Proteína

[miniatura|dereita|Unha representación en 3D da [estrutura das proteínas|estrutura da mioglobina. Esta proteína foi a primeira cuxa estrutura foi obtida mediante a cristalografía por raios X.]]
As **proteínas** (do grego πρωτεϊνη, primeiro) son unhas macromoléculas formadas por α-aminoácidos. Poden estar formadas por unha ou varias cadeas de aminoácidos. As proteínas son moléculas orgánicas esenciais na estrutura e función dos seres vivos (por exemplo, forman parte integral dos tecidos biolóxicos e moitas delas funcionan como encimas). Levan a cabo unha ampla gama de funcións nos organismos, como a catálise metabólica, replicación do ADN, resposta aos estímulos, transporte de moléculas etc. A súa función nutritiva fundamental é plástica, formadora de estruturas orgánicas. Tamén poden servir en determinados casos como fonte de enerxía, pero nunha alimentación equilibrada esta función é asumida polos carbohidratos e os lípidos.

As proteínas son substancias sólidas, incoloras, coloidais, insolubles en solventes orgánicos, unhas con algunha solubilidade en auga, e outras con algunha solubilidade en solucións acuosas diluídas de ácidos, bases ou sales. Quimicamente, son compostos cuaternarios de carbono (C), hidróxeno (H), osíxeno (O) e nitróxeno (N).

Unha cadea longa de aminoácidos denomínase polipéptido. O termo proteína dáse xeralmente cando o polipéptido ou un conxunto de varios ten unha función e conformación determinada. Porén, os termos péptido, polipéptido e proteína úsanse con frecuencia dun modo pouco específico, xa que ás veces non hai un límite claro entre eles. Nas proteínas normalmente hai 20 aminoácidos (ver aminoácido proteinoxénico), pero poden incorporar algúns máis en casos especiais. Os aminoácidos teñen grupos amino e carboxilo por medio dos que se enlazan por enlace peptídico formando a cadea polipeptídica. As proteínas difiren unhas das outras principalmente na súa secuencia de aminoácidos, que está determinada pola secuencia de nucleótidos dos seus xenes, e que xeralmente dá lugar a un pregamento tridimensional específico da proteína, que lle dá unha estrutura necesaria para a súa actividade. Cada posible combinación de tres nucleótidos (tripletes) que se suceden na secuencia dun xene codifica un determinado aminoácido, segundo as correspondencias do código xenético. En xeral, o código xenético só codifica os 20 aminoácidos proteinoxénicos normais, pero en certos organismos dito código pode codificar por un mecanismo especial a selenocisteína e, en certas arqueas a pirrolisina. Despois de rematada a síntese de proteínas ou mesmo durante a mesma, poden modificarse encimaticamente residuos de aminoácidos da proteína por modificación postraducional, o que altera as súas propiedades físicas e químicas, o pregamento, estabilidade, actividade e, finalmente, a función das proteínas. Ás veces as proteínas levan unidos grupos químicos que non son peptídicos, que se denominan grupos prostéticos ou cofactores. Distintas proteínas poden tamén funcionar en conxunto para realizaren unha determinada función, e a miúdo poden estar asociadas formando complexos proteicos estables.

As proteínas poden purificarse a partir doutros compoñentes celulares utilizando varias técnicas como a ultracentrifugación, precipitación, electroforese e cromatografía; a aparición das técnicas de enxeñaría xenética fixo posible aplicar diversos métodos que facilitan a purificación. Entre os métodos que se utilizan comunmente para estudar a estrutura e función das proteínas están a inmunohistoquímica, mutaxénese dirixida, resonancia magnética nuclear e espectrometría de masas.

## Bioquímica 
miniatura|Figura 2: Formas de resonancia do enlace peptídico. A forma neutra e con enlace simple (~60%) está á esquerda, e a forma cargada e con dobre enlace (~40%) está á dereita.
miniatura|Estrutura química dunha cadea peptídica.
miniatura|450px|Parte dunha cadea proteica mostrando as ligazóns peptídicas.|centro
miniatura|dereita|Ribosoma sintetizando unha proteína e usando o ARNm como molde.
O enlace peptídico que enlaza os aminoácidos da proteína establécese entre o grupo amino dun aminoácido e o grupo carboxilo do seguinte aminoácido. Nos extremos os grupos amino e carboxilo quedan libres, polo que se di que a proteína ten un extremo amino terminal ou N-terminal (por onde por convención se considera que empeza a proteína) e un extremo carboxilo terminal ou C-terminal (por onde acaba). O enlace peptídico ten dúas formas de resonancia (o dobre enlace pode estar no C=O ou no C=N), que lle dan certo carácter de dobre enlace e inhiben a rotación arredor do seu eixe, de modo que os carbonos alfa son coplanares. Os outros dous ángulos diedros no enlace peptídico determinan a forma local que adopta o esqueleto da proteína.

## Síntese 
### Biosíntese 
As proteínas son compostos orgánicos de estrutura complexa e masa molecular elevada (entre 15.000 e 20.000.000 Da) e son sintetizadas polos organismos vivos nos ribosomas por medio da combinación dun número maior ou menor de moléculas de aminoácidos, que se ligan por enlace peptídico. Son, pois polímeros formados pola unión de aminoácidos, que son os seus monómeros. Poden ter centos de aminoácidos.

A secuencia de aminoácidos da proteína está determinada pola secuencia de nucleótidos do xene que a codifica. O xene do ADN é transcrito a un ARNm, que madura (en eucariotas) e se dirixe aos ribosomas, únese a eles e é traducido. A secuencia de nucleótidos do ARNm, tomados de 3 en 3, formando codóns, é lida no ribosoma segundo as correspondencias do código xenético. Neste código cada codón determina un aminoácido. O ARNm vai expoñendo sucesivamente todos os seus codóns no ribosoma. Cando se chega a unha secuencia de finalización do ARNm, a cadea polipeptídica libérase. A proteína prégase e pode despois sufrir modificacións postraducionais.

A taxa de síntese proteica en procariotas é máis alta que en eucariotas e pode chegar a 20 aminoácidos por segundo.
** Proteínas constituídas soamente por aminoácidos como, por exemplo, a queratina (cabelo). 
** Hainas fibrosas, como o coláxeno, elastina, queratinas e fibroína e globulares, como as albuminas, globulinas e histonas e protaminas. 
* **Proteínas complexas, conxugadas ou heteroproteínas:**
** Proteínas que presentan a cadea de aminoácidos ligada a un radical diferente (grupo prostético).
** Dependendo do grupo prostético, as proteínas poden ser clasificadas en:
*** **Glicoproteínas:** o grupo é un glícido. Exemplos: mucina, inmunoglobulinas (anticorpos).
*** **Cromoproteínas:** o grupo é un pigmento. Exemplos: hemoglobina (sangue), que leva un grupo hemo porfirínico con ferro, ou a hemocianina, que non é porfirínica e leva cobre.
*** **Lipoproteínas:** asociadas a lípidos, como as lipoproteínas das membranas celulares ou as que circulan polo plasma sanguíneo.
*** **Fosfoproteínas:** o grupo é o ácido fosfórico. Exemplos: vitelina (xema de ovo) e caseína (leite).
*** **Nucleoproteínas:** o grupo é un ácido nucleico. Por exemplo certas proteínas víricas.

### Proteínas fibrosas e globulares 
* **Proteínas fibrosas:**
Son aquelas que presentan moléculas distendidas e filamentosas, semellantes a longos fíos. coláxeno e fibrina son exemplos de proteínas fibrosas. Son raras.
* **Proteínas globulares:**
Presentan as moléculas enroladas como novelos, e son solúbeis na auga formando micelas. A maioría das proteínas presentan estrutura globular, como, por exemplo, os encimas, anticorpos, hemoglobina, proteínas asociadas á clorofila e proteínas estruturais.

## Estrutura tridimensional 
miniatura|Estruturas tridimensionais das proteínas
[300px|miniatura|Superficie molecular de varias proteínas a tamaño comparativo. De esquerda a dereita son: [inmunoglobulina G (IgG, un anticorpo), hemoglobina, insulina (unha hormona), adenilato quinase (un encima) e glutamina sintetase (un encima).|centro]]
As proteínas presentan catro niveis de estudo ou de estrutura que dependen da configuración espacial da cadea polipeptídica, do tamaño da cadea, e do tipo de aminoácidos que posúe. As estruturas básicas son:

* **Estrutura primaria:**
A estrutura primaria é a secuencia linear de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos. Dita estrutura vén predeterminada polo secuencia do ácido nucleico que a codifica.

* **Estrutura secundaria:**
Constituída por unha cadea de aminoácidos na que se estabelecen ligazóns por pontes de hidróxeno entre os aminoácidos distantes da cadea. Estas ligazóns confírenlle a forma en *hélice alfa*, *folla pregada beta*. Esta estrutura depende, entre outros factores, do medio onde a proteína se prega.

* **Estrutura terciaria:**
Resulta do enrolamento da hélice ou da folla pregada, e é mantido por pontes de hidróxeno e disulfuro entre aminoácidos da mesma cadea. Esta estrutura confire a actividade biolóxica ás proteínas. Pode ser globular ou filamentosa.

* **Estrutura cuaternaria:**
Resulta da asociación de varias subunidades peptídicas con estrutura terciaria; estas permanecen unidas xeralmente a través de ligazóns covalentes coma pontes disulfuro entre cisteínas.

As proteínas non son moléculas totalmente ríxidas. Ademais de teren os seus niveis estruturais característicos, as proteínas poden cambiar entre varias estruturas relacionadas mentres realizan as súas funcións. No contexto desde rearranxos funcionais, estas estruturas terciarias e cuaternarias son normalmente denominadas "conformacións", e as transicións entre elas chámanse *cambios conformacionais*. Tales cambios están a miúdo inducidos pola unión de moléculas substrato ao sitio activo dun encima, ou á rexión física da proteína que participa na catálise química. En proteínas en disolución tamén sofren a variación na estrutura por vibración térmica e a colisión con outras moléculas.

As proteínas poden dividirse informalmente en tres clases principais, que se correlacionan con estruturas terciarias típicas: proteínas globulares, fibrosas e de membrana.

### Determinación da estrutura 
O descubrimento de cal é a estrutura terciaria dunha proteína ou a cuaternaria dun complexo proteico pode proporcionar importantes indicios sobre como realiza a proteína a súa función. Os métodos experimentais máis comúns para a determinación da estrutura son a cristalografía de raios X e a espectroscopia de resonancia magnética nuclear (NMR), as cales poden fornecer información a resolución atómica. Porén, os experimentos de NMR poden proporcionar información a partir da cal pode estimarse un conxunto de distancias entre pares de átomos, e as posibles conformacións finais dunha proteína determínanse resolvendo a distancia xeométrica problema. A interferometría de polarización dual é un método analítico cuantitativo para medir a conformación da proteína total e os cambios conformacionais debidos a interaccións ou outros estímulos. O dicroísmo circular é outra técnica de laboratorio para determinar a composición en folla beta ou helicoidal interna das proteínas. A microscopia crioelectrónica utilízase para producir información estrutural de baixa resolución sobre complexos proteicos moi grandes, incluídos virus ensamblados; unha variante coñecida como cristalografía electrónica pode tamén producir información de alta resolución nalgúns casos, especialmente para cristais bidimensionais de proteínas de membrana. O conxunto de proteínas expresadas nunha determinada célula ou tipo celular denomínase proteoma.

Igual que outras macromoléculas biolóxicas como os polisacáridos e ácidos nucleicos, as proteínas son partes esenciais do organismo e participan virtualmente en todos os procesos celulares. Moitas proteínas son encimas que catalizan reaccións bioquímicas e son esenciais no metabolismo. As proteínas tamén teñen funcións estruturais e mecánicas, como a actina e miosina do músculo e as proteínas do citoesqueleto, o cal forma un armazón que mantén a forma celular. Outras proteínas son importantes na sinalización celular, respostas inmunes, adhesión celular e o ciclo celular. As proteínas son tamén necesarias nas dietas dos animais, xa que os animais non poden sintetizar todos os aminoácidos que necesitan e deben obter os aminoácidos esenciais da dieta. Por medio do proceso da dixestión, os animais degradan as proteínas a aminoácidos libres que son despois absorbidos no intestino e utilizados no metabolismo.

As proteínas teñen as seguintes funcións:

### Estrutural e motil 
Son aquelas que participan dos tecidos dándolles rixidez, consistencia e elasticidade. Son proteínas estruturais: coláxeno ( cartilaxes), elastina, fibroína (arañeiras), queratina (cabelo), resilina (moi elástica, nas ás de insectos) e outras.

Algunhas proteínas estruturais interveñen na motilidade celular ou de todo o organismo. Algunhas delas teñen propiedades contráctiles e interveñen nos movementos das células musculares e outras, como é o caso da actinae miosina. Outras proteínas que interveñen na motilidade intracelular son a cinesina e dineína. A proteína tubulina non é contráctil, pero forma os flaxelos e cilios.

### Reguladora 
Algunhas hormonas (substancias que exercen algunha función específica sobre algún órgano ou estrutura dun organismo) son de natureza proteica, como por exemplo a insulina, hormona do crecemento ou hormona paratiroide. Outras interveñen na sinalización celular como receptores de moléculas sinalizadoras eucariotas, ou son represores de xenes bacterianos. Moitos receptores teñen un sitio de unión exposto na superficie da célula e un dominio efector dentro da célula, o cal pode ter unha actividade encimática ou poden sufrir un cambio conformacional detectado por outras proteínas do interior da célula.

### Defensa 
Os anticorpos son proteínas (inmunoglobulinas) que participan na defensa do organismo contra microorganismos e todo tipo de substancias estrañas. A afinidade de unión dun anticorpo pola súa molécula diana é extraordinariamente alta. Tamén teñen unha función defensiva impedindo a perda de sangue nas hemorraxias, como o fibrinóxeno ou a trombina. Outras son tóxicas, como a ricina, que é unha forma de defensa das plantas. No plasma de peixes antárticos hai proteínas anticonxelantes que os defenden da conxelación.

### Enerxética (nutrición e reserva) 
Obtención de enerxía a partir dos aminoácidos que compoñen as proteínas. Esta é unha función de urxencia en organismos superiores, cando a indispoñibilidade de ácidos graxos ou monosacáridos así o dita. Porén, hai algunhas proteínas que están especializadas na nutrición e reserva enerxética, como a caseína do leite, a ovoalbumina do ovo ou a gliadina das sementes de trigo.

### Encimática 
Posibilitan as reaccións bioquímicas, permitindo reducir a enerxía libre de Gibbs de activación e acelerando as reaccións. Coñécense máis de 4000 reaccións catalizadas por encimas. Os encimas son xeralmente moi específicos e catalizan só unha ou unhas poucas reaccións químicas. Os encimas levan a cabo a maior parte das reaccións do metabolismo, interveñen na replicación do ADN, reparación do ADN e transcrición xenética. Algúns encimas actúan sobre outras proteínas par engadir ou quitar grupos químicos nun proceso chamado modificación postraducional.

As lipoproteínas transportan lípidos polo sangue. Algunhas proteínas son transportadores de membrana, que levan moléculas dun lado a outro da membrana.

## Unión a outras moléculas 
[miniatura|dereita|Modelo do encima [hexoquinase. A escala, na esquina superior dereita aparecen dous dos seus substratos, ATP e glicosa.]]

A principal característica das proteínas que lles permiten realizar o seu diverso conxunto de funcións é a súa capacidade de unirse a outras moléculas de forma específica e firme. A rexión das moléculas proteicas responsable da unión a outras moléculas denomínase sitio de unión e é xeralmente unha depresión na superficie da molécula ou "peto". Esta capacidade de unión está mediada pola súa estrutura terciaria, a cal define o peto do sitio de unión, e polas propiedades químicas das cadeas laterais dos aminoácidos que o rodean. A unión das proteínas a outras moléculas pode ser extraordinariamente forte e específica; por exemplo, a proteína inhibidora da ribonuclease únese á anxioxenina humana cunha constante de disociación subfemtomolar (−15 M) pero non se pode unir a ningún dos seus homólogos de anfibios, as onconases (>1 M). Cambios químicos extremadamente pequenos como a adición dun só grupo metilo a unha molécula á que se debe unir a proteína pode ás veces ser suficiente para case eliminar a unión; por exemplo, a aminoacil ARNt sintetase específica do aminoácido valina distingue esta do aminoácido leucina de cadea lateral moi similar.
As interaccións entre proteínas son reversibles, e dependen fortemente da dispoñibilidade de diferentes grupos de proteínas ás que se asocian para formar agregados que son capaces de realizar un determinado conxunto de funcións. O estudo da interacción entre proteínas específicas é fundamental para comprender aspectos importantes das funcións celulares, e finalmente as propiedades que distinguen os distintos tipos celulares. O nivel de purificación pode ser monitorizado usando varios tipos de electroforese en xel se se coñecen a masa molecular da proteína desexada e o seu punto isoeléctrico, ou por espectroscopia se a proteína ten características espectroscópicas distinguibles, ou por ensaios de encimas se a proteína ten unha actividade encimática. Ademais, as proteínas poden ser illadas segundo a súa carga por medio do electroenfoque. "á cabeza", ou "situado diante". Mulder seguiu os seus traballos identificando os produtos da degradación das proteínas como o aminoácido leucina para a cal calculou un peso molecular (case correcto) de 131 Da.

Os primeiros científicos da nutrición como o alemán Carl von Voit crían que as proteínas eran os nutrientes máis importantes para manter a estrutura do corpo, porque críase xeralmente que a "carne fai carne". O papel fundamental das proteínas como encimas nos organismos vivos non foi totalmente apreciado ata 1926, cando James Batcheller Sumner mostrou que o encima urease era, de feito, unha proteína.

A dificultade que ten purificar proteínas en grandes cantidades fixo que fose moi difícil o seu estudo polos primeiros bioquímicos. Por iso, os primeiros estudos centráronse en proteínas que podían ser purificadas en grandes cantidades, como as do sangue, clara de ovo, varias toxinas e encimas dixestivos ou metabólicos obtidos en matadeiros. Na década de 1950, a compañía Armour Hot Dog Co. purificou 1&nbsp;kg de ribonuclease A pancreática bovina pura e púxoa a disposición dos científicos gratuitamente, o que contribuíu a que a ribonuclease A se convertese nun dos obxectivos principais dos estudos bioquímicos nos anos seguintes.
[miniatura|[John Kendrew preparando un modelo da mioglobina.]]
Linus Pauling predixo con éxito a estrutura secundaria dunha proteína regular baseándose na formación de enlaces de hidróxeno, unha idea que fora adiantada en 1933 por William Astbury. Os traballos posteriores de Walter Kauzmann sobre a desnaturalización, baseados en parte en estudos previos de Kaj Linderstrøm-Lang, contribuíron ao coñecemento do pregamento das proteínas e das estruturas mediadas por interaccións hidrofóbicas.

A primeira proteína que foi secuenciada foi a insulina, por Frederick Sanger, en 1949. Sanger determinou correctamente a secuencia de aminoácidos da insulina, demostrando así concluintemente que as proteínas consisten en polímeros lineais de aminoácidos en vez de cadeas ramificadas, coloides, ou ciclois. Este descubrimento valeulle o premio Nobel en 1958.

As primeiras estruturas proteicas resoltas foron as da hemoglobina e mioglobina, por Max Perutz e Sir John Cowdery Kendrew, respectivamente, en 1958. A primeira estrutura proteica resolta con resolución atómica por análise de difracción de raios X fíxose na década de 1960 (Perutz e Kendrew compartiron o premio Nobel de Química de 1962 por estes descubrimentos) e posteriormente por espectroscopia de resonancia magnética nuclear de proteínas (NMR) na década de 1980. En 2009,o *Protein Data Bank* contiña unhas 55.000 estruturas de proteínas con resolución atómica. Recentemente, a microscopia crioelectrónica de grandes ensamblaxes macromoleculares e a predición da estrutura de proteínas computacional de dominios de pequenas proteínas son dous métodos con resolución atómica.

## Notas