Proteólisis

Qué es la proteólisis

En 1880 se documenta por primera vez la palabra, formada por proteína (del griego prōteios, "de primera calidad", el mismo origen que da nombre a las proteínas) y el sufijo lisis, del griego lýsis, "disolución" o "descomposición". Es una acuñación relativamente tardía dentro del vocabulario bioquímico, coincidiendo con la consolidación de esta disciplina como campo independiente de la fisiología clásica.

Conviene no confundirla con la desnaturalización proteica, un fenómeno que también altera la función de la proteína pero que no rompe ningún enlace peptídico: el calor o el pH extremo pueden desplegar la estructura tridimensional sin tocar el esqueleto covalente que la proteólisis sí destruye. Tampoco equivale a la hidrólisis en sentido amplio, que incluye la ruptura de cualquier enlace químico por adición de agua (los enlaces glucosídicos de un almidón, por ejemplo); proteólisis designa específicamente la hidrólisis del enlace peptídico.

Dos formas de cortar la cadena: endopeptidasas y exopeptidasas

Las enzimas que ejecutan la proteólisis se dividen, según el punto de la cadena donde actúan, en dos grandes grupos. Las endopeptidasas cortan en el interior de la molécula y generan fragmentos de tamaño comparable; es el caso de la tripsina o la quimotripsina pancreáticas. Las exopeptidasas retiran, en cambio, un aminoácido cada vez desde uno de los extremos: las aminopeptidasas trabajan desde el extremo amino y las carboxipeptidasas desde el extremo carboxilo.

Existe además una segunda clasificación, esta basada en el mecanismo químico del corte: serínicas, cisteínicas, aspárticas y metaloproteasas, según sea un residuo de serina, de cisteína, un par de ácidos aspárticos o un ion metálico (habitualmente zinc) el que ataca al enlace peptídico. La nomenclatura internacional agrupa a todas estas enzimas bajo el código EC 3.4, una subclase de las hidrolasas que a estas alturas incluye varios cientos de miembros catalogados.

Cómo la célula destruye sus propias proteínas

Dentro de la célula conviven dos sistemas de degradación bien diferenciados. El primero ocurre en el lisosoma, un orgánulo con un interior ácido donde actúan las catepsinas, y procesa sobre todo proteínas de membrana y material captado del exterior por endocitosis. El segundo, el sistema ubiquitina-proteasoma, marca la proteína destinada a desaparecer con varias copias de una pequeña proteína llamada ubiquitina y la conduce hasta los proteasomas, estructuras cilíndricas que la desmontan en el citosol.

El hallazgo de este segundo mecanismo tardó en llegar. No fue hasta finales de la década de 1970 cuando Aaron Ciechanover, Avram Hershko e Irwin Rose describieron el papel de la ubiquitina en la degradación regulada de proteínas, un trabajo que la Academia sueca reconoció con el Premio Nobel de Química de 2004. El etiquetado con ubiquitina, además, consume energía en forma de ATP, lo que permite a la célula decidir con precisión qué proteína destruir y en qué momento.

La proteólisis fuera del citosol: digestión y cascadas de activación

Buena parte de las proteínas de la dieta se degradan por la vía extracelular clásica: la pepsina gástrica inicia el ataque sobre las cadenas, y la tripsina y la quimotripsina pancreáticas lo completan en el intestino delgado hasta liberar péptidos cortos y aminoácidos absorbibles. Estas enzimas se sintetizan como precursores inactivos, los zimógenos, que solo se activan mediante un corte proteolítico puntual; el propio tripsinógeno se convierte en tripsina activa por acción de la enterocinasa intestinal, y la tripsina resultante activa en cadena al resto de precursores pancreáticos.

El mismo principio (activación por corte selectivo, nunca por síntesis de novo) sostiene otros sistemas fisiológicos que necesitan respuestas rápidas. La cascada de la coagulación sanguínea y el sistema del complemento funcionan como series de proteólisis encadenadas, en las que cada enzima activada corta y activa a la siguiente. Durante la apoptosis, un grupo de proteasas llamadas caspasas desmantela de forma ordenada las proteínas estructurales de la célula que va a morir.

Preguntas frecuentes

¿De dónde procede el nombre proteólisis?

De proteína y del griego lýsis, disolución. Aunque el fenómeno se conocía desde mucho antes, la palabra como tal no aparece documentada hasta 1880, cuando la química de las proteínas empezaba a consolidarse como campo propio.

¿Es siempre un proceso perjudicial para la célula?

No. La mayor parte de la proteólisis intracelular es un mecanismo de mantenimiento, no de daño: elimina proteínas mal plegadas, recicla aminoácidos y regula la concentración de reguladores clave como las ciclinas del ciclo celular.

¿Qué diferencia hay entre la proteólisis digestiva y la intracelular?

La digestiva ocurre fuera de las células, en la luz del tubo digestivo, y su objetivo es obtener aminoácidos a partir de proteínas ajenas al organismo, las de la dieta. La intracelular opera dentro de cada célula sobre sus propias proteínas y persigue objetivos de regulación y control de calidad más que de simple nutrición. Ambas comparten la maquinaria química (la hidrólisis del enlace peptídico), pero difieren en localización, en sustrato y en finalidad biológica. Una tercera modalidad, la proteólisis extracelular no digestiva, la de la coagulación o el complemento, añade un matiz más: no busca degradar por completo la proteína, sino activarla mediante un corte único y específico.

¿Es lo mismo que la desnaturalización de una proteína?

Es una confusión frecuente, pero no son lo mismo. La desnaturalización deshace los plegamientos y las interacciones que dan forma tridimensional a la proteína, por calor, pH extremo o ciertos disolventes, sin romper ningún enlace peptídico: la cadena sigue intacta, solo pierde su forma funcional. La proteólisis, en cambio, corta directamente esa cadena. Una clara de huevo cocida está desnaturalizada, no proteolizada.

Referencias

1. Biblioteca Nacional de Medicina de Estados Unidos. Enzima. MedlinePlus, enciclopedia médica.
2. National Library of Medicine (NIH). Biochemistry, Protein Catabolism. StatPearls.
3. National Library of Medicine (NIH). Protein Degradation. The Cell, 4.ª edición.
4. The Nobel Prize. The Nobel Prize in Chemistry 2004. Nota de prensa.