PROTEÍNAS

Las proteínas son polímeros orgánicos formados por más de 100 aminoácidos. Por debajo de 100 aminoácidos, se denominan péptidos, y entre 2 y 20, oligopéptidos. Un aminoácido está compuesto por un carbono alfa unido a un hidrógeno, un grupo carboxilo y un grupo amino. Lo que diferencia a los aminoácidos entre sí es el radical unido al cuarto enlace del carbono alfa.

Existen 20 aminoácidos, que pueden ser esenciales o no esenciales. Los aminoácidos presentan carácter anfótero y capacidad amortiguadora, actuando como ácidos o bases según el pH del medio:

• pH ácido: mayor concentración de protones.
• pH básico: menor concentración de protones.
• pH neutro: punto isoeléctrico.

Clasificación de las proteínas

Según su grupo radical (características químicas):

• Grupos R no polares, alifáticos.
• Grupos R polares (sin carga).
• Grupos R cargados positivamente.
• Grupos R cargados negativamente.
• Grupos R no polares, aromáticos.

Según si pueden ser sintetizados o no:

• Esenciales: Nuestro organismo no puede sintetizarlos, por lo que deben obtenerse a través de la dieta.
• No esenciales: Nuestro organismo puede sintetizarlos, aunque no se obtengan a través de la dieta.

Enlace peptídico

El enlace peptídico es el enlace que se establece entre dos aminoácidos, mediante la unión del grupo carboxilo de uno con el grupo amino del otro. En este proceso se libera una molécula de agua.

Niveles de organización de las proteínas

1. Estructura primaria: Secuencia o cadena de aminoácidos.
2. Estructura secundaria: Se produce cuando la secuencia de aminoácidos se pliega mediante enlaces de hidrógeno, formando estructuras como hélices alfa y láminas beta.
3. Estructura terciaria: Se produce por interacciones entre las hélices alfa y láminas beta, dando lugar a una estructura tridimensional.
4. Estructura cuaternaria: Proteína formada por más de una cadena de aminoácidos.

Síntesis de proteínas

La síntesis de proteínas tiene lugar en los ribosomas y está determinada por la información genética. Siempre se sintetizan en el interior de la célula, aunque posteriormente pueden ser excretadas.

Funciones de las proteínas

1. Estructural: Proporcionan soporte y estructura a células y tejidos. Ejemplo: colágeno.
2. Contráctil: Permiten el movimiento y la contracción muscular. Ejemplo: actina y miosina.
3. Enzimática: Catalizan reacciones químicas. Ejemplo: enzimas digestivas.
4. Homeostática: Mantienen el equilibrio interno del organismo. Ejemplo: regulación del pH.
5. Inmunológica: Participan en la defensa del organismo contra patógenos. Ejemplo: anticuerpos.
6. Protectora o defensiva: Protegen al organismo de daños. Ejemplo: protrombina y fibrinógeno (coagulación sanguínea).
7. Señalización: Transmiten señales entre células. Ejemplo: hormonas.

Proteínas plasmáticas

Las proteínas plasmáticas son proteínas presentes en el plasma sanguíneo. Pueden ser secretadas por las propias células de la sangre o por otros tejidos. Sus funciones incluyen:

• Reserva energética.
• Amortiguadora del pH.
• Defensa.
• Catalizadora.
• Mantenimiento del equilibrio osmótico.
• Hemostasia.
• Transporte de diversas sustancias.

Principales proteínas plasmáticas:

• Albúmina (55%): Es la proteína más abundante en el plasma. Contiene todos los aminoácidos esenciales, regula la presión osmótica y el equilibrio ácido-base. Su vida media es de 15 días.
• Globulinas (45%): Grupo heterogéneo de proteínas que se dividen en tres tipos:
  • Alfa (14-15%): Aumentan en procesos inflamatorios. Ejemplos: alfa 1 antitripsina, alfa 1 lipoproteínas, transcobalamina, ceruloplasmina, haptoglobulina, alfa 2 lipoproteínas, eritropoyetina, alfafetoproteína y protrombina.
  • Beta (12-14%): Ejemplos: transferrina, C3, C4, beta lipoproteínas y hemopexina.
  • Gamma (17%): Son los anticuerpos (inmunoglobulinas). Se sintetizan en los linfocitos. Ejemplos: IgG, IgA, IgM, IgD e IgE.

La albúmina, las globulinas alfa y beta se sintetizan en el hígado y se vierten en la sangre.

Metabolismo de las proteínas

Las proteínas de nuestro organismo están en constante recambio. Se degradan las proteínas viejas y se sintetizan nuevas. La falta de ingesta de proteínas puede provocar pérdida de masa muscular, mientras que un exceso de proteínas sin un aumento en la síntesis muscular puede provocar hipertrofia.

Catabolismo de proteínas

Los aminoácidos sobrantes se degradan en el hígado para ser metabolizados y excretados. Los aminoácidos no se pueden almacenar como energía. El proceso principal en el catabolismo de aminoácidos es la transaminación y desaminación oxidativa, donde se separa el grupo amino del esqueleto carbonado.

El grupo amino se transfiere a un cetoácido, formando glutamato. El glutamato se degrada mediante la enzima glutamato deshidrogenasa, generando poder reductor (NADH) y amonio. El amonio se elimina a través del ciclo de la urea, mientras que los cetoácidos pueden entrar al ciclo de Krebs, convertirse en glucosa o en cuerpos cetónicos.

Anabolismo de proteínas

Los aminoácidos procedentes de la dieta, la síntesis o el recambio proteico se utilizan para sintetizar nuevas proteínas. Este proceso se lleva a cabo en el citoplasma gracias a los ribosomas y está dirigido por la información genética. La síntesis se produce mediante la unión de aminoácidos uno a uno, gracias a los ARN de transferencia (proceso de traducción).

Alteraciones del metabolismo de las proteínas

Las alteraciones del metabolismo de las proteínas pueden afectar al metabolismo de los aminoácidos (aminoacidopatías) o al metabolismo de las proteínas plasmáticas.

Aminoacidopatías

Las aminoacidopatías son enfermedades causadas por la alteración en el metabolismo de algún aminoácido. Pueden ser causadas por:

1. Déficits enzimáticos: Una enzima no funciona correctamente, lo que provoca la acumulación de aminoácidos.
2. Alteraciones en las enzimas transportadoras: Las enzimas que transportan los aminoácidos dentro de las células no funcionan correctamente.

Diagnóstico genético o mediante HPLC de las aminoacidopatías causadas por déficits enzimáticos:

1. Trastornos del ciclo de la urea: Acumulación de amonio (hiperamonemia).
2. Trastornos del metabolismo de aminoácidos aromáticos: Ejemplo: fenilcetonuria (se detecta mediante la prueba del talón en recién nacidos).
3. Trastornos del metabolismo de aminoácidos ramificados: Afectan a la valina, leucina e isoleucina. Ejemplo: enfermedad de la orina con olor a jarabe de arce.
4. Trastornos del metabolismo de aminoácidos sulfurados: Afectan a la metionina y la cisteína. Ejemplo: hiperhomocisteinemia.

Diagnóstico genético o mediante HPLC de las aminoacidopatías causadas por alteraciones en el transporte:

1. Trastornos por defecto de transporte a través de la membrana celular: Ejemplo: cistinuria (provoca cálculos renales).
2. Enfermedad de Hartnup: El triptófano no se puede incorporar a las células o tejidos, provocando dermatitis, diarrea y demencia.
3. Síndrome de Fanconi: Varios tipos de aminoácidos no se absorben correctamente, provocando aminoaciduria.
4. Defecto de transporte en los lisosomas: Conocido como cistinosis.

Alteraciones del metabolismo de las proteínas plasmáticas

Las alteraciones en el metabolismo de las proteínas plasmáticas pueden deberse a:

1. Variación en la velocidad de síntesis o metabolismo.
2. Aumento o expansión del volumen plasmático.
3. Pérdida anormal de proteínas en el aparato digestivo.

Tipos de alteraciones:

• Hipoproteinemias: Disminución de las proteínas plasmáticas.
  • Hipoalbuminemia: Niveles bajos de albúmina.
  • Hipoglobulinemias: Niveles bajos de globulinas.
• Hiperproteinemias: Aumento de las proteínas plasmáticas.
  • De globulinas alfa: Se observa en procesos inflamatorios agudos y tumores.
  • De globulinas alfa y beta: Se observa en procesos similares a las alfa, pero con características diferentes.
  • De globulinas gamma (anticuerpos): Se observa en infecciones o enfermedades autoinmunes.
• Paraproteinemias: Presencia en plasma de una proteína anormal o de alguno de sus fragmentos. Se observa en mielomas y leucemias.
• Crioglobulinemias: Presencia de inmunoglobulinas en el plasma que precipitan al disminuir la temperatura.

Métodos para la cuantificación de proteínas totales

• Método de Kjeldahl: Método complejo y laborioso que se basa en la determinación del nitrógeno presente en la muestra. No se utiliza en bioquímica clínica.
• Métodos espectrofotométricos: Se basan en la capacidad de las proteínas para absorber luz a determinadas longitudes de onda.
  • Directos: Se basan en la absorbancia de los aminoácidos aromáticos a 280 nm. Requiere grandes cantidades de proteína.
  • Indirectos: Se basan en la reacción de las proteínas con un reactivo para formar un compuesto coloreado que se puede medir. Ejemplos:
    • Método de Biuret: Reacción del cobre en medio básico con los enlaces peptídicos. Baja sensibilidad.
    • Método de Lowry: Evolución del método de Biuret, más sensible.
    • Método de Bradford: Reacción de las proteínas con azul de Coomassie. Sensible, rápido y barato.
    • Método BCA: Reacción con ácido bicinconínico. Muy sensible.
• Métodos refractométricos: Se basan en la medida del índice de refracción, que es proporcional a la concentración de proteínas. Método orientativo, no muy preciso.

Métodos para la cuantificación de proteínas específicas

Se utilizan diferentes métodos, como la cromatografía, la electroforesis y los ensayos enzimáticos. En los laboratorios clínicos se utilizan principalmente los métodos inmunoquímicos o inmunoensayos, como la turbidimetría, la nefelometría y los enzimoinmunoensayos (ELISA).

Métodos para el fraccionamiento de proteínas plasmáticas

El método principal para el fraccionamiento de proteínas plasmáticas es la electroforesis, generalmente en acetato de celulosa. Se utiliza un pH básico para que las proteínas adquieran carga negativa y migren hacia el ánodo. Las proteínas se separan en función de su movilidad electroforética, obteniendo bandas correspondientes a albúmina, globulinas alfa, beta y gamma.

La cuantificación de las proteínas separadas por electroforesis se puede realizar mediante:

• Espectrofotometría: Se miden las absorbancias de las bandas separadas.
• Densitometría: Se tiñen las bandas y se mide la intensidad del colorante, que es proporcional a la cantidad de proteína.

Proteómica

La proteómica es la rama de la ciencia que estudia el proteoma, es decir, el conjunto de todas las proteínas presentes en una célula o muestra. Se basa en técnicas como la espectrometría de masas y la bioinformática.

Los estudios de proteómica comparan muestras de individuos sanos con muestras de individuos con alguna patología para identificar diferencias en la expresión de proteínas. Se extraen las proteínas, se marcan con fluorocromos y se separan mediante electroforesis bidimensional. Las proteínas se identifican mediante espectrometría de masas.

ectrometría de masas.