son esenciales para la formación de fibrillas en algunos
tejidos.
Tiene un elevado contenido en glicina (Gly), prolina (Pro),
hidroxiprolina (Hyp) e hidroxilisina (HyLys). La presencia de una Gly cada tres
aminoácidos es necesaria para que las tres cadenas se puedan empaquetar de
forma densa. La importancia de este aminoácido se evidencia por ejemplo en la
osteogénesis imperfecta. En cuanto a la Pro y Hyp limitan la rotación de la
cadena y le proporcionan la estructura secundaria helicoidal. La Hyp es
catalizada por la prolil hidroxilasa que precisa la vitamina C como coenzima. Este
aminoácido es necesario para la formación de puentes de hidrógeno entre los
grupos hidroxilo y el agua.
La hidroxilisina permite la formación de los entrecruzamientos
covalentes intramoleculares e intermoleculares de las moléculas de colágeno.
En cuanto a las enfermedades asociadas a alteraciones genéticas o
metabólicas del colágeno tenemos:
- Osteogénesis imperfecta: Una mutación da como resultado cadenas α donde faltan 84 aminoácidos. Las cadenas cortas sea asocian con las normales, formando una triple hélice defectuosa que es degradada. Existen otros tipos donde la Gly es sustituida por otro aminoácido, dando también una cadena inestable.
- Escorbuto: La deficiencia de colágeno se debe a falta de ácido ascórbico (vitamina C) necesario para la activación de dos hidroxilasas que catalizan la hidroxilación de los residuos de Pro y Lys. Esto también produce hélices inestables que son degradadas en el interior de la célula.
- Latirismo: Enfermedad inducida por la ingesta de semillas de la planta Lathyrus odoratus (guisante dulce) que contiene un β-aminopropionitrilo que actúa como inhibidor irreversible de la enzima lisil oxidasa requerida en la primera etapa de oxidación que lleva a la formación de los entrecruzamientos de las moléculas de colágeno.
2.1.2 Las moléculas de colágeno se pueden asociar formando fibras
En los colágenos tipo I, III, V y
XI las unidades se reagrupan formando estructuras macromoleculares. Las
moléculas de colágeno se disponen en líneas paralelas en forma de escalera (ver
imagen) de forma que no existe conexión entre sus extremos (separados por 400
Amstrong). La disposición se obtiene por superposición de las zonas apolares e
ionizables de moléculas contiguas entre las que se establecen fuerzas de
atracción no covalentes (hidrofóbicas y electrostáticas).
Los enlaces covalentes son los responsables
de las diferencias físico-químicas de los colágenos de los diferentes tejidos y
de los cambios que se aprecian durante el envejecimiento. La primera etapa para
la formación de estos enlaces es la oxidación de grupo amino de la cadena
lateral de un residuo de Lys que se transforma en un grupo aldehído (residuo
oxidado se denomina alisina).
2.1.3 El colágeno se sintetiza como procolágeno
El principal tipo de colágeno en
mamíferos es el tipo I y su síntesis se realiza en los fibroblastos y
osteoblastos. El proceso comienza en el retículo endoplasmático rugoso y
finaliza en el aparato de Golgi, donde se forma el procolágeno. Esta molécula contiene unas zonas globulares en los extremos
C y N terminales (propéptidos) que impiden que las moléculas se asocien
formando fibras en el interior de la célula. Los propéptidos se eliminan fuera
de la célula.
Hay que
mencionar que las enzimas que se encargan de degradar el colágeno se denominan colagenasas.
2.2 Una proteína globular con estructura cuaternaria que une ligandos específicos: la hemoglobina
La hemoglobina se encarga de
transportar el oxígeno en la sangre, pero también el CO2 y los H+.
Se trata de una proteínas esférica compuesta por 4 subunidades (2 cadenas α y 2 cadenas β). Cada subunidad cuenta
con un grupo prostético hemo, con
capacidad para fijar un oxígeno. Esta unión produce un cambio en la estructura
cuaternaria de la proteína, que pasa de una forma denominada T a una forma R
(presenta mayor afinidad por el oxígeno). Esto es lo que provoca que las
posteriores moléculas de oxígeno se unan con mayor facilidad a la hemoglobina. El
equilibrio entre las formas T y R permite controlar el transporte de gases por
el organismo. Este equilibrio está controlado por la concentración de H+,
que si aumentan inducen a la molécula de hemoglobina a desprenderse del
oxígeno.
La reacción inversa se produce en
los tejidos que necesitan oxígeno, ya que el intenso metabolismo provoca un
aumento en el ácido láctico y por lo tanto de H+. De este modo se
libera el oxígeno en los tejidos que lo necesitan y además, la hemoglobina
actúa como un sistema tampón.
En el efecto Bohr ocurre lo contrario a lo anterior y consiste en pasar
de forma T a R cuando la Hb capta oxígeno en los pulmones. Este efecto es de
gran importancia fisiológica.
2.3 Las inmunoglobulinas tienen función de defensa gracias a uniones específicas
Las inmunoglobulinas (Ig) son
producidas por los linfocitos B para combatir antígenos extraños. El mecanismo
explicado de forma sencilla consiste en marcar estas moléculas extrañas para
que otras células (linfocitos T), las reconozcan y destruyan.
Para que comience la síntesis de
Ig, debe existir una molécula antigénica. Esta molécula contiene unas porciones
denominadas epítopos capaces de
desencadenar la producción de anticuerpos y la respuesta del sistema inmune.
Las Ig son glucoproteínas compuestas por dos cadenas ligeras (L) y dos cadenas
pesadas (H) que se asocian formando una estructura en forma de Y (en el caso de
Ig G) que se mantiene por fuerzas no covalentes y puentes disulfuro
intercatenarios. Al tener las 4 cadenas la misma orientación, los extremos
N-terminales se encuentran próximos. Los extremos C-terminales se denominan dominios constantes al tener secuencias
semejantes en todos los antígenos, mientras que los extremos N-terminales se
denominan dominios variables y son
específicos para unirse a cada antígeno. La unión se produce mediante
interacciones no covalentes (Van der Waals, puendes de hidrógeno…) con el
antígeno y se producen cambios conformacionales en la proteína.
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