1Estructura general de un aminoácido
Los aminoácidos son los sillares (building blocks) de las proteínas: cada uno tiene un carbono central (carbono α) unido a cuatro grupos distintos —un grupo amino (−NH2), un grupo carboxilo (−COOH), un átomo de hidrógeno, y una cadena lateral (grupo R) que varía entre los 20 aminoácidos estándar y determina sus propiedades químicas particulares—. Salvo la glicina (cuyo grupo R es solo un hidrógeno), el carbono α es un centro asimétrico: los aminoácidos biológicos son casi exclusivamente de la serie L (análoga a la serie D de los azúcares, capítulo I.2, pero con la convención espacial invertida).
Los 20 aminoácidos estándar se clasifican según las propiedades químicas de su cadena lateral:
| Categoría | Ejemplos | Comportamiento |
|---|---|---|
| Apolares/hidrofóbicos | Alanina, valina, leucina, isoleucina, fenilalanina, triptófano | Tienden a ubicarse en el interior de las proteínas globulares, lejos del agua |
| Polares sin carga | Serina, treonina, asparagina, glutamina, cisteína, tirosina | Pueden formar puentes de hidrógeno; la cisteína forma puentes disulfuro (ver sección 5) |
| Ácidos (carga negativa a pH fisiológico) | Aspartato, glutamato | Cadena lateral con un grupo carboxilo adicional |
| Básicos (carga positiva a pH fisiológico) | Lisina, arginina, histidina | Cadena lateral con un grupo amino adicional; la histidina tiene un pKa cercano al fisiológico, clave en la catálisis enzimática y en el efecto Bohr (ver Manual de Fisiología, capítulo III.4) |
2Propiedades ácido-base de los aminoácidos
Como cada aminoácido tiene al menos un grupo amino y un grupo carboxilo ionizables, su carga neta depende del pH del medio —el mismo principio de ionización desarrollado en el capítulo I.1—:
- A pH ácido, ambos grupos están protonados: el grupo carboxilo es neutro (−COOH) y el amino está cargado positivamente (−NH3⁺) — el aminoácido tiene carga neta positiva.
- A pH básico, ambos grupos están desprotonados: el carboxilo es −COO⁻ y el amino es −NH2 — el aminoácido tiene carga neta negativa.
- En un pH intermedio específico de cada aminoácido —el punto isoeléctrico (pI)—, el aminoácido existe predominantemente como un zwitterión (ion dipolar: −COO⁻ y −NH3⁺ simultáneamente), con carga neta cero.
Esta propiedad es la base de técnicas de separación de aminoácidos y proteínas por electroforesis (a un pH dado, cada proteína migra en el campo eléctrico según su carga neta, determinada por la suma de las cargas de sus aminoácidos constituyentes).
3El enlace peptídico
Los aminoácidos se unen covalentemente mediante el enlace peptídico: una reacción de condensación entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino del siguiente, con liberación de una molécula de agua. La cadena resultante tiene un extremo N-terminal (grupo amino libre) y un extremo C-terminal (grupo carboxilo libre).
El enlace peptídico tiene una propiedad geométrica clave: por resonancia entre el enlace C−N y el doble enlace C=O adyacente, tiene carácter parcial de doble enlace, lo que le confiere rigidez y planaridad — los seis átomos del enlace peptídico (Cα, C, O, N, H, Cα del siguiente residuo) quedan en un mismo plano, y la rotación libre solo es posible alrededor de los enlaces N−Cα (ángulo φ) y Cα−C (ángulo ψ) de cada residuo. Esta restricción geométrica es la que permite que existan solo ciertas conformaciones estables de la cadena — la base física de la estructura secundaria (sección siguiente).
4Los cuatro niveles de estructura proteica
| Nivel | Definición | Fuerza estabilizadora dominante |
|---|---|---|
| Primaria | Secuencia lineal de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos | Enlace covalente (peptídico) |
| Secundaria | Plegamiento local regular de la cadena: α-hélice (espiral estabilizada por puentes de hidrógeno intracadena entre el C=O de un residuo y el N−H del residuo 4 posiciones adelante) y lámina β plegada (cadenas extendidas dispuestas en paralelo o antiparalelo, unidas por puentes de hidrógeno intercadena) | Puentes de hidrógeno entre átomos del esqueleto peptídico |
| Terciaria | Plegamiento tridimensional completo de una cadena polipeptídica única, determinado por interacciones entre las cadenas laterales (grupos R) de residuos distantes en la secuencia | Interacciones hidrofóbicas (dominante), puentes de hidrógeno, puentes disulfuro, interacciones iónicas |
| Cuaternaria | Asociación de dos o más cadenas polipeptídicas (subunidades) en un complejo funcional único | Mismas fuerzas no covalentes que la terciaria, entre subunidades distintas |
El experimento clásico de Anfinsen (desnaturalizar una enzima con urea y un reductor, y luego retirar ambos) demostró que una proteína globular, en las condiciones correctas, se repliega espontáneamente hacia su conformación funcional original — la información necesaria para el plegamiento tridimensional completo está contenida enteramente en la secuencia de aminoácidos (estructura primaria). Esto explica por qué un cambio mutacional en un solo aminoácido (como en la hemoglobina S de la anemia falciforme, ver Manual de Fisiología, capítulo VI.2) puede alterar drásticamente la estructura terciaria/cuaternaria y, con ella, la función completa de la proteína.
5Proteínas fibrosas vs. globulares
| Tipo | Estructura dominante | Ejemplos y función |
|---|---|---|
| Fibrosas | Cadenas extendidas, alargadas, con estructura secundaria repetitiva regular | α-queratinas (hélice α, cabello y uñas); colágeno (triple hélice característica, resistencia a la tracción del tejido conectivo); β-queratinas (lámina β, seda) |
| Globulares | Plegamiento compacto, esferoidal, con regiones de estructura secundaria variada combinadas en un dominio terciario único | Enzimas, hemoglobina, anticuerpos — la mayoría de las proteínas con función catalítica, transportadora o de reconocimiento |
Un dato de interés clínico: los priones ilustran cómo un cambio de conformación —de α-hélice a lámina β, sin alterar la secuencia de aminoácidos— puede convertir a una proteína normal en una forma patológica capaz de inducir el mismo cambio en moléculas vecinas, la base molecular de las encefalopatías espongiformes.
6Métodos de purificación e identificación de proteínas
El estudio experimental de una proteína requiere aislarla del resto del material biológico, en varios pasos secuenciales: extracción (ruptura celular controlada), fraccionamiento (separación por tamaño, carga o solubilidad — centrifugación, precipitación salina, cromatografía), y caracterización (determinación de peso molecular, secuencia). La hidrólisis completa de una cadena polipeptídica (con ácido fuerte) libera todos sus aminoácidos constituyentes para su cuantificación; la hidrólisis parcial (enzimática, con proteasas específicas de sitio) genera fragmentos peptídicos superpuestos que, analizados y ordenados, permiten reconstruir la secuencia completa — el principio original del secuenciamiento de proteínas.
7Trampas de examen
| Trampa | Por qué confunde | Aclaración |
|---|---|---|
| Pensar que el punto isoeléctrico es donde el aminoácido "no tiene carga en absoluto" | "Carga neta cero" suena a "sin cargas" | En el pI, el aminoácido es un zwitterión: tiene tanto un grupo cargado positivamente como uno negativamente, pero su suma neta es cero — no está descargado, está doblemente cargado y balanceado |
| Confundir estructura secundaria con terciaria | Ambas involucran "plegamiento" | La secundaria es un patrón local regular estabilizado por el esqueleto peptídico (hélice α, lámina β); la terciaria es el plegamiento tridimensional completo, estabilizado por las cadenas laterales de residuos que pueden estar muy alejados en la secuencia primaria |
| Pensar que las interacciones hidrofóbicas son la fuerza más fuerte que estabiliza la estructura terciaria en términos de energía por interacción individual | Se las describe como "la fuerza dominante" | Son dominantes por su número y por el efecto entrópico acumulado (capítulo I.1), no porque cada interacción individual sea más fuerte que un puente disulfuro o una interacción iónica — es la suma de muchas interacciones débiles la que domina el plegamiento |
8Puntos clave
- Cada aminoácido tiene un carbono α con grupo amino, carboxilo, H y una cadena lateral R que determina sus propiedades (apolar, polar, ácida, básica).
- Su carga depende del pH; en el punto isoeléctrico (pI) existen como zwitteriones con carga neta cero.
- El enlace peptídico (rígido y planar por resonancia) une aminoácidos en cadena, de N-terminal a C-terminal.
- Cuatro niveles de estructura: primaria (secuencia), secundaria (hélice α/lámina β, puentes H del esqueleto), terciaria (plegamiento 3D completo, interacciones de cadenas laterales) y cuaternaria (asociación de subunidades).
- La secuencia primaria contiene toda la información necesaria para el plegamiento correcto (experimento de Anfinsen); las proteínas fibrosas (estructural) y globulares (funcional) representan dos arquitecturas muy distintas.