Proteína

Qué es una proteína

El término fue acuñado en 1838 por el químico neerlandés Gerardus Johannes Mulder, siguiendo una sugerencia del sueco Jöns Jacob Berzelius. Berzelius propuso la raíz griega πρωτεῖος (prōteîos, «primero», «principal»), convencido de que estas sustancias ocupaban un lugar preeminente entre los compuestos orgánicos. La intuición era acertada: hoy sabemos que las proteínas representan aproximadamente la mitad del peso seco de una célula.

Cada proteína se construye a partir de un repertorio de veinte aminoácidos estándar. El orden en que estos se enlazan queda inscrito en la secuencia de un gen, y el proceso celular que convierte esa información en una cadena de aminoácidos es la traducción, llevada a cabo en los ribosomas. Una vez sintetizada, la cadena adopta una conformación tridimensional precisa de la que depende toda su actividad biológica. Si esa conformación se pierde (un fenómeno llamado desnaturalización), la proteína deja de funcionar, aunque su secuencia de aminoácidos permanezca intacta.

Niveles de organización estructural

La bioquímica distingue cuatro niveles de estructura en las proteínas. La estructura primaria es la secuencia lineal de aminoácidos, determinada directamente por el ADN del gen correspondiente. A partir de esta secuencia surgen patrones locales de plegamiento que constituyen la estructura secundaria: las hélices alfa, estabilizadas por puentes de hidrógeno intracatenarios, y las láminas beta, en las que segmentos de la cadena discurren en paralelo o antiparalelo formando hojas plegadas.

Cuando la cadena completa se pliega sobre sí misma hasta alcanzar una forma compacta y globular (o fibrosa, según el caso), hablamos de estructura terciaria. En este nivel intervienen interacciones hidrofóbicas, puentes disulfuro entre residuos de cisteína, fuerzas electrostáticas y enlaces de van der Waals. Algunas proteínas funcionan como unidades aisladas con un solo polipéptido plegado; otras necesitan asociarse con subunidades adicionales para ser activas, y esa asociación define la estructura cuaternaria. La hemoglobina, compuesta por cuatro subunidades (dos alfa y dos beta), es probablemente el ejemplo más citado en los libros de texto.

Funciones biológicas

Las proteínas intervienen en prácticamente todos los procesos celulares. Las enzimas aceleran reacciones químicas que, sin catálisis, tardarían horas o días en producirse; la pepsina del estómago o la lactasa del intestino delgado son ejemplos cotidianos. Proteínas estructurales como el colágeno dan resistencia mecánica a tendones y piel, mientras que la queratina forma uñas y cabello.

En el sistema inmunitario, los anticuerpos reconocen y neutralizan patógenos con una especificidad notable. La albúmina sérica transporta ácidos grasos, hormonas y fármacos por el torrente sanguíneo, y de paso mantiene la presión oncótica del plasma. No todas las proteínas actúan solas: muchas forman complejos multiproteicos (el propio ribosoma contiene decenas de proteínas distintas asociadas al ARN ribosómico) y otras se insertan en membranas celulares para funcionar como receptores o canales iónicos.

Plegamiento y chaperonas

La cadena polipeptídica recién sintetizada puede comenzar a plegarse mientras todavía está siendo traducida en el ribosoma. En muchos casos el plegamiento ocurre de forma espontánea, guiado por las propiedades fisicoquímicas de los aminoácidos de la secuencia: los residuos hidrofóbicos tienden a agruparse en el interior de la molécula, alejándose del agua circundante, y los hidrofílicos quedan expuestos en la superficie.

Sin embargo, no siempre basta con la termodinámica. Las chaperonas moleculares son proteínas especializadas en asistir el plegamiento correcto de otras proteínas, evitando que las cadenas nacientes se agreguen entre sí antes de alcanzar su conformación nativa. Cuando el sistema de control de calidad detecta una proteína mal plegada, el proteasoma (un complejo proteolítico cilíndrico) la degrada y recicla sus aminoácidos. Las enfermedades por acumulación de proteínas mal plegadas, como la enfermedad de Alzheimer o las amiloidosis sistémicas, ilustran las consecuencias clínicas de un fallo en estos mecanismos.

Contexto histórico del estudio de las proteínas

Tras la propuesta de Mulder y Berzelius en 1838, el siguiente gran avance llegó en 1902, cuando Emil Fischer y Franz Hofmeister postularon de forma independiente que los aminoácidos se unían mediante enlaces peptídicos, una hipótesis que Fischer demostró sintetizando péptidos cortos en el laboratorio. La cristalografía de rayos X, aplicada por William Astbury a fibras de lana y seda en la década de 1930, reveló que las proteínas poseían una regularidad interna incompatible con un amasijo desordenado de átomos.

Frederick Sanger determinó en 1955 la secuencia completa de aminoácidos de la insulina bovina, lo que le valió el Nobel de Química en 1958. Tres años después, John Kendrew y Max Perutz resolvieron las primeras estructuras tridimensionales de proteínas (mioglobina y hemoglobina, respectivamente) por difracción de rayos X, demostrando que el plegamiento no era aleatorio sino reproducible y específico para cada secuencia.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene la palabra «proteína»?

Del griego πρωτεῖος (prōteîos), que significa «primero» o «principal». Berzelius sugirió el nombre en 1838 y Mulder lo adoptó en una publicación de ese mismo año. La elección del término reflejaba la convicción de que estas moléculas eran las más relevantes de la materia viva, una idea que el tiempo no ha desmentido.

¿Es lo mismo proteína que polipéptido?

No exactamente. Un polipéptido es una cadena lineal de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos; una proteína es un polipéptido (o un conjunto de polipéptidos) que ha adquirido una conformación funcional. Todas las proteínas contienen al menos un polipéptido, pero un polipéptido aislado y sin plegar no se considera una proteína activa.

¿Cuántas proteínas tiene el cuerpo humano?

El genoma humano codifica entre 20 000 y 25 000 genes productores de proteínas, pero el número real de formas proteicas es mucho mayor. El empalme alternativo del ARN mensajero, las modificaciones postraduccionales (fosforilación, glucosilación, acetilación) y los cortes proteolíticos generan un proteoma estimado en varios cientos de miles de variantes.

¿Qué ocurre cuando una proteína se desnaturaliza?

Pierde su estructura tridimensional y, con ella, su función. La desnaturalización puede ser reversible (si se retira el agente causante, la proteína vuelve a plegarse) o irreversible. El ejemplo más visible en la vida cotidiana es la clara de huevo al calentarse: la ovoalbúmina se desnaturaliza y pasa de transparente y soluble a blanca y sólida.

Referencias

1. National Human Genome Research Institute (NHGRI). Proteína.
2. MedlinePlus Genética. ¿Qué son las proteínas y qué es lo que hacen?.
3. Real Academia Española. Proteína. Diccionario de la lengua española, 23.ª edición.
4. MedlinePlus. Aminoácidos.