4. Proteínas: clasificación, funciones biológicas

Según su forma (estructurales):

a) Fibrosas (insolubles): presentan cadenas polipeptídicas largas de forma filamentosa o alargada y una estructura secundaria atípica. Confieren fuerza y elasticidad a la molécula. Son insolubles en agua y en disoluciones acuosas. Algunos ejemplos de éstas son queratina (cabello, uñas, piel), colágeno (tejido conectivo, tendones) y elastina (tejido conectivo elástico). 

b) Globulares (solubles): Se caracterizan por doblar sus cadenas en una forma esférica apretada o compacta dejando grupos hidrófobos hacia adentro de la proteína y grupos hidrófilos hacia afuera, lo que hace que sean solubles en disolventes polares como el agua, tienen funciones dinámicas como las enzimas, inmunoglobulinas, y proteínas de transporte (hemoglobina).  Suelen presentar giros alfa. 
Insulina (hormona reguladora de la glucosa en sangre), mioglobina (transporte de oxígeno), ribonucleasa (controla la síntesis de RNA)  Éste tipo de proteína realiza la mayor parte del trabajo químico de la célula (síntesis, metabólico, transporte etc). La mayoría de las enzimas, anticuerpos, algunas hormonas y proteínas de transporte, son ejemplos de proteínas globulares.  c) Mixtas: posee una parte fibrilar (comúnmente en el centro de la proteína) y otra parte globular (en los extremos).

Según su composición química:  a) Simples u holoproteínas: su hidrólisis sólo produce aminoácidos. Ejemplos de estas son la insulina y el colágeno (globulares y fibrosas).  b) Conjugadas o heteroproteínas: su hidrólisis produce aminoácidos y otras sustancias no proteicas con un grupo prostético.

 ALGUNAS FUNCIONES BIOLÓGICAS DE LAS PROTEÍNAS.

Enzimas (catalizadores biológicos)

Hormonas (insulina)

Proteínas protectoras (anticuerpos)

Proteínas de almacenamiento (caseína)

Proteínas estructurales (queratina, elastina)

Proteínas de transporte (hemoglobina) 

La importancia de las proteínas consiste tanto en la enorme cantidad de funciones que desempeñan en los procesos biológicos, como en la calidad de este tipo de funciones.  Puesto que existe un gran número de posibilidades para estructurar una proteína, también existe una amplia variedad de funciones.

Función estructural. Algunas glucoproteínas forman parte de las membranas celulares y por ende de todo el organismo. El colágeno y la elastina son proteínas que en el tejido conjuntivo, matriz orgánica de los huesos y córnea del ojo, forman las fibras colágenas y elásticas que representan aproximadamente un 30% de la proteína total del cuerpo aunque tiene muy poco valor alimenticio, respectivamente la queratina es constituyente de uñas, cabello, pelo de animales, escamas de los reptiles, plumas de las aves. En las células del sistema musculoesquelético la actina y miosina inducen deslizamientos entre los sarcómeros provocando las contracciones musculares.  Otras proteínas regulan la expresión de ciertos genes y otras regulan la división celular (como la ciclina). La especificidad de las proteínas explica algunos fenómenos biológicos como: la compatibilidad o no de transplantes de órganos; injertos biológicos; sueros sanguíneos; etc., o los procesos alérgicos e incluso algunas infecciones.

Función reguladora u hormonal. Algunas hormonas son también proteínas. Las hormonas son fabricadas por las células glandulares y son transportadas por la sangre para que puedan actuar sobre otras células del organismo. Por ejemplo la insulina, la vasopresina, la oxitocina, la tiroxina, la hormona del crecimiento, etc.

La insulina es necesaria para aprovechar los azúcares en el organismo, sin ella la concentración de azúcares aumenta en sangre desencadenando la diabetes mellitus que afecta actualmente a buena parte de la población mundial.  La vasopresina regula la absorción de agua en el riñón.  La oxitocina regula la secreción de leche materna, produce contracciones del útero al momento del parto y algunas actitudes relacionadas con el afecto y cuidado de la descendencia.

Función defensiva e inmunológica. Las más importantes son las inmunoglobulinas de la sangre que desempeñan funciones protectoras en el organismo ya que reconocen moléculas u organismos extraños, y cuando se unen a ellos facilitan su destrucción debido al sistema inmunitario. Estas proteínas son anticuerpos, se forman como respuesta del organismo a la presencia de sustancias extrañas o antígenos, a los que aglutinan o precipitan. En algunos insectos se forman toxinas que son sus proteínas de defensa, pero que pueden llegar a causar la  muerte de los organismos que sufren sus consecuencias.  Algunas proteínas regulan la expresión de ciertos genes y otras regulan la división celular (como la ciclina).

Función de reparación. Cuando el organismo sufre alguna herida, solo puede repararla si cuenta con las proteínas necesarias de reparación en la escala de lo pequeño.  Si existe una hemorragia, las proteínas participan en el proceso de la coagulación frenando la pérdida de sangre, produciendo fibrinógeno, fibrina y finalmente un coágulo. Cuando los procesos de reparación se desequilibran, las células pueden funcionar mal, morir o producir enfermedades como diabetes, Parkinson cáncer.

Función de transporte. Algunas de las proteínas encargadas de los transportadores son: la hemoglobina que transporta oxígeno en la sangre de los vertebrados, la hemocianina transporta oxígeno en la sangre de los invertebrados, la mioglobina transporta oxígeno en los músculos, las lipoproteínas transportan lípidos por la sangre los citocromos transportan electrones.

Función de reserva energética. Las proteínas grandes, generalmente con grupos fosfato, sirven para acumular y producir energía necesaria para la movilización del organismo en sistemas y músculos.

METABOLISMO

Las plantas absorben los nitratos y el amoniaco del suelo y sintetizan aminoácidos, así los animales dependen de las plantas para la obtención de nitrógeno metabólicamente útil.  Las proteínas que se ingieren a través de los alimentos se degradan en aminoácidos libres, y con éstos, se forman las proteínas propias de cada organismo. 

La digestión de las proteínas, que se ve favorecida por el cocinado de los alimentos aunque al ingerirlas llegan inalterables al estómago, luego por la acción del ácido clorhídrico, sufren una desnaturalización, estirando las moléculas enrolladas y facilitando así la acción de las hidrolasas proteolíticas.  La primera en actuar el la pepsina que es la proteasa responsable del desdoblamiento de proteínas. Su acción consiste en el ataque a pocos enlaces peptídicos para producir peptonas.  Las peptonas sufren el desdoblamiento en el intestino donde actúan tres enzimas pancreáticas: tripsina, quimotripsina y procinasa.

La degradación provocada, llega hasta el desdoblamiento de algunos péptidos y aminoácidos.  Finalmente actúa el jugo intestinal por medio de la enzima tripsina para liberar así los aminoácidos que serán absorbidos por las vellosidades intestinales mediante mecanismos de transporte activo que consume ATP y la presencia de iones sodio.  Continúa en el duodeno con la acción conjunta de los jugos pancreáticos e intestinales, reduciéndose a aminoácidos. Estos son absorbidos en el intestino y así pasan al torrente sanguíneo llegando al hígado, donde la utiliza para formar sus propias proteínas y se transforman unos aminoácidos en otros, (con excepción de los esenciales), pasando nuevamente al torrente circulatorio desde donde se redistribuyen hacia órganos y tejidos para formar cada una de las proteínas necesarias.  Una vez cubiertas todas las necesidades, el exceso de aminoácidos se destruye.

La parte que no es utilizada se elimina mayormente a través de la orina (90%) donde se encuentran algunos productos de deshecho como la urea, sales amoníacas y creatinina.  El riñón es capaz de eliminar amoníaco por la orina en forma de sales de amonio; el amoníaco obtenido se combina con iones H⁺ formando amonio que se elimina combinado con aniones.  La excreción urinaria de sales de amonio consume H⁺, por lo que estas reacciones dependen de los mecanismos renales de regulación del pH sanguíneo. 

La flora intestinal actúa sobre los grupos nitrogenados para elaborar el indol y escatol del olor desagradable característico de las heces fecales.  Como resultado de la degradación de proteínas, en la orina normal

También depende del valor biológico de las proteínas que se consuman, aunque en general, todas las recomendaciones siempre se refieren a proteínas de alto valor biológico. Si no lo son, las necesidades serán aún mayores.  Se recomiendan entre 40 y 60 gramos de proteínas al día para un adulto sano. La Organización Mundial de la Salud recomienda un valor de 0.8 gramos por kilogramo de peso y día. Por supuesto, durante el crecimiento, el embarazo o la lactancia estas necesidades aumentan.