Las proteínas: funciones esenciales para la vida

Para disfrutar de una buena salud y un sistema inmune que funcione correctamente, necesitamos una alimentación sana y equilibrada. Las proteínas son esenciales en este sentido, ya que desempeñan múltiples funciones de gran importancia para el organismo.

Las proteínas ayudan a "fabricar" células, tejidos, hormonas, enzimas, neurotransmisores, catalizadores y muchas otras estructuras vitales. Además, fortalecen músculos, piel y huesos, realizan la mayor parte del trabajo celular, creando nuevas células y reparando las dañadas.

¿Qué son las proteínas?

Las proteínas son moléculas grandes y complejas compuestas por cadenas de miles de unidades más pequeñas denominadas aminoácidos. Estos aminoácidos son esenciales para la formación de las proteínas.

Existen 20 tipos diferentes de aminoácidos que se combinan entre sí para formar una proteína específica. La secuencia en la que se combinan estos aminoácidos determina la función y la estructura de cada proteína.

Cada célula del organismo tiene proteínas en su interior. Es fundamental incluir en la dieta aminoácidos para que el organismo pueda producir las proteínas que necesita.

Clasificación de los aminoácidos

Los aminoácidos se clasifican en:

• Esenciales: El organismo no puede producirlos y deben obtenerse de los alimentos. Se pueden extraer de fuentes animales (pescado, carne, leche) y vegetales (soja, legumbres, trigo, quinoa, nueces).
• No esenciales: El organismo los produce a partir de los aminoácidos esenciales o de la descomposición de otras proteínas.
• Condicionales: Son imprescindibles en momentos de enfermedad y estrés.

Clasificación de las proteínas según su valor biológico

Las proteínas, junto a los carbohidratos y las grasas, son los principales nutrientes para el organismo. Podemos clasificar las proteínas según su valor biológico, en función de lo que aportan y cómo son asimiladas por el organismo.

Normalmente, son de alta calidad aquellas que contienen mayor cantidad de aminoácidos esenciales. Podemos dividirlas en:

• Alto: Provienen de alimentos de origen animal (carnes, huevos, pescados).
• Medio: Provienen de cereales, legumbres y frutos secos.
• Bajo: Provienen de verduras, tubérculos y algunas frutas.

Función de las proteínas

Es fundamental que nuestra dieta incluya proteínas debido a su importancia en la formación de diferentes tejidos. Nuestro organismo está en constante construcción, los tejidos se destruyen y vuelven a reconstruirse constantemente (por ejemplo, la piel, células sanguíneas, etc.).

Las proteínas desempeñan las siguientes funciones:

• Fuente esencial de energía: Proporcionan energía al organismo.
• Funciones de todas las células: Son necesarias para las funciones de todas las células.
• Formación y reparación de tejidos: Son necesarias para formar y reparar tejidos de la piel, órganos, músculos y huesos.
• Fortalecimiento del sistema inmunitario: Ayudan en la formación de anticuerpos, fortaleciendo el sistema inmunitario.
• Estructura del ADN: Están presentes en la estructura del ADN.
• Distribución de oxígeno en la sangre: Ayudan a distribuir el oxígeno en la sangre.
• Producción de enzimas: Producen enzimas que facilitan la digestión de alimentos.
• Asimilación de nutrientes: Son imprescindibles para la buena asimilación de nutrientes esenciales.
• Control de los niveles de azúcar en la sangre: Son necesarios para controlar los niveles de azúcar en la sangre.
• Mantenimiento del pH: Regulan el mantenimiento del pH.
• Producción de hormonas: Ayudan a crear numerosas hormonas que regulan funciones en el organismo.

Déficit proteico

Un déficit proteico puede dar lugar a las siguientes alteraciones:

• Pérdida de masa muscular
• Incremento del riesgo de fallo orgánico
• Defensas bajas (más infecciones)
• Riesgo de anemia
• Pérdida de eficacia de los sentidos
• Piel más seca y quebradiza (pérdida de pelo y uñas que se rompen)
• Sangrado de encías y debilitamiento de la dentadura
• Incremento de patologías digestivas como gastritis y gastroenteritis
• Osteoporosis (descalcificación de los huesos)
• Fallos en el sistema hormonal y de producción de enzimas

Clasificación de las proteínas según su función

Podemos describir las proteínas según su función como:

• Anticuerpo: Actúa uniéndose a ciertas partículas, virus o bacterias para eliminarlos (como la inmunoglobulina).
• Enzima: Catalizan las reacciones químicas que ocurren en las células (como la fenilalanina hidroxilasa).
• Mensajera: Transmiten señales para coordinar procesos biológicos entre diferentes células, tejidos y órganos (como algunas hormonas).
• Estructural: Brindan estructura y soporte a las células y permiten que el cuerpo se mueva.
• Transporte/almacenamiento: Se unen y transportan átomos y moléculas pequeñas dentro de las células y por todo el cuerpo.

¿Qué cantidad de proteínas necesitamos ingerir con la dieta?

No hay una cantidad fija, ya que las necesidades de ingesta de proteínas varían en función de factores como la edad, el embarazo, el ejercicio que se realiza, etc.

A nivel genérico, podemos decir que la ingesta diaria de proteína ha de ser al menos del 12 al 15% de la energía total siempre que se trate de una dieta equilibrada. Esto se traduce entre 0.8 y 1 gramo de proteínas por kilo de peso de la persona. En el caso de los deportistas, la ingesta ha de ser mayor para mantener y/o aumentar la musculatura, pudiendo llegar a los 2 gramos por kilo de peso del deportista.

Qué funciones tienen las proteínas en una célula

Las proteínas desempeñan la mayoría de las funciones de las células vivas. Esta versátil clase de macromolécula está involucrada en prácticamente todos los procesos celulares: las proteínas replican y transcriben el ADN, y producen, procesan y secretan otras proteínas. Controlan la división celular, el metabolismo y el flujo de materiales e información hacia y desde la célula. Comprender cómo funcionan las células requiere comprender cómo funcionan las proteínas.

La pregunta de qué hace una proteína dentro de una célula viva no es fácil de responder. Imagine aislar una proteína no caracterizada y descubrir que su estructura y secuencia de aminoácidos sugieren que actúa como una proteína quinasa. Simplemente saber que la proteína puede agregar un grupo fosfato a los residuos de serina, por ejemplo, no revela cómo funciona en un organismo vivo. Se requiere información adicional para comprender el contexto en el que se utiliza la actividad bioquímica. ¿Dónde se encuentra esta quinasa en la célula y cuáles son sus objetivos proteicos? ¿En qué tejidos está activa? ¿Qué vías influye? ¿Qué papel juega en el crecimiento o desarrollo del organismo?

En esta sección, analizaremos los métodos que se utilizan actualmente para caracterizar la estructura y función de las proteínas. Comenzaremos con un examen de las técnicas utilizadas para determinar la estructura tridimensional de proteínas purificadas. Luego discutiremos los métodos que se utilizan para predecir cómo funciona una proteína, en función de su homología con otras proteínas conocidas y su ubicación dentro de la célula. Finalmente, dado que la mayoría de las proteínas actúan en conjunto con otras proteínas, presentaremos técnicas para detectar interacciones proteína-proteína.

Qué son las proteínas y ejemplos

Las proteínas son macromoléculas presentes en las células que coordinan múltiples funciones vitales. También se conocen como polipéptidos.

Estas macromoléculas se encuentran en toda la materia viva. De hecho, podemos nutrirnos con ellas a través del consumo de productos animales como carnes, huevos y lácteos. Los granos, frutos secos y cereales también contienen proteínas, aunque su valor nutricional es menor.

Las proteínas están formadas por cadenas de compuestos orgánicos llamados aminoácidos. Por ende, contienen principalmente carbono, oxígeno, hidrógeno y nitrógeno. Algunas veces pueden contener elementos como azufre, magnesio, fósforo, hierro o cobre.

El proceso de formación de las proteínas se llama síntesis de proteínas, y se lleva a cabo en los ribosomas del citoplasma celular. Es allí donde se constituyen las cadenas de aminoácidos.

En cambio, se denomina desnaturalización de una proteína al proceso en el cual la estructura de la proteína sufre una modificación que inhabilita sus funciones. Por ejemplo, la albúmina de la clara de huevo, que se torna blanca al cocinarse.

Características de las proteínas

Las proteínas que caracterizan por los siguientes atributos:

• Función: Son multifuncionales, pues controlan diversas actividades vitales, tales como crear, regenerar y reparar tejidos (órganos, músculos, piel, uñas); oxigenar el organismo; proteger al cuerpo de infecciones; etc.
• Tamaño: Pueden contener desde siete aminoácidos hasta más de cien. Por ejemplo, la insulina tiene 51 aminoácidos, y la albúmina tiene 58
• Forma: Sus formas son variadas. Por ejemplo, mientras el fibrinógeno y el colágeno son lineales, las inmunoglobulinas tienen forma de Y.
• Extremos: Las proteínas tienen dos extremos, un extremo básico o extremo terminal N, y el otro ácido o extremo terminal C.
• Vida limitada: La célula tiene que ir reponiendo sus proteínas a medida que estas dejen de funcionar.

Funciones de las proteínas

Como existe gran diversidad de proteínas, cada una de ellas se ocupa de aspectos específicos del organismo. A continuación, se enumeran algunas funciones específicas de las proteínas.

• Función estructural: Las proteínas dan estructura a las células, transportan sustancias y dan elasticidad y resistencia a los tejidos. Por ejemplo, el colágeno.
• Función hormonal reguladora: Las hormonas son proteínas y, como tales, regulan diversas actividades del organismo. Por ejemplo, la insulina, regula los niveles de azúcar en la sangre.
• Función defensiva: Ciertas proteínas defienden el organismo de infecciones, bacterias y otros patógenos. Por ejemplo, los anticuerpos.
• Función enzimática: Consiste en catalizar las reacciones químicas que se producen en el organismo. Por ejemplo, las proteínas degradan nutrientes durante la digestión.
• Función transportadora: Algunas proteínas transportan oxígeno, lípidos y electrones por el organismo. Por ejemplo, la hemoglobina transporta el oxígeno desde los pulmones hasta los tejidos.
• Función homeostática: Ayudan a mantener el pH del organismo.
• Función de contracción muscular: Las proteínas ayudan a contraer los músculos. Es el caso de la miosina y la actina.

Clasificación de las proteínas

Las proteínas se clasifican según su composición química en simples u holoproteicas, y conjugadas o heteroproteicas.

Simples u holoproteicas

Son las proteínas que solo se forman con cadenas de aminoácidos. Estas se subdividen en:

• Proteínas globulares: Aquellas que están presentes en hormonas y anticuerpos. Por ejemplo: albúminas, enzimas, gluteninas prolaminas y la hormona tiritropina.
• Proteínas fibrosas: Aquellas que ayudan a dar resistencia y elasticidad a los tejidos. Por ejemplo: queratina, elastina, colágeno y fibroina.

Conjugadas o heteroproteicas

Son las que se forman por una parte proteica y otra no proteica. Esta parte se llama grupo prostético, y puede contener lípidos, azúcares, ácido nucleico o un ión inorgánico. Por ejemplo, las glicoproteinas son heteroproteicas porque tienen un azúcar adherido, es decir, hay un enlace que une a la proteína con el azúcar.

Estructura química de las proteínas

Las proteínas se componen de cadenas lineales de aminoácidos. Los aminoácidos se unen mediante los llamados enlace peptídico. Estos se forman al unir un grupo amino (NH 2 ) de un aminoácido y un grupo carboxilo (COOH) del aminoácido siguiente.

Una cadena formada de enlaces peptídicos recibe el nombre de cadena polipeptídica, y una o más cadenas de polipéptidos forman una proteína. Por esta razón, a las proteínas también se les conoce como cadenas polipeptídicas.

Se pueden distinguir cuatro niveles estructurales de las proteínas. A saber:

• Estructura primaria: Se establece por el número y el orden de los aminoácidos presentes.
• Estructura secundaria: Se refiere al plegado que adquiere la cadena polipeptídica, debido a fuerzas intramoleculares como los puentes de hidrógeno. Por ejemplo, forma de hélice o de hoja plegada.
• Estructura terciaria: Se refiere a la tridimensionalidad que adquiere la cadena polipeptídica. De esta tridimensionalidad dependen la función e interacción de las proteínas con el organismo.
• Estructura cuaternaria: Se produce cuando se juntan varias cadenas polipeptídicas entre sí, es decir, contienen al menos dos cadenas polipeptídicas. Son características de proteínas más complejas.

Ejemplos de proteínas

Algunos ejemplos de proteínas y sus funciones en el cuerpo humano son:

• Insulina: Permite el ingreso de glucosa en las células.
• Glucagón: Eleva el nivel de glucosa en la sangre.
• Colágeno: Forma fibras que fortalecen los tejidos.
• Queratina: Ayuda a formar los tejidos de la piel, el cabello y las uñas.
• Elastina: Brinda elasticidad a los tejidos como las venas, entre otros.
• Prolactina: Hace crecer los senos durante el embarazo para la lactancia.
• Fibrina: Colabora en la coagulación de la sangre y la formación de costras.
• Miosina: Responsable de la contracción de los músculos, el transporte de vesículas y la división celular.
• Albúmina: Transporta diferentes sustancias y evita que el líquido del torrente sanguíneo se filtre en otros tejidos.
• Inmunoglobulinas: Generan anticuerpos para inmunizar al organismo frente a agentes patógenos.

Alimentos que contienen proteínas

Las proteínas son de gran provecho para los seres humanos y pueden obtenerse a través de la alimentación. Los productos animales son la fuente de proteínas. También podemos encontrar proteínas en ciertos productos vegetales.

Proteínas animales

Las proteínas animales son las que tienen mayor valor nutricional, ya que aportan aminoácidos esenciales. Juegan un papel muy importante en la alimentación del ser humano.

• Carnes: res, cerdo, aves, pescados, moluscos y mariscos.
• Lácteos: leche (de vaca, oveja y cabra), yogur, queso de cualquier variedad, cuajada, requesón.
• Huevos.

Proteínas vegetales

Las proteínas vegetales tienen mucho menor valor nutricional que las animales. Dentro de todos los alimentos que las contienen, las legumbres son las que contienen proteínas en mayor concentración.

• Legumbres: frijoles, garbanzos, lentejas, judías, soya, guisantes, arvejas.
• Frutos secos: nueces, almendras, maní, merey.
• Cereales: quinoa, avena, semillas de linaza, salvado, espelta, trigo, amaranto, alforfón, centeno, mijo, cebada y maíz.

Cuál es la función de transporte de las proteínas

Un equipo de investigadores financiados con fondos comunitarios se ha convertido en el primero en desentrañar la conformación de una proteína transportadora en sus tres estados estructurales principales. Las proteínas transportadoras se encargan de acarrear sustancias desde y hacia el interior de las células, y los hallazgos de este trabajo, publicados en la revista Science, podrían conducir al desarrollo de nuevos fármacos para diversas enfermedades y afecciones.

Las proteínas transportadoras trasladan moléculas a través de las membranas celulares alternando entre tres conformaciones distintas. La primera conformación se caracteriza por una cavidad abierta "hacia fuera" (outward-facing) en la que penetra un compuesto que se une a un punto de enlace. A continuación, la proteína pasa a una segunda conformación cerrada mediante la que dicho compuesto queda atrapado en el interior de la proteína. Por último, el transportador cambia de nuevo su conformación y abre una nueva cavidad en el interior de la célula.

El sistema puede describirse como una puerta interceptora (kissing gate), es decir, la cavidad está abierta por un costado o por el otro, pero nunca por ambos a la vez a modo de canal directo que atravesara la proteína.

En el organismo existen miles de proteínas transportadoras, y su estudio resulta extremadamente complejo. Dado que se descomponen en el agua, resulta muy difícil purificarlas y cristalizarlas, y aunque se logre producir cristales de gran calidad, para desentrañar su estructura se necesitan muchos meses de trabajo.

Hasta ahora nadie ha conseguido dilucidar las tres conformaciones de una misma proteína, y por eso las nociones que se poseen sobre el funcionamiento del sistema al completo se han fundamentado en observaciones realizadas en distintas proteínas.

"Los modelos anteriores nos ofrecían una comprensión genérica de su mecanismo de funcionamiento, pero insuficiente para el desarrollo de fármacos", señaló el profesor Peter Henderson, de la Universidad de Leeds (Reino Unido). "El objetivo de los investigadores dedicados a este campo siempre ha sido observar el mecanismo de principio a fin en una misma proteína."

El estudio referido, en el que participaron científicos de Japón y Reino Unido, se centró en Mhp1 (Microbacterium hidantoína permeasa 1), la proteína responsable de transportar unas moléculas denominadas hidantoínas al interior de las células, donde se convierten en aminoácidos, los elementos fundamentales de las proteínas. Los defectos en Mhp1 y en proteínas transportadoras relacionadas se han asociado a diversas enfermedades, entre ellas a afecciones neurológicas y renales y al cáncer.

Este mismo equipo de científicos ya publicó un artículo sobre la conformación abierta hacia afuera y la conformación ocluida en la revista Science en 200Este trabajo reciente explica la conformación abierta hacia dentro (inward-facing) de MhpSus hallazgos ofrecen datos nuevos sobre el modo en que la proteína cambia entre las tres conformaciones.

"Esta tercera conformación completa el panorama. Ahora conocemos con gran detalle el mecanismo de 'acceso alternativo' de Mhp1", explicó el Dr. Alexander Cameron, del Departamento de Biociencias Moleculares del Imperial College de Londres (Reino Unido). "Además, inesperadamente, descubrimos que las conformaciones son similares en numerosas proteínas transportadoras que antes creíamos que eran diferentes, por tanto confiamos en que nuestro modelo facilite y acelere los progresos de otros investigadores del resto del entorno."

Concretamente, los autores esperan que la comprensión del mecanismo que rige el funcionamiento de las proteínas transportadoras ayude a la comunidad científica a utilizarlas para introducir medicamentos en células. Los científicos del proyecto EDICT ya están aplicando estos nuevos conocimientos relacionados con el mecanismo de Mhp

"Hemos encontrado unos veinte compuestos que coinciden con el punto de unión de la Mhp1, y hemos constatado que el enlace se produce en tres de ellos. Creo que nos adentramos en una época de descubrimientos apasionantes", indicó el profesor Henderson, quien también coordina el proyecto EDICT.

Ahora estos investigadores pretenden estudiar qué inicia en concreto el cambio de conformación de la proteína. "Ha tenido que pasar mucho tiempo para llegar hasta este punto, más de diez años, pero lo cierto es que la ciencia más compleja precisa paciencia. Nos encontramos en un punto en el que la investigación básica se convierte en aplicaciones útiles", señaló el profesor Henderson. "Es lo mejor que he vivido en toda mi carrera académica."

Si quieres conocer otros artículos parecidos a Las proteínas: funciones esenciales para la vida puedes visitar la categoría Salud.