¿Cómo se llaman las proteínas reguladoras clave? Proteínas reguladoras: origen

(del lat. regulo - poner en orden, ajustar), un grupo de proteínas involucradas en la regulación de la descomposición. bioquímica procesos. Un grupo importante de R. b., este artículo está dedicado a Crimea, son proteínas que interactúan con el ADN y controlan la expresión génica (expresión génica en los signos y propiedades del cuerpo). La gran mayoría de tales R. lo haría. opera a nivel transcripciones(síntesis de ARN mensajero, o ARNm, en una plantilla de ADN) y es responsable de la activación o represión (supresión) de la síntesis de ARNm (respectivamente, proteínas activadoras y proteínas represoras).

Conocido ca. 10 represores. Naib. entre ellos se estudian los represores procarióticos (bacterias, algas verdeazuladas), que regulan la síntesis de enzimas involucradas en el metabolismo de la lactosa (lac-represor) en Escherichia coli (E. coli), y el represor del bacteriófago A. Su acción se realiza mediante la unión a específicos. secciones de ADN (operadores) de los genes correspondientes y bloqueando el inicio de la transcripción del ARNm codificado por estos genes.

El represor suele ser un dímero de dos cadenas polipeptídicas idénticas orientadas en direcciones opuestas entre sí. Los represores impiden físicamente ARN polimerasa unirse al ADN en la región promotora (el sitio de unión de la enzima ARN polimerasa dependiente de ADN que cataliza la síntesis de ARNm en la plantilla de ADN) y comenzar la síntesis de ARNm. Se supone que el represor solo previene el inicio de la transcripción y no afecta la elongación del ARNm.

El represor puede controlar la síntesis a.- l. una proteína o varias proteínas, cuya expresión está coordinada. Como regla general, estas son enzimas que sirven a uno metabólico. sendero; sus genes son parte de un operón (un conjunto de genes interconectados y regiones reguladoras adyacentes).

Minnesota. Los represores pueden existir tanto en forma activa como inactiva, dependiendo de si están o no asociados con inductores o correpresores (respectivamente, sustratos, en cuya presencia aumenta o disminuye específicamente la tasa de síntesis de una enzima en particular; ver. Reguladores de enzimas); estas interacciones tienen una naturaleza no covalente.

Para una expresión génica eficiente, es necesario no sólo que el inductor inactive el represor, sino también que se realice el específico. positivo señal de encendido, que está mediada por R. b., trabajando "en pareja" con cíclica. monofosfato de adenosina (AMPc). Este último está asociado con R. b. específico. (la llamada proteína CAP-activador de genes catabólicos, o activador del catabolismo de proteínas-BAC). Este es un dímero con un muelle. M. 45 mil Después de unirse a cAMP, adquiere la capacidad de unirse a específico. regiones en el ADN, lo que aumenta considerablemente la eficiencia de la transcripción de los genes del operón correspondiente. Al mismo tiempo, CAP no afecta la tasa de crecimiento de la cadena de ARNm, pero controla la etapa de iniciación de la transcripción: la unión de la ARN polimerasa al promotor. A diferencia del represor, CAP (en complejo con cAMP) facilita la unión de la ARN polimerasa al ADN y hace que el inicio de la transcripción sea más frecuente. El sitio de unión de CAP al ADN se une directamente al promotor desde el lado opuesto al que se localiza el operador.

La regulación positiva (por ejemplo, el operón lac de E. coli) se puede describir mediante un esquema simplificado: con una disminución en la concentración de glucosa (la principal fuente de carbono), aumenta la concentración de cAMP, que se une a SAR, y el complejo resultante a el promotor lac. Como resultado, se estimula la unión de la ARN polimerasa al promotor y aumenta la tasa de transcripción de genes, que codifican enzimas que permiten a la célula cambiar al uso de otra fuente de lactosa de carbono. Hay otras R. b. especiales. (p. ej., proteína C), cuyo funcionamiento se describe mediante un esquema más complejo; controlan una estrecha gama de genes y pueden actuar tanto como represores como activadores.

Los represores y activadores específicos de operón no afectan la especificidad de la propia ARN polimerasa. Este último nivel de regulación se realiza en casos que involucran a massir. cambio en el espectro de genes expresados. Entonces, en E. coli, los genes que codifican proteínas de choque térmico, que se expresan en una serie de condiciones estresantes de la célula, son leídos por la ARN polimerasa solo cuando un R. b.-t especial. factor s 32 . Toda una familia de estos R.b. (factores s) que cambian la especificidad del promotor de la ARN polimerasa se han encontrado en bacilos y otras bacterias.

Dr. variedad R.b. cambia el catalizador Islas Sagradas de la ARN polimerasa (las llamadas proteínas anti-terminador). Entonces, en el bacteriófago X, se conocen dos de esas proteínas, centeno modificar la ARN polimerasa para que no obedezca las señales celulares de terminación (final) de la transcripción (esto es necesario para la expresión activa de los genes del fago).

El esquema general de la genética. el control, incluido el funcionamiento de R. b., también es aplicable a las bacterias ya las células eucariotas (todos los organismos, a excepción de las bacterias y las algas verdeazuladas).

eucariota las células responden a ext. señales (para ellos, por ejemplo, hormonas) en principio, de la misma manera que las células bacterianas reaccionan a los cambios en la concentración de nutrientes. en-en en ambiente, es decir. por represión reversible o activación (desrepresión) de genes individuales. Al mismo tiempo, R.b., que controlan simultáneamente la actividad un número grande genes, se pueden utilizar en la descomposición. combinaciones Genética combinacional similar la regulación puede proporcionar diferenciación. desarrollo de todo el complejo organismo multicelular debido a la interacción. número relativamente pequeño de clave R. b.

En el sistema de regulación de la actividad génica en eucariotas, hay una adición. un nivel ausente en las bacterias, a saber, la traducción de todos los nucleosomas (subunidades repetidas cromatina), que forman parte de la unidad de transcripción, a una forma activa (descondensada) en aquellas células donde este gen debería estar funcionalmente activo. Se supone que aquí está involucrado un conjunto de Rb específicos, que no tienen análogos en los procariotas. Estas proteínas no solo reconocen secciones de cromatina (o. ADN), sino también llamadasciertos cambios estructurales en áreas adyacentes. R.b., como activadores y represores de bacterias, aparentemente, están involucrados en la regulación de la transcripción posterior de genes individuales en las áreas de aktivir. cromatina.

Clase extensiva R.b. eucariota- proteínas receptoras hormonas esteroides.

Secuencia de aminoácidos R.b. llamado codificado. genes reguladores. La inactivación mutacional del represor conduce a la síntesis incontrolada de ARNm y, en consecuencia, a una cierta proteína (como resultado traducción- síntesis de proteínas en una plantilla de ARNm). Tales organismos se llaman mutantes constitutivos. La pérdida del activador como resultado de la mutación conduce a una disminución persistente de la síntesis de la proteína regulada.

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Usar literatura para el artículo "PROTEÍNAS REGULADORAS": Strayer L., Bioquímica, trad. del inglés, volumen 3, M., 1985, p. 112-25.

P. L. Ivanov.

Página "PROTEÍNAS REGULADORAS" preparado de acuerdo con los materiales de la enciclopedia química.

Ejemplos bien estudiados de la interacción de proteínas y ADN, que no depende de la secuencia de nucleótidos del ADN, es la interacción con proteínas estructurales. En una célula, el ADN se une a estas proteínas para formar una estructura compacta llamada cromatina. En los procariotas, la cromatina se forma uniendo pequeñas proteínas alcalinas (histonas) al ADN, la cromatina procariota menos ordenada contiene proteínas similares a las histonas. Las histonas forman una estructura de proteína en forma de disco: el nucleosoma, alrededor de cada uno de los cuales se ajustan dos vueltas de la hélice del ADN. Los enlaces no específicos entre las histonas y el ADN se forman debido a los enlaces iónicos de los aminoácidos alcalinos de las histonas y los residuos ácidos del esqueleto de azúcar-fosfato del ADN. Las modificaciones químicas de estos aminoácidos incluyen la metilación, la fosforilación y la acetilación. Estas modificaciones químicas cambian la fuerza de la interacción entre el ADN y las histonas, afectando la disponibilidad de secuencias específicas para los factores de transcripción y alterando la tasa de transcripción. Otras proteínas de la cromatina que se unen a secuencias no específicas son proteínas con alta movilidad en geles, que se asocian principalmente con el ADN plegado. Estas proteínas son importantes para la formación de estructuras de orden superior en la cromatina. Un grupo especial de proteínas que se adhieren al ADN son aquellas que se asocian con el ADN monocatenario. La proteína mejor caracterizada de este grupo en humanos es la proteína de replicación A, sin la cual no pueden ocurrir la mayoría de los procesos en los que se desenrolla la doble hélice, incluida la replicación, la recombinación y la reparación. Las proteínas de este grupo estabilizan el ADN monocatenario y previenen la formación de bucles de tallo o la degradación por nucleasas.

Al mismo tiempo, otras proteínas reconocen y se adhieren a secuencias específicas. El grupo más estudiado de tales proteínas son varias clases de factores de transcripción, es decir, proteínas que regulan la transcripción. Cada una de estas proteínas reconoce su secuencia, a menudo en un promotor, y activa o reprime la transcripción génica. Esto ocurre por la asociación de factores de transcripción con la ARN polimerasa, ya sea directamente oa través de proteínas intermediarias. La polimerasa primero se asocia con proteínas y luego comienza la transcripción. En otros casos, los factores de transcripción pueden unirse a enzimas que modifican histonas localizadas en promotores, alterando así la accesibilidad del ADN a las polimerasas.

Dado que las secuencias específicas ocurren en muchos lugares del genoma, los cambios en la actividad de un tipo de factor de transcripción pueden cambiar la actividad de miles de genes. En consecuencia, estas proteínas a menudo se regulan en respuesta a cambios ambientales, desarrollo de organismos y diferenciación celular. La especificidad de la interacción de los factores de transcripción con el ADN la proporcionan numerosos contactos entre los aminoácidos y las bases del ADN, lo que les permite "leer" la secuencia del ADN. La mayor parte del contacto con las bases ocurre en el surco principal, donde las bases son más accesibles.

Enzimas que modifican el ADN

Topoisomerasas y helicasas

Artículos principales: topoisomerasas , helicasas

En una célula, el ADN se encuentra en un llamado compacto. en un estado súper retorcido, de lo contrario no podría caber en él. Para que se lleven a cabo los procesos vitales, el ADN debe estar destorcido, lo cual es producido por dos grupos de proteínas: las topoisomerasas y las helicasas.

Las topoisomerasas son enzimas que tienen actividades tanto de nucleasa como de ligasa. Estas proteínas cambian el grado de superenrollamiento del ADN. Algunas de estas enzimas cortan la hélice del ADN y permiten que una de las hebras gire, reduciendo así el nivel de superenrollamiento, después de lo cual la enzima cierra la brecha. Otras enzimas pueden cortar una de las hebras y llevar la segunda hebra a través de la ruptura y luego ligar la ruptura en la primera hebra. Las topoisomerasas son esenciales en muchos procesos relacionados con el ADN, como la replicación y la transcripción.

Las helicasas son proteínas que son uno de los motores moleculares. Utilizan la energía química de los trifosfatos de nucleótidos, más comúnmente ATP, para romper los enlaces de hidrógeno entre las bases, desenrollando la doble hélice en hebras separadas. Estas enzimas son esenciales para la mayoría de los procesos en los que las proteínas necesitan acceder a las bases de ADN.

Nucleasas y ligasas

nucleasa, Ligaz

En varios procesos que ocurren en la célula, por ejemplo, la recombinación y la reparación, están involucradas enzimas que pueden cortar y restaurar la integridad de las hebras de ADN. Las enzimas que cortan el ADN se llaman nucleasas. Las nucleasas que hidrolizan los nucleótidos en los extremos de la molécula de ADN se denominan exonucleasas, mientras que las endonucleasas cortan el ADN dentro de la hebra. Las nucleasas más utilizadas en biología molecular e ingeniería genética son las enzimas de restricción que cortan el ADN en torno a secuencias específicas. Por ejemplo, la enzima EcoRV (enzima de restricción #5 de E. coli) reconoce la secuencia de seis nucleótidos 5"-GAT|ATC-3" y corta el ADN en el lugar indicado por la línea vertical. En la naturaleza, estas enzimas protegen a las bacterias de la infección por bacteriófagos al cortar el ADN del fago cuando se introduce en la célula bacteriana. En este caso, las nucleasas forman parte del sistema de modificación-restricción. Las ligasas de ADN entrecruzan las bases de fosfato de azúcar en la molécula de ADN utilizando la energía del ATP. Las nucleasas y ligasas de restricción se utilizan en la clonación y la toma de huellas dactilares.

ADN polimerasa I (una estructura en forma de anillo que consta de varias moléculas de proteína idénticas, que se muestran en diferentes colores), que liga la hebra de ADN dañada

polimerasas

ADN polimerasa

También hay un grupo de enzimas importantes para el metabolismo del ADN que sintetizan cadenas de polinucleótidos a partir de nucleósidos trifosfatos: la ADN polimerasa. Agregan nucleótidos al grupo hidroxilo de 3" del nucleótido anterior en la cadena de ADN, por lo que todas las polimerasas funcionan en la dirección 5"--> 3". En el centro activo de estas enzimas, el sustrato, el nucleósido trifosfato, se empareja con una base complementaria como parte de una cadena polinucleotídica monocatenaria - plantilla.

Durante la replicación del ADN, la ADN polimerasa dependiente de ADN sintetiza una copia de la secuencia de ADN original. La precisión es muy importante en este proceso, ya que los errores en la polimerización darán lugar a mutaciones, por lo que muchas polimerasas tienen la capacidad de "editar": corregir errores. La polimerasa reconoce errores en la síntesis por la falta de emparejamiento entre nucleótidos incorrectos. Después de determinar la falta de emparejamiento, se activa la actividad de exonucleasa 3"--> 5" de la polimerasa y se elimina la base incorrecta. En la mayoría de los organismos, las ADN polimerasas funcionan como un gran complejo llamado replisoma, que contiene numerosas subunidades adicionales, como las helicasas.

Las polimerasas de ADN dependientes de ARN son un tipo especializado de polimerasas que copian una secuencia de ARN en el ADN. Este tipo incluye la enzima viral transcriptasa inversa, que utilizan los retrovirus durante la infección celular, así como la telomerasa, que es necesaria para la replicación de los telómeros. La telomerasa es una enzima inusual porque contiene su propio ARN mensajero.

La transcripción la lleva a cabo la ARN polimerasa dependiente de ADN, que copia la secuencia de ADN de una hebra en el ARNm. Al comienzo de la transcripción de un gen, la ARN polimerasa se une a una secuencia al comienzo del gen, llamada promotor, y desenrolla la hélice del ADN. Luego, copia la secuencia del gen en el ARN mensajero hasta que alcanza el ADN al final del gen, el terminador, donde se detiene y se separa del ADN. Al igual que la ADN polimerasa dependiente del ADN humano, la ARN polimerasa II, que transcribe la mayoría de los genes del genoma humano, funciona como parte de un gran complejo proteico, que contiene unidades reguladoras y adicionales .

El trabajo de los genes en cualquier organismo, procariota, eucariota, unicelular o multicelular, está controlado y coordinado.

Diferentes genes tienen diferente actividad temporal. Algunos de ellos se caracterizan por una actividad constante. Dichos genes son responsables de la síntesis de proteínas necesarias para una célula u organismo a lo largo de la vida, por ejemplo, genes cuyos productos están involucrados en la síntesis de ATP. La mayoría de los genes tienen actividad intermitente, funcionan solo en ciertos momentos cuando existe la necesidad de sus productos: las proteínas. Los genes también difieren en sus niveles de actividad (bajo o alto).

Las proteínas celulares se clasifican en reguladoras y estructurales. Las proteínas reguladoras se sintetizan en los genes reguladores y controlan el funcionamiento de los genes estructurales. Los genes estructurales codifican proteínas estructurales que realizan funciones estructurales, enzimáticas, de transporte y otras (¡excepto las de regulación!).

La regulación de la síntesis de proteínas se lleva a cabo en todas las etapas de este proceso: transcripción, traducción y modificación postraduccional, ya sea por inducción o por represión.

La regulación de la actividad génica en los organismos eucarióticos es mucho más complicada que la regulación de la expresión génica en los procarióticos, que está determinada por la complejidad de la organización de un organismo eucariótico, y especialmente de uno pluricelular. En 1961, los científicos franceses F. Jacob, J. Monod y A. Lvov formularon un modelo de control genético de la síntesis de proteínas que catalizan la asimilación de lactosa por la célula: el concepto de operón.

Un operón es un grupo de genes controlados por un único gen regulador.

Un gen regulador es un gen con baja actividad constante; en él se sintetiza una proteína represora, una proteína reguladora que puede unirse a un operador, inactivándolo.

Un operador es un punto de partida para leer la información genética; controla el trabajo de los genes estructurales.

Los genes estructurales del operón de lactosa contienen información sobre las enzimas involucradas en el metabolismo de la lactosa. Por lo tanto, la lactosa servirá como inductor, un agente que inicia el trabajo del operón.

Un promotor es el sitio de unión de la ARN polimerasa.

El terminador es el sitio de terminación de la síntesis de ARNm.

En ausencia de un inductor, el sistema no funciona, ya que el represor "libre" del inductor, la lactosa, está conectado al operador. En este caso, la enzima ARN polimerasa no puede catalizar el proceso de síntesis de ARNm. Si se encuentra lactosa (un inductor) en la célula, al interactuar con el represor, cambia su estructura, como resultado de lo cual el represor libera al operador. La ARN polimerasa se une al promotor, comienza la síntesis de ARNm (transcripción de genes estructurales). Luego se forman proteínas en los ribosomas de acuerdo con el programa del operón de ARNm-lactosa. En los organismos procarióticos, una molécula de ARNm reescribe la información de todos los genes estructurales del operón, es decir, Un operón es una unidad de transcripción. La transcripción continúa mientras las moléculas de lactosa permanezcan en el citoplasma de la célula. Tan pronto como la célula procesa todas las moléculas, el represor cierra el operador y se detiene la síntesis de ARNm.

Por lo tanto, la síntesis de ARNm y, en consecuencia, la síntesis de proteínas deben estar estrictamente reguladas, ya que la célula no tiene suficientes recursos para la transcripción y traducción simultáneas de todos los genes estructurales. Tanto los procariotas como los eucariotas sintetizan constantemente solo aquellos ARNm que son necesarios para realizar funciones celulares básicas.La expresión de otros genes estructurales se lleva a cabo bajo el estricto control de los sistemas reguladores que desencadenan la transcripción solo cuando existe la necesidad de una determinada proteína (proteínas ).

PROTEÍNAS REGULADORAS (del lat. regulo - poner en orden, ajustar), un grupo de proteínas. involucrados en la regulación de la descomposición. bioquímica procesos. Un grupo importante de proteínas reguladoras, al que se dedica este artículo, son las proteínas que interactúan con el ADN y controlan la expresión génica (expresión génica en las características y propiedades de un organismo). La gran mayoría de estas proteínas reguladoras funcionan a nivel de transcripción (síntesis de ARN mensajero, o ARNm, en una plantilla de ADN) y son responsables de la activación o represión (supresión) de la síntesis de ARNm (proteínas activadoras y proteínas represoras, respectivamente) .

Conocido ca. 10 represores. Naib. entre ellos se estudian los represores procarióticos (bacterias, algas verdeazuladas), que regulan la síntesis de enzimas involucradas en el metabolismo de la lactosa (lac-represor) en Escherichia coli (E. coli), y el represor del bacteriófago A. Su acción se realiza mediante la unión a específicos. secciones de ADN (operadores) de los genes correspondientes y bloqueando el inicio de la transcripción del ARNm codificado por estos genes.

El represor suele ser un dímero de dos cadenas polipeptídicas idénticas orientadas en direcciones opuestas entre sí. Los represores evitan físicamente que la ARN polimerasa se una al ADN en el sitio del promotor (el sitio de unión de la enzima ARN polimerasa dependiente de ADN que cataliza la síntesis de ARNm en la plantilla de ADN) y que inicie la síntesis de ARNm. Se supone que el represor solo previene el inicio de la transcripción y no afecta la elongación del ARNm.

El represor puede controlar la síntesis a.- l. una sola proteína o una gama de proteínas. cuya expresión es coordinada. Como regla general, estas son enzimas que sirven a uno metabólico. sendero; sus genes son parte de un operón (un conjunto de genes interconectados y regiones reguladoras adyacentes).

Minnesota. los represores pueden existir tanto en formas activas como inactivas, dependiendo de si están o no asociados con inductores o correpresores (respectivamente, sustratos en presencia de los cuales la tasa de síntesis de una enzima particular aumenta o disminuye específicamente; ver Reguladores de enzimas); estas interacciones tienen una naturaleza no covalente.

Para una expresión génica eficiente, es necesario no sólo que el inductor inactive el represor, sino también que se realice el específico. positivo señal de encendido, que está mediada por proteínas reguladoras que trabajan "en pareja" con cíclicas. monofosfato de adenosina (AMPc). Este último se une a proteínas reguladoras específicas (las denominadas CAP-proteína-activador de genes catabólicos, o proteínas activadoras del catabolismo-BAC). Este es un dímero con un muelle. M. 45 mil Después de unirse a cAMP, adquiere la capacidad de unirse a específico. regiones en el ADN, lo que aumenta considerablemente la eficiencia de la transcripción de los genes del operón correspondiente. Al mismo tiempo, CAP no afecta la tasa de crecimiento de la cadena de ARNm, pero controla la etapa de iniciación de la transcripción: la unión de la ARN polimerasa al promotor. A diferencia del represor, CAP (en complejo con cAMP) facilita la unión de la ARN polimerasa al ADN y hace que el inicio de la transcripción sea más frecuente. El sitio de unión de CAP al ADN se une directamente al promotor desde el lado opuesto al que se localiza el operador.

La regulación positiva (p. ej., del operón lac de E. coli) se puede describir de manera simplificada: con una disminución en la concentración de glucosa (la principal fuente de carbono), aumenta la concentración de cAMP, que se une a CAP, y la el complejo resultante aumenta con el promotor lac. Como resultado, se estimula la unión de la ARN polimerasa al promotor y aumenta la tasa de transcripción de genes que codifican enzimas que permiten a la célula cambiar a otra fuente de carbono, la lactosa. Existen otras proteínas reguladoras especiales (p. ej., la proteína C), cuyo funcionamiento se describe mediante un esquema más complejo; controlan una estrecha gama de genes y pueden actuar tanto como represores como activadores.

Los represores y activadores específicos de operón no afectan la especificidad de la propia ARN polimerasa. Este último nivel de regulación se realiza en casos que involucran a massir. cambio en el espectro de genes expresados. Entonces, en E. coli, los genes que codifican proteínas de choque térmico, que se expresan en una serie de condiciones estresantes de la célula, son leídos por la ARN polimerasa solo cuando una proteína reguladora especial, la llamada. factor s32. Se ha encontrado en bacilos y otras bacterias toda una familia de estas proteínas reguladoras (factores s), que modifican la especificidad promotora de la ARN polimerasa.

Dr. una variedad de proteínas reguladoras cambia catalíticamente. propiedades de la ARN polimerasa (las llamadas proteínas anti-terminador). Por ejemplo, en el bacteriófago X, se conocen dos proteínas de este tipo que modifican la ARN polimerasa para que no obedezca las señales celulares de terminación (fin) de la transcripción (esto es necesario para la expresión activa de los genes del fago).

El esquema general de la genética. el control, incluido el funcionamiento de las proteínas reguladoras, también es aplicable a las bacterias y las células eucariotas (todos los organismos excepto las bacterias y las algas verdeazuladas).

eucariota las células responden a ext. señales (para ellos, por ejemplo, hormonas) en principio, de la misma manera que las células bacterianas reaccionan a los cambios en la concentración de nutrientes. sustancias en el medio ambiente, es decir, por represión reversible o activación (desrepresión) de genes individuales. Al mismo tiempo, en la descomposición se pueden utilizar proteínas reguladoras que controlan simultáneamente la actividad de un gran número de genes. combinaciones Genética combinacional similar la regulación puede proporcionar diferenciación. desarrollo de todo el complejo organismo multicelular debido a la interacción. relativamente pocas proteínas reguladoras clave

En el sistema de regulación de la actividad génica en eucariotas, hay una adición. un nivel ausente en las bacterias, a saber, la traducción de todos los nucleosomas (subunidades de cromatina repetitivas) que componen la unidad de transcripción en una forma activa (descondensada) en aquellas células donde este gen debería estar funcionalmente activo. Se supone que aquí interviene un conjunto de proteínas reguladoras específicas que no tienen análogos en procariotas. Estas proteínas no solo reconocen secciones de cromatina (o. ADN), sino que también causan ciertos cambios estructurales en las áreas adyacentes. Las proteínas reguladoras como activadores y represores de bacterias, aparentemente, están involucradas en la regulación de la transcripción posterior de genes individuales en áreas activir. cromatina.

Una amplia clase de proteínas reguladoras eucariotas proteínas receptoras de hormonas esteroides.

La secuencia de aminoácidos de las proteínas reguladoras está codificada por los llamados. genes reguladores. La inactivación mutacional del represor conduce a la síntesis incontrolada de ARNm y, en consecuencia, de cierta proteína (como resultado de la síntesis de proteína de traducción en la plantilla de ARNm). Tales organismos se llaman mutantes constitutivos. La pérdida del activador como resultado de la mutación conduce a una disminución persistente de la síntesis de la proteína regulada.

PROTEÍNAS REGULADORAS(del lat. regulo - poner en orden, ajustar), un grupo de proteínas involucradas en la regulación de la descomposición. bioquímica procesos. Un grupo importante de R. b., este artículo está dedicado a Crimea, son proteínas que interactúan con el ADN y controlan la expresión génica (expresión génica en los signos y propiedades del cuerpo). La gran mayoría de tales R. lo haría. opera a nivel transcripciones(síntesis de ARN mensajero, o ARNm, en una plantilla de ADN) y es responsable de la activación o represión (supresión) de la síntesis de ARNm (respectivamente, proteínas activadoras y proteínas represoras).

Conocido ca. 10 represores. Naib. entre ellos se estudian los represores procarióticos (bacterias, algas verdeazuladas), que regulan la síntesis de enzimas involucradas en el metabolismo de la lactosa (lac-represor) en Escherichia coli (E. coli), y el represor del bacteriófago A. Su acción se realiza mediante la unión a específicos. secciones de ADN (operadores) de los genes correspondientes y bloqueando el inicio de la transcripción del ARNm codificado por estos genes.

El represor suele ser un dímero de dos cadenas polipeptídicas idénticas orientadas en direcciones opuestas entre sí. Los represores impiden físicamente ARN polimerasa unirse al ADN en la región promotora (el sitio de unión de la enzima ARN polimerasa dependiente de ADN que cataliza la síntesis de ARNm en la plantilla de ADN) y comenzar la síntesis de ARNm. Se supone que el represor solo previene el inicio de la transcripción y no afecta la elongación del ARNm.

El represor puede controlar la síntesis a.- l. una proteína o varias proteínas, cuya expresión está coordinada. Como regla general, estas son enzimas que sirven a uno metabólico. sendero; sus genes son parte de un operón (un conjunto de genes interconectados y regiones reguladoras adyacentes).

Minnesota. Los represores pueden existir tanto en forma activa como inactiva, dependiendo de si están o no asociados con inductores o correpresores (respectivamente, sustratos, en cuya presencia aumenta o disminuye específicamente la tasa de síntesis de una enzima en particular; ver. Reguladores de enzimas); estas interacciones tienen una naturaleza no covalente.

Para una expresión génica eficiente, es necesario no sólo que el inductor inactive el represor, sino también que se realice el específico. positivo señal de encendido, que está mediada por R. b., trabajando "en pareja" con cíclica. monofosfato de adenosina (AMPc). Este último está asociado con R. b. específico. (la llamada proteína CAP-activador de genes catabólicos, o activador del catabolismo de proteínas-BAC). Este es un dímero con un muelle. M. 45 mil Después de unirse a cAMP, adquiere la capacidad de unirse a específico. regiones en el ADN, lo que aumenta considerablemente la eficiencia de la transcripción de los genes del operón correspondiente. Al mismo tiempo, CAP no afecta la tasa de crecimiento de la cadena de ARNm, pero controla la etapa de iniciación de la transcripción: la unión de la ARN polimerasa al promotor. A diferencia del represor, CAP (en complejo con cAMP) facilita la unión de la ARN polimerasa al ADN y hace que el inicio de la transcripción sea más frecuente. El sitio de unión de CAP al ADN se une directamente al promotor desde el lado opuesto al que se localiza el operador.

La regulación positiva (por ejemplo, el operón lac de E. coli) se puede describir mediante un esquema simplificado: con una disminución en la concentración de glucosa (la principal fuente de carbono), aumenta la concentración de cAMP, que se une a SAR, y el complejo resultante a el promotor lac. Como resultado, se estimula la unión de la ARN polimerasa al promotor y aumenta la tasa de transcripción de genes, que codifican enzimas que permiten a la célula cambiar al uso de otra fuente de lactosa de carbono. Hay otras R. b. especiales. (p. ej., proteína C), cuyo funcionamiento se describe mediante un esquema más complejo; controlan una estrecha gama de genes y pueden actuar tanto como represores como activadores.

Los represores y activadores específicos de operón no afectan la especificidad de la propia ARN polimerasa. Este último nivel de regulación se realiza en casos que involucran a massir. cambio en el espectro de genes expresados. Entonces, en E. coli, los genes que codifican proteínas de choque térmico, que se expresan en una serie de condiciones estresantes de la célula, son leídos por la ARN polimerasa solo cuando un R. b.-t especial. factor s 32 . Toda una familia de estos R.b. (factores s) que cambian la especificidad del promotor de la ARN polimerasa se han encontrado en bacilos y otras bacterias.

Dr. variedad R.b. cambia el catalizador Islas Sagradas de la ARN polimerasa (las llamadas proteínas anti-terminador). Entonces, en el bacteriófago X, se conocen dos de esas proteínas, centeno modificar la ARN polimerasa para que no obedezca las señales celulares de terminación (final) de la transcripción (esto es necesario para la expresión activa de los genes del fago).

El esquema general de la genética. el control, incluido el funcionamiento de R. b., también es aplicable a las bacterias ya las células eucariotas (todos los organismos, a excepción de las bacterias y las algas verdeazuladas).

eucariota las células responden a ext. señales (para ellos, por ejemplo, hormonas) en principio, de la misma manera que las células bacterianas reaccionan a los cambios en la concentración de nutrientes. in-in en el medio ambiente, i.e. por represión reversible o activación (desrepresión) de genes individuales. Al mismo tiempo, R.b., que controla simultáneamente la actividad de una gran cantidad de genes, puede usarse en descomposición. combinaciones Genética combinacional similar la regulación puede proporcionar diferenciación. desarrollo de todo el complejo organismo multicelular debido a la interacción. número relativamente pequeño de clave R. b.

En el sistema de regulación de la actividad génica en eucariotas, hay una adición. un nivel ausente en las bacterias, a saber, la traducción de todos los nucleosomas (subunidades repetidas cromatina), que forman parte de la unidad de transcripción, a una forma activa (descondensada) en aquellas células donde este gen debería estar funcionalmente activo. Se supone que aquí está involucrado un conjunto de Rb específicos, que no tienen análogos en los procariotas. Estas proteínas no solo reconocen secciones de cromatina (o. ADN), sino también llamadasciertos cambios estructurales en áreas adyacentes. R.b., como activadores y represores de bacterias, aparentemente, están involucrados en la regulación de la transcripción posterior de genes individuales en las áreas de aktivir. cromatina.

Clase extensiva R.b. eucariota- proteínas receptoras hormonas esteroides.

Secuencia de aminoácidos R.b. llamado codificado. genes reguladores. La inactivación mutacional del represor conduce a la síntesis incontrolada de ARNm y, en consecuencia, a una cierta proteína (como resultado traducción- síntesis de proteínas en una plantilla de ARNm). Tales organismos se llaman mutantes constitutivos. La pérdida del activador como resultado de la mutación conduce a una disminución persistente de la síntesis de la proteína regulada.

Iluminado.: Strayer L., Bioquímica, trad. del inglés, volumen 3, M., 1985, p. 112-25.

P. L. Ivanov.

El contenido del artículo

PROTEÍNAS (Artículo 1)- una clase de polímeros biológicos presentes en todos los organismos vivos. Con la participación de las proteínas tienen lugar los principales procesos que aseguran la actividad vital del organismo: respiración, digestión, contracción muscular, transmisión de los impulsos nerviosos. El tejido óseo, la piel, el cabello, las formaciones córneas de los seres vivos están compuestos por proteínas. Para la mayoría de los mamíferos, el crecimiento y desarrollo del organismo se produce gracias a productos que contienen proteínas como componente alimentario. El papel de las proteínas en el cuerpo y, en consecuencia, su estructura es muy diversa.

La composición de las proteínas.

Todas las proteínas son polímeros, cuyas cadenas se ensamblan a partir de fragmentos de aminoácidos. Los aminoácidos son compuestos orgánicos que contienen en su composición (de acuerdo con el nombre) un grupo amino NH 2 y un ácido orgánico, es decir, carboxilo, grupo COOH. De toda la variedad de aminoácidos existentes (teóricamente, el número de aminoácidos posibles es ilimitado), sólo participan en la formación de proteínas aquellos que tienen un solo átomo de carbono entre el grupo amino y el grupo carboxilo. En general, los aminoácidos involucrados en la formación de proteínas se pueden representar por la fórmula: H 2 N–CH(R)–COOH. El grupo R unido al átomo de carbono (el que está entre los grupos amino y carboxilo) determina la diferencia entre los aminoácidos que componen las proteínas. Este grupo puede consistir solo en átomos de carbono e hidrógeno, pero más a menudo contiene, además de C y H, varios grupos funcionales (capaces de transformaciones adicionales), por ejemplo, HO-, H 2 N-, etc. También hay un opción cuando R \u003d H.

Los organismos de los seres vivos contienen más de 100 aminoácidos diferentes, sin embargo, no todos se utilizan en la construcción de proteínas, sino solo 20, los llamados "fundamentales". En mesa. 1 muestra sus nombres (la mayoría de los nombres se han desarrollado históricamente), la fórmula estructural, así como la abreviatura ampliamente utilizada. Todas las fórmulas estructurales están dispuestas en la tabla de modo que el fragmento principal del aminoácido esté a la derecha.

Tabla 1. AMINOÁCIDOS IMPLICADOS EN LA CREACIÓN DE PROTEÍNAS

Nombre	Estructura	Designacion
GLICINA		GLI
ALANÍN		ALA
VALÍN		EJE
LEUCINA		LEI
ISOLEUCINA		ILE
CANARIO		SER
treonina		TRE
CISTÍNA		CEI
METIONINA		REUNIÓ
LISINA		LIZ
ARGININA		ARG
ÁCIDO ASPARÁGICO		ADN
ASPARAGINA		ADN
ÁCIDO GLUTAMICO		GLU
GLUTAMINA		GNL
fenilalanina		secador de pelo
TIROSINA		TIR
triptófano		TRES
HISTIDINA		SIG
PROLINA		PRO
En la práctica internacional, se acepta la designación abreviada de los aminoácidos enumerados utilizando abreviaturas latinas de tres o una letra, por ejemplo, glicina - Gly o G, alanina - Ala o A.

Entre estos veinte aminoácidos (Cuadro 1), sólo la prolina contiene un grupo NH (en lugar de NH 2 ) junto al grupo carboxilo COOH, ya que forma parte del fragmento cíclico.

Ocho aminoácidos (valina, leucina, isoleucina, treonina, metionina, lisina, fenilalanina y triptófano), colocados en la tabla sobre un fondo gris, se denominan esenciales, ya que el organismo debe recibirlos constantemente con alimentos proteicos para un crecimiento y desarrollo normales.

Una molécula de proteína se forma como resultado de la conexión secuencial de aminoácidos, mientras que el grupo carboxilo de un ácido interactúa con el grupo amino de la molécula vecina, como resultado, se forma un enlace peptídico –CO–NH– y un agua se libera la molécula. En la fig. 1 muestra la conexión en serie de alanina, valina y glicina.

Arroz. una CONEXIÓN EN SERIE DE AMINOÁCIDOS durante la formación de una molécula de proteína. El camino desde el grupo amino terminal H 2 N hasta el grupo carboxilo terminal COOH se eligió como la dirección principal de la cadena polimérica.

Para describir de forma compacta la estructura de una molécula de proteína, se utilizan las abreviaturas de los aminoácidos (Tabla 1, tercera columna) que intervienen en la formación de la cadena polimérica. El fragmento de la molécula que se muestra en la Fig. 1 se escribe como sigue: H 2 N-ALA-VAL-GLY-COOH.

Las moléculas de proteína contienen de 50 a 1500 residuos de aminoácidos (las cadenas más cortas se denominan polipéptidos). La individualidad de una proteína está determinada por el conjunto de aminoácidos que componen la cadena polimérica y, no menos importante, por el orden de su alternancia a lo largo de la cadena. Por ejemplo, la molécula de insulina consta de 51 residuos de aminoácidos (es una de las proteínas de cadena más corta) y consta de dos cadenas paralelas interconectadas de longitud desigual. La secuencia de fragmentos de aminoácidos se muestra en la fig. 2.

Arroz. 2 MOLÉCULA DE INSULINA, construido a partir de 51 residuos de aminoácidos, los fragmentos de los mismos aminoácidos están marcados con el color de fondo correspondiente. Los residuos de aminoácidos de cisteína (designación abreviada CIS) contenidos en la cadena forman puentes disulfuro -S-S-, que unen dos moléculas de polímero, o forman puentes dentro de una cadena.

Las moléculas del aminoácido cisteína (Tabla 1) contienen grupos sulfhidruro reactivos -SH, que interactúan entre sí formando puentes disulfuro -S-S-. El papel de la cisteína en el mundo de las proteínas es especial, con su participación se forman enlaces cruzados entre moléculas de proteínas poliméricas.

La combinación de aminoácidos en una cadena polimérica ocurre en un organismo vivo bajo el control ácidos nucleicos, proporcionan un orden de montaje estricto y regulan la longitud fija de la molécula de polímero ( cm. ÁCIDOS NUCLEICOS).

La estructura de las proteínas.

La composición de la molécula de proteína, presentada en forma de residuos de aminoácidos alternos (Fig. 2), se denomina estructura primaria de la proteína. Los enlaces de hidrógeno surgen entre los grupos imino HN presentes en la cadena polimérica y los grupos carbonilo CO ( cm. ENLACE DE HIDRÓGENO), como resultado, la molécula de proteína adquiere una cierta forma espacial, llamada estructura secundaria. Los más comunes son dos tipos de estructura secundaria en las proteínas.

La primera opción, llamada hélice α, se implementa utilizando enlaces de hidrógeno dentro de una molécula de polímero. Los parámetros geométricos de la molécula, determinados por las longitudes de enlace y los ángulos de enlace, son tales que la formación de enlaces de hidrógeno es posible para grupos H-N y C=O, entre los cuales hay dos fragmentos peptídicos H-N-C=O (Fig. 3).

La composición de la cadena polipeptídica mostrada en la fig. 3 se escribe en forma abreviada como sigue:

H 2 N-ALA VAL-ALA-LEY-ALA-ALA-ALA-ALA-VAL-ALA-ALA-ALA-COOH.

Como resultado de la acción de contracción de los enlaces de hidrógeno, la molécula toma la forma de una hélice, la llamada hélice α, se representa como una cinta helicoidal curva que pasa a través de los átomos que forman la cadena polimérica (Fig. 4)

Arroz. cuatro MODELO 3D DE UNA MOLÉCULA DE PROTEÍNA en forma de hélice α. Los enlaces de hidrógeno se muestran como líneas de puntos verdes. La forma cilíndrica de la espiral es visible en un cierto ángulo de rotación (los átomos de hidrógeno no se muestran en la figura). El color de los átomos individuales se da de acuerdo con las normas internacionales, que recomiendan el negro para los átomos de carbono, el azul para el nitrógeno, el rojo para el oxígeno y el amarillo para el azufre (se recomienda el color blanco para los átomos de hidrógeno que no se muestran en la figura, en este caso el toda la estructura representada sobre un fondo oscuro).

Otra variante de la estructura secundaria, llamada estructura β, también se forma con la participación de enlaces de hidrógeno, la diferencia es que los grupos H-N y C=O de dos o más cadenas poliméricas ubicadas en paralelo interactúan. Dado que la cadena polipeptídica tiene una dirección (Fig. 1), las variantes son posibles cuando la dirección de las cadenas es la misma (estructura β paralela, Fig. 5), o son opuestas (estructura β antiparalela, Fig. 6) .

Las cadenas poliméricas de diversas composiciones pueden participar en la formación de la estructura β, mientras que los grupos orgánicos que enmarcan la cadena polimérica (Ph, CH 2 OH, etc.) en la mayoría de los casos juegan un papel secundario, la disposición mutua de H-N y C =O grupos es decisivo. Dado que los grupos H-N y C=O están dirigidos en diferentes direcciones en relación con la cadena del polímero (hacia arriba y hacia abajo en la figura), es posible que tres o más cadenas interactúen simultáneamente.

La composición de la primera cadena polipeptídica de la Fig. 5:

H 2 N-LEI-ALA-FEN-GLI-ALA-ALA-COOH

La composición de la segunda y tercera cadena:

H 2 N-GLY-ALA-SER-GLY-TRE-ALA-COOH

La composición de las cadenas polipeptídicas que se muestra en la fig. 6, igual que en la Fig. 5, la diferencia es que la segunda cadena tiene la dirección opuesta (en comparación con la Fig. 5).

Es posible formar una estructura β dentro de una molécula, cuando un fragmento de cadena en una determinada sección gira 180 °, en este caso, dos ramas de una molécula tienen la dirección opuesta, como resultado, un antiparalelo Se forma la estructura β (Fig. 7).

La estructura mostrada en la fig. 7 en una imagen plana, mostrada en la fig. 8 en forma de modelo tridimensional. Las secciones de la estructura β generalmente se indican de manera simplificada mediante una cinta ondulada plana que pasa a través de los átomos que forman la cadena polimérica.

En la estructura de muchas proteínas, se alternan secciones de la hélice α y estructuras β similares a cintas, así como cadenas polipeptídicas individuales. Su disposición mutua y alternancia en la cadena polimérica se denomina estructura terciaria de la proteína.

Los métodos para representar la estructura de las proteínas se muestran a continuación utilizando la proteína vegetal crambin como ejemplo. Las fórmulas estructurales de proteínas, que a menudo contienen hasta cientos de fragmentos de aminoácidos, son complejas, engorrosas y difíciles de entender, por lo tanto, a veces se utilizan fórmulas estructurales simplificadas, sin símbolos de elementos químicos (Fig. 9, opción A), pero al mismo tiempo tiempo conservan el color de los trazos de valencia de acuerdo con las normas internacionales (Fig. 4). En este caso, la fórmula no se presenta en un plano, sino en una imagen espacial, que corresponde a la estructura real de la molécula. Este método permite, por ejemplo, distinguir entre puentes disulfuro (similares a los que se encuentran en la insulina, Fig. 2), grupos fenilo en el marco lateral de la cadena, etc. La imagen de las moléculas en forma de tridimensional modelos (bolas conectadas por varillas) es algo más claro (Fig. 9, opción B). Sin embargo, ambos métodos no permiten mostrar la estructura terciaria, por lo que la biofísica estadounidense Jane Richardson propuso representar las estructuras α como cintas retorcidas en espiral (ver Fig. 4), las estructuras β como cintas onduladas planas (Fig. 8) y conectar ellos cadenas simples: en forma de paquetes delgados, cada tipo de estructura tiene su propio color. Este método de representar la estructura terciaria de una proteína ahora se usa ampliamente (Fig. 9, variante B). En ocasiones, para mayor contenido de información, se muestran juntas una estructura terciaria y una fórmula estructural simplificada (Fig. 9, variante D). También hay modificaciones del método propuesto por Richardson: las hélices α se representan como cilindros y las estructuras β tienen forma de flechas planas que indican la dirección de la cadena (Fig. 9, opción E). Menos común es el método en el que toda la molécula se representa como un paquete, donde las estructuras desiguales se distinguen por diferentes colores y los puentes disulfuro se muestran como puentes amarillos (Fig. 9, variante E).

La opción B es la más conveniente para la percepción cuando, al representar la estructura terciaria, no se indican las características estructurales de la proteína (fragmentos de aminoácidos, su orden de alternancia, enlaces de hidrógeno), mientras que se supone que todas las proteínas contienen "detalles". tomado de un conjunto estándar de veinte aminoácidos (Tabla 1). La tarea principal al representar una estructura terciaria es mostrar la disposición espacial y la alternancia de las estructuras secundarias.

Arroz. 9 VARIAS VERSIONES DE IMAGEN DE LA ESTRUCTURA DE LA PROTEÍNA CRUMBIN.
A es una fórmula estructural en una imagen espacial.
B - estructura en forma de modelo tridimensional.
B es la estructura terciaria de la molécula.
G - una combinación de las opciones A y B.
E - imagen simplificada de la estructura terciaria.
E - estructura terciaria con puentes disulfuro.

Lo más conveniente para la percepción es una estructura terciaria tridimensional (opción B), liberada de los detalles de la fórmula estructural.

Una molécula de proteína que tiene una estructura terciaria, por regla general, adquiere una determinada configuración, que está formada por interacciones polares (electrostáticas) y enlaces de hidrógeno. Como resultado, la molécula toma la forma de una bobina compacta: proteínas globulares (glóbulos, lat. bola), o filamentoso - proteínas fibrilares (fibra, lat. fibra).

Un ejemplo de una estructura globular es la proteína albúmina, la clase de albúmina incluye proteínas Gallina, huevo. La cadena polimérica de la albúmina se ensambla principalmente a partir de alanina, ácido aspártico, glicina y cisteína, alternando en cierto orden. La estructura terciaria contiene hélices α conectadas por cadenas simples (Fig. 10).

Arroz. diez ESTRUCTURA GLOBULAR DE LA ALBÚMINA

Un ejemplo de una estructura fibrilar es la proteína fibroína. Contienen una gran cantidad de residuos de glicina, alanina y serina (cada segundo residuo de aminoácido es glicina); Los residuos de cisteína que contienen grupos sulfhidruro están ausentes. La fibroína, el componente principal de la seda natural y las telarañas, contiene estructuras β conectadas por cadenas simples (Fig. 11).

Arroz. once FIBROINA PROTEINA FIBRILAR

La posibilidad de formar una estructura terciaria de cierto tipo es inherente a la estructura primaria de la proteína, es decir determinado de antemano por el orden de alternancia de los residuos de aminoácidos. A partir de ciertos conjuntos de dichos residuos, surgen predominantemente hélices α (hay bastantes conjuntos de este tipo), otro conjunto conduce a la aparición de estructuras β, las cadenas simples se caracterizan por su composición.

Algunas moléculas de proteína, aunque retienen una estructura terciaria, pueden combinarse en grandes agregados supramoleculares, mientras se mantienen unidos por interacciones polares, así como por enlaces de hidrógeno. Tales formaciones se denominan estructura cuaternaria de la proteína. Por ejemplo, la proteína ferritina, que consiste principalmente en leucina, ácido glutámico, ácido aspártico e histidina (la ferricina contiene los 20 residuos de aminoácidos en cantidades variables) forma una estructura terciaria de cuatro hélices α dispuestas en paralelo. Cuando las moléculas se combinan en un solo conjunto (Fig. 12), se forma una estructura cuaternaria, que puede incluir hasta 24 moléculas de ferritina.

Figura 12 FORMACIÓN DE LA ESTRUCTURA CUATERNARIA DE LA PROTEÍNA GLOBULAR FERRITINA

Otro ejemplo de formaciones supramoleculares es la estructura del colágeno. Es una proteína fibrilar cuyas cadenas están construidas principalmente de glicina alternando con prolina y lisina. La estructura contiene cadenas sencillas, hélices α triples, que se alternan con estructuras β similares a cintas apiladas en haces paralelos (Fig. 13).

Figura 13 ESTRUCTURA SUPRAMOLECULAR DE LA PROTEÍNA FIBRILAR DEL COLÁGENO

Propiedades químicas de las proteínas.

Bajo la acción de los solventes orgánicos, los productos de desecho de algunas bacterias (fermentación del ácido láctico) o con el aumento de la temperatura, las estructuras secundarias y terciarias son destruidas sin dañar su estructura primaria, como resultado, la proteína pierde solubilidad y pierde actividad biológica, esto proceso se llama desnaturalización, es decir, la pérdida de propiedades naturales, por ejemplo, el cuajado de la leche agria, la proteína coagulada de un huevo de gallina hervido. A temperatura elevada las proteínas de los organismos vivos (en particular, los microorganismos) se desnaturalizan rápidamente. Estas proteínas no pueden participar en procesos biológicos Como resultado, los microorganismos mueren, por lo que la leche hervida (o pasteurizada) puede durar más tiempo.

Los enlaces peptídicos H-N-C=O, que forman la cadena polimérica de la molécula de proteína, se hidrolizan en presencia de ácidos o álcalis y la cadena polimérica se rompe, lo que, en última instancia, puede conducir a los aminoácidos originales. Los enlaces peptídicos incluidos en hélices α o estructuras β son más resistentes a la hidrólisis y varios ataques químicos (en comparación con los mismos enlaces en cadenas simples). Un desmontaje más delicado de la molécula de proteína en sus aminoácidos constituyentes se lleva a cabo en un medio anhidro usando hidrazina H 2 N–NH 2, mientras que todos los fragmentos de aminoácidos, excepto el último, forman las llamadas hidrazidas de ácido carboxílico que contienen el fragmento C (O)–HN–NH 2 (Fig. 14).

Arroz. catorce. DESGLOSE DEL POLIPÉPTIDO

Dicho análisis puede proporcionar información sobre la composición de aminoácidos de una proteína, pero es más importante conocer su secuencia en una molécula de proteína. Uno de los métodos más utilizados para este fin es la acción del fenilisotiocianato (FITC) sobre la cadena polipeptídica, que en medio alcalino se une al polipéptido (desde el extremo que contiene el grupo amino), y cuando la reacción del medio cambia a ácido, se separa de la cadena, llevándose consigo un fragmento de un aminoácido (Fig. 15).

Arroz. quince Escisión secuencial del polipéptido

Se han desarrollado muchos métodos especiales para dicho análisis, incluidos aquellos que comienzan a "desensamblar" una molécula de proteína en sus componentes constituyentes, comenzando desde el extremo carboxilo.

Los puentes disulfuro cruzados S-S (formados por la interacción de los residuos de cisteína, Fig. 2 y 9) se escinden, convirtiéndolos en grupos HS por la acción de varios agentes reductores. La acción de los agentes oxidantes (oxígeno o peróxido de hidrógeno) conduce nuevamente a la formación de puentes disulfuro (Fig. 16).

Arroz. dieciséis. Escisión de puentes disulfuro

Para crear enlaces cruzados adicionales en las proteínas, utilice reactividad grupos amino y carboxilo. Más accesibles para diversas interacciones son los grupos amino que se encuentran en el marco lateral de la cadena: fragmentos de lisina, asparagina, lisina, prolina (Tabla 1). Cuando tales grupos amino interactúan con el formaldehído, se produce el proceso de condensación y aparecen puentes cruzados –NH–CH2–NH– (Fig. 17).

Arroz. 17 CREACIÓN DE PUENTES TRANSVERSALES ADICIONALES ENTRE MOLÉCULAS DE PROTEÍNAS.

Los grupos carboxilo terminales de la proteína pueden reaccionar con compuestos complejos de algunos metales polivalentes (los compuestos de cromo se usan con mayor frecuencia) y también se producen enlaces cruzados. Ambos procesos se utilizan en el curtido de pieles.

El papel de las proteínas en el cuerpo.

El papel de las proteínas en el cuerpo es diverso.

Enzimas(fermentación lat. - fermentación), su otro nombre es enzimas (en griego. - en levadura) - estas son proteínas con actividad catalítica, pueden aumentar la velocidad de los procesos bioquímicos miles de veces. Bajo la acción de las enzimas, los componentes constitutivos de los alimentos: proteínas, grasas y carbohidratos, se descomponen en más conexiones simples, a partir de las cuales se sintetizan nuevas macromoléculas, que son necesarias para un organismo de cierto tipo. Las enzimas también participan en muchos procesos bioquímicos de síntesis, por ejemplo, en la síntesis de proteínas (unas proteínas ayudan a sintetizar otras). Cm. ENZIMAS

Las enzimas no solo son catalizadores altamente eficientes, sino también selectivos (dirigen la reacción estrictamente en la dirección dada). En su presencia, la reacción transcurre con un rendimiento de casi el 100% sin la formación de subproductos y, al mismo tiempo, las condiciones de flujo son suaves: presión atmosférica y temperatura normales de un organismo vivo. A modo de comparación, la síntesis de amoníaco a partir de hidrógeno y nitrógeno en presencia de un catalizador de hierro activado se lleva a cabo a 400–500 °C y una presión de 30 MPa, el rendimiento de amoníaco es del 15–25 % por ciclo. Las enzimas se consideran catalizadores insuperables.

El estudio intensivo de las enzimas comenzó a mediados del siglo XIX; ahora se han estudiado más de 2000 enzimas diferentes; esta es la clase más diversa de proteínas.

Los nombres de las enzimas son los siguientes: el nombre del reactivo con el que interactúa la enzima, o el nombre de la reacción catalizada, se agrega con la terminación -aza, por ejemplo, la arginasa descompone la arginina (Tabla 1), la descarboxilasa cataliza la descarboxilación, es decir. eliminación de CO 2 del grupo carboxilo:

– COOH → – CH + CO2

A menudo, para indicar con mayor precisión el papel de una enzima, tanto el objeto como el tipo de reacción se indican en su nombre, por ejemplo, la alcohol deshidrogenasa es una enzima que deshidrogena los alcoholes.

Para algunas enzimas descubiertas hace bastante tiempo, se ha conservado el nombre histórico (sin la terminación -aza), por ejemplo, pepsina (pepsis, Griego. digestión) y tripsina (tripsis Griego. licuefacción), estas enzimas descomponen las proteínas.

Para la sistematización, las enzimas se combinan en grandes clases, la clasificación se basa en el tipo de reacción, las clases se nombran de acuerdo con el principio general: el nombre de la reacción y el final, aza. Algunas de estas clases se enumeran a continuación.

Oxidorreductasa Son enzimas que catalizan reacciones redox. Las deshidrogenasas incluidas en esta clase realizan la transferencia de protones, por ejemplo, la alcohol deshidrogenasa (ADH) oxida los alcoholes a aldehídos, la posterior oxidación de los aldehídos a ácidos carboxílicos es catalizada por las aldehído deshidrogenasas (ALDH). Ambos procesos ocurren en el cuerpo durante el procesamiento del etanol en ácido acético (Fig. 18).

Arroz. Dieciocho OXIDACIÓN DE ETANOL EN DOS FASES al ácido acético

No es el etanol el que tiene un efecto narcótico, sino el producto intermedio acetaldehído, cuanto menor es la actividad de la enzima ALDH, más lenta pasa la segunda etapa: la oxidación del acetaldehído a ácido acético, y más prolongado y más fuerte es el efecto intoxicante de la ingestión. de etanol El análisis mostró que más del 80% de los representantes de la raza amarilla tienen una actividad de ALDH relativamente baja y, por lo tanto, una tolerancia al alcohol marcadamente más severa. La razón de esta actividad reducida innata de ALDH es que parte de los residuos de ácido glutámico en la molécula de ALDH "atenuada" se reemplaza por fragmentos de lisina (Tabla 1).

Transferasas- enzimas que catalizan la transferencia de grupos funcionales, por ejemplo, la transiminasa cataliza la transferencia de un grupo amino.

hidrolasas Son enzimas que catalizan la hidrólisis. La tripsina y la pepsina mencionadas anteriormente hidrolizan los enlaces peptídicos y las lipasas rompen el enlace éster en las grasas:

–RC(O)OR 1 + H 2 O → –RC(O)OH + HOR 1

enlace- enzimas que catalizan reacciones que tienen lugar de forma no hidrolítica, como resultado de tales reacciones, se produce una ruptura Conexiones CC, C-O, C-N y la formación de nuevos enlaces. La enzima descarboxilasa pertenece a esta clase.

Isomerasas- enzimas que catalizan la isomerización, por ejemplo, la conversión de ácido maleico en ácido fumárico (Fig. 19), este es un ejemplo de isomerización cis-trans (ver ISOMERIA).

Arroz. 19 ISOMERIZACIÓN DEL ÁCIDO MALEICO en ácido fumárico en presencia de la enzima.

El trabajo de las enzimas se observa. principio general, según la cual siempre existe una correspondencia estructural entre la enzima y el reactivo de la reacción acelerada. Según la expresión figurativa de uno de los fundadores de la doctrina de las enzimas, E. Fisher, el reactivo se acerca a la enzima como la llave de una cerradura. En este sentido, cada enzima cataliza una determinada reacción química o un grupo de reacciones del mismo tipo. A veces, una enzima puede actuar sobre un solo compuesto, como la ureasa (urón Griego. - orina) cataliza únicamente la hidrólisis de la urea:

(H 2 N) 2 C \u003d O + H 2 O \u003d CO 2 + 2NH 3

La mejor selectividad la muestran las enzimas que distinguen entre antípodas ópticamente activas: isómeros zurdos y diestros. La L-arginasa actúa solo sobre la arginina levorrotatoria y no afecta al isómero dextrorrotatorio. La L-lactato deshidrogenasa actúa únicamente sobre los ésteres levorrotatorios del ácido láctico, los llamados lactatos (lactis lat. leche), mientras que la D-lactato deshidrogenasa solo descompone los D-lactatos.

La mayoría de las enzimas no actúan sobre uno, sino sobre un grupo de compuestos relacionados, por ejemplo, la tripsina "prefiere" romper los enlaces peptídicos formados por la lisina y la arginina (Tabla 1).

Las propiedades catalíticas de algunas enzimas, como las hidrolasas, están determinadas únicamente por la estructura de la molécula de proteína en sí, otra clase de enzimas: las oxidorreductasas (por ejemplo, la alcohol deshidrogenasa) solo pueden ser activas en presencia de moléculas no proteicas asociadas con ellos - vitaminas que activan Mg, Ca, Zn, Mn y fragmentos de ácidos nucleicos (Fig. 20).

Arroz. veinte Molécula de alcohol deshidrogenasa

Las proteínas de transporte se unen y transportan diversas moléculas o iones a través de las membranas celulares (tanto dentro como fuera de la célula), así como de un órgano a otro.

Por ejemplo, la hemoglobina se une al oxígeno a medida que la sangre pasa por los pulmones y lo lleva a varios tejidos del cuerpo, donde se libera oxígeno y luego se usa para oxidar los componentes de los alimentos, este proceso sirve como fuente de energía (a veces usan el término "quema"). alimentos en el cuerpo).

Además de la parte proteica, la hemoglobina contiene un compuesto complejo de hierro con una molécula de porfirina cíclica (porphyros Griego. - violeta), que determina el color rojo de la sangre. Es este complejo (Fig. 21, izquierda) el que desempeña el papel de transportador de oxígeno. En la hemoglobina, el complejo de porfirina de hierro está ubicado dentro de la molécula de proteína y es retenido por interacciones polares, así como por un enlace de coordinación con el nitrógeno en la histidina (Tabla 1), que es parte de la proteína. La molécula de O2, que es transportada por la hemoglobina, se une mediante un enlace de coordinación al átomo de hierro del lado opuesto al que se une la histidina (Fig. 21, derecha).

Arroz. 21 ESTRUCTURA DEL COMPLEJO DE HIERRO

La estructura del complejo se muestra a la derecha en forma de modelo tridimensional. El complejo se mantiene en la molécula de proteína mediante un enlace de coordinación (línea azul discontinua) entre el átomo de Fe y el átomo de N en la histidina, que forma parte de la proteína. La molécula de O 2 , que es transportada por la hemoglobina, está coordinada (línea de puntos roja) con el átomo de Fe del país opuesto del complejo planar.

La hemoglobina es una de las proteínas más estudiadas, consta de hélices a conectadas por cadenas simples y contiene cuatro complejos de hierro. Así, la hemoglobina es como un voluminoso paquete para el traslado de cuatro moléculas de oxígeno a la vez. La forma de la hemoglobina corresponde a las proteínas globulares (Fig. 22).

Arroz. 22 FORMA GLOBULAR DE LA HEMOGLOBINA

La principal "ventaja" de la hemoglobina es que la adición de oxígeno y su posterior separación durante la transmisión a varios tejidos y órganos se realiza rápidamente. El monóxido de carbono, CO (monóxido de carbono), se une al Fe en la hemoglobina aún más rápido, pero, a diferencia del O 2 , forma un complejo que es difícil de descomponer. Como resultado, dicha hemoglobina no puede unirse al O 2, lo que conduce (cuando se inhalan grandes cantidades de monóxido de carbono) a la muerte del cuerpo por asfixia.

La segunda función de la hemoglobina es la transferencia de CO 2 exhalado, pero no el átomo de hierro, pero el H 2 del grupo N de la proteína está involucrado en el proceso de unión temporal de dióxido de carbono.

El "rendimiento" de las proteínas depende de su estructura, por ejemplo, reemplazar el único residuo de aminoácido del ácido glutámico en la cadena polipeptídica de la hemoglobina con un residuo de valina (una anomalía congénita raramente observada) conduce a una enfermedad llamada anemia de células falciformes.

También hay proteínas de transporte que pueden unir grasas, glucosa, aminoácidos y transportarlos tanto dentro como fuera de las células.

Las proteínas de transporte de un tipo especial no transportan las sustancias en sí mismas, sino que actúan como un "regulador de transporte", pasando ciertas sustancias a través de la membrana (la pared exterior de la célula). Estas proteínas a menudo se denominan proteínas de membrana. Tienen la forma de un cilindro hueco y, al estar incrustados en la pared de la membrana, aseguran el movimiento de algunas moléculas polares o iones hacia el interior de la célula. Un ejemplo de una proteína de membrana es la porina (Fig. 23).

Arroz. 23 PROTEÍNA PORINA

Los alimentos y las proteínas de almacenamiento, como su nombre lo indica, sirven como fuentes de nutrición interna, más a menudo para los embriones de plantas y animales, así como en las primeras etapas de desarrollo de los organismos jóvenes. Las proteínas dietéticas incluyen la albúmina (Fig. 10), el componente principal de la clara de huevo, así como la caseína, la proteína principal de la leche. Bajo la acción de la enzima pepsina, la caseína cuaja en el estómago, lo que asegura su retención en el tracto digestivo y una absorción eficiente. La caseína contiene fragmentos de todos los aminoácidos que necesita el organismo.

En la ferritina (Fig. 12), que está contenida en los tejidos de los animales, se almacenan iones de hierro.

La mioglobina también es una proteína de almacenamiento, que se asemeja a la hemoglobina en composición y estructura. La mioglobina se concentra principalmente en los músculos, su función principal es el almacenamiento de oxígeno, que le da la hemoglobina. Se satura rápidamente con oxígeno (mucho más rápido que la hemoglobina) y luego lo transfiere gradualmente a varios tejidos.

Las proteínas estructurales cumplen una función protectora (piel) o de apoyo: mantienen el cuerpo unido y le dan fuerza (cartílago y tendones). Su componente principal es la proteína fibrilar colágeno (Fig. 11), la proteína más común del mundo animal, en el cuerpo de los mamíferos representa casi el 30% de la masa total de proteínas. El colágeno tiene una alta resistencia a la tracción (se conoce la resistencia de la piel), pero debido al bajo contenido de enlaces cruzados en el colágeno de la piel, las pieles animales no son muy adecuadas en su forma cruda para la fabricación de diversos productos. Para reducir la hinchazón de la piel en el agua, la contracción durante el secado, así como para aumentar la fuerza en el estado acuoso y aumentar la elasticidad en el colágeno, se crean enlaces cruzados adicionales (Fig. 15a), este es el llamado proceso de curtido de pieles.

En los organismos vivos, las moléculas de colágeno que han surgido en el proceso de crecimiento y desarrollo del organismo no se actualizan y no se reemplazan por otras recién sintetizadas. A medida que el cuerpo envejece, aumenta la cantidad de enlaces cruzados en el colágeno, lo que conduce a una disminución de su elasticidad, y dado que no se produce la renovación, aparecen cambios relacionados con la edad: un aumento de la fragilidad del cartílago y los tendones, la aparición de arrugas en la piel.

Los ligamentos articulares contienen elastina, una proteína estructural que se estira fácilmente en dos dimensiones. La proteína resilina, que se encuentra en los puntos de unión de las bisagras de las alas en algunos insectos, tiene la mayor elasticidad.

Formaciones de cuernos: cabello, uñas, plumas, que consisten principalmente en proteína de queratina (Fig. 24). Su principal diferencia es el contenido notable de residuos de cisteína, que forman puentes disulfuro, lo que le da una alta elasticidad (la capacidad de restaurar su forma original después de la deformación) al cabello, así como a los tejidos de lana.

Arroz. 24 FRAGMENTO DE QUERATINA PROTEÍNA FIBRILAR

Para un cambio irreversible en la forma de un objeto de queratina, primero debe destruir los puentes disulfuro con la ayuda de un agente reductor, darle una nueva forma y luego volver a crear los puentes disulfuro con la ayuda de un agente oxidante (Fig. . 16), así se hace, por ejemplo, la permanente.

Con un aumento en el contenido de residuos de cisteína en la queratina y, en consecuencia, un aumento en la cantidad de puentes disulfuro, la capacidad de deformarse desaparece, pero al mismo tiempo aparece una alta resistencia (los cuernos de los ungulados y los caparazones de tortuga contienen hasta 18% de fragmentos de cisteína). Los mamíferos tienen hasta 30 tipos diferentes de queratina.

La proteína fibrilar relacionada con la queratina, fibroína, secretada por las orugas del gusano de seda durante el enrollamiento del capullo, así como por las arañas durante el tejido de la red, contiene solo estructuras β conectadas por cadenas simples (Fig. 11). A diferencia de la queratina, la fibroína no tiene puentes disulfuro transversales, tiene una resistencia a la tracción muy fuerte (la resistencia por unidad de sección transversal de algunas muestras de red es mayor que la de los cables de acero). Debido a la ausencia de enlaces cruzados, la fibroína es inelástica (se sabe que las telas de lana son casi indelebles y las telas de seda se arrugan fácilmente).

proteínas reguladoras.

Las proteínas reguladoras, más comúnmente conocidas como hormonas, están involucradas en varios procesos fisiológicos. Por ejemplo, la hormona insulina (Fig. 25) consta de dos cadenas α conectadas por puentes disulfuro. la insulina regula Procesos metabólicos con la participación de glucosa, su ausencia conduce a la diabetes.

Arroz. 25 PROTEÍNA INSULINA

La glándula pituitaria del cerebro sintetiza una hormona que regula el crecimiento del cuerpo. Hay proteínas reguladoras que controlan la biosíntesis de varias enzimas en el cuerpo.

Las proteínas contráctiles y motoras le dan al cuerpo la capacidad de contraerse, cambiar de forma y moverse, principalmente, estamos hablando de músculos. El 40% de la masa de todas las proteínas contenidas en los músculos es miosina (mys, myos, Griego. - músculo). Su molécula contiene tanto una parte fibrilar como una globular (Fig. 26)

Arroz. 26 MOLÉCULA DE MIOSINA

Tales moléculas se combinan en grandes agregados que contienen de 300 a 400 moléculas.

Cuando la concentración de iones de calcio cambia en el espacio que rodea las fibras musculares, ocurre un cambio reversible en la conformación de las moléculas, un cambio en la forma de la cadena debido a la rotación de fragmentos individuales alrededor de los enlaces de valencia. Esto conduce a la contracción y relajación muscular, la señal para cambiar la concentración de iones de calcio proviene de las terminaciones nerviosas de las fibras musculares. La contracción muscular artificial puede ser causada por la acción de impulsos eléctricos, lo que provoca un cambio brusco en la concentración de iones de calcio, esta es la base para estimular el músculo cardíaco para restaurar el trabajo del corazón.

Las proteínas protectoras le permiten proteger el cuerpo de la invasión de bacterias y virus atacantes y de la penetración de proteínas extrañas (el nombre generalizado de cuerpos extraños es antígenos). El papel de las proteínas protectoras lo realizan las inmunoglobulinas (su otro nombre es anticuerpos), reconocen los antígenos que han penetrado en el cuerpo y se unen firmemente a ellos. En el cuerpo de los mamíferos, incluidos los humanos, existen cinco clases de inmunoglobulinas: M, G, A, D y E, su estructura, como su nombre lo indica, es globular, además, todas están construidas de manera similar. La organización molecular de los anticuerpos se muestra a continuación utilizando la inmunoglobulina de clase G como ejemplo (Fig. 27). La molécula contiene cuatro cadenas polipeptídicas conectadas por tres puentes disulfuro S-S (en la Fig. 27 se muestran con enlaces de valencia engrosados ​​y símbolos S grandes), además, cada cadena polimérica contiene puentes disulfuro intracatenarios. Dos grandes cadenas poliméricas (resaltadas en azul) contienen entre 400 y 600 residuos de aminoácidos. Otras dos cadenas (destacadas en verde) tienen casi la mitad de largo y contienen aproximadamente 220 residuos de aminoácidos. Las cuatro cadenas están ubicadas de tal manera que los grupos H 2 N terminales están dirigidos en una dirección.

Arroz. 27 DIBUJO ESQUEMÁTICO DE LA ESTRUCTURA DE LA INMUNOGLOBULINA

Después de que el cuerpo entra en contacto con una proteína extraña (antígeno), las células del sistema inmunitario comienzan a producir inmunoglobulinas (anticuerpos), que se acumulan en el suero sanguíneo. En la primera etapa, el trabajo principal lo realizan las secciones de la cadena que contienen el terminal H 2 N (en la Fig. 27, las secciones correspondientes están marcadas en azul claro y verde claro). Estos son sitios de captura de antígenos. En el proceso de síntesis de inmunoglobulinas, estos sitios se forman de tal manera que su estructura y configuración se corresponden tanto como sea posible con la estructura del antígeno que se aproxima (como una llave para una cerradura, como enzimas, pero las tareas en este caso son diferente). Así, para cada antígeno, se crea un anticuerpo estrictamente individual como respuesta inmunitaria. Ni una sola proteína conocida puede cambiar su estructura tan “plásticamente” dependiendo de factores externos, además de las inmunoglobulinas. Las enzimas resuelven el problema de la conformidad estructural con el reactivo de una manera diferente: con la ayuda de un conjunto gigantesco de varias enzimas para todos los casos posibles, e inmunoglobulinas cada vez que reconstruyen la "herramienta de trabajo". Además, la región bisagra de la inmunoglobulina (Fig. 27) proporciona a las dos regiones de captura cierta movilidad independiente, como resultado, la molécula de inmunoglobulina puede "encontrar" inmediatamente las dos regiones más convenientes para la captura en el antígeno con el fin de fijar de forma segura esto se parece a las acciones de una criatura crustácea.

A continuación, se activa una cadena de reacciones sucesivas del sistema inmunológico del cuerpo, se conectan inmunoglobulinas de otras clases, como resultado, la proteína extraña se desactiva y luego el antígeno (microorganismo extraño o toxina) se destruye y elimina.

Después del contacto con el antígeno, se alcanza la concentración máxima de inmunoglobulina (dependiendo de la naturaleza del antígeno y de las características individuales del propio organismo) en unas pocas horas (a veces varios días). El cuerpo retiene la memoria de tal contacto, y cuando es atacado nuevamente con el mismo antígeno, las inmunoglobulinas se acumulan en el suero sanguíneo mucho más rápido y en mayores cantidades: se produce la inmunidad adquirida.

La anterior clasificación de proteínas es hasta cierto punto condicional, por ejemplo, la proteína trombina, mencionada entre las proteínas protectoras, es esencialmente una enzima que cataliza la hidrólisis de enlaces peptídicos, es decir, pertenece a la clase de las proteasas.

Las proteínas protectoras a menudo se denominan proteínas de veneno de serpiente y proteínas tóxicas de algunas plantas, ya que su tarea es proteger el cuerpo del daño.

Hay proteínas cuyas funciones son tan singulares que dificulta clasificarlas. Por ejemplo, la proteína monelina, que se encuentra en una planta africana, tiene un sabor muy dulce y ha sido objeto de estudio como una sustancia no tóxica que puede usarse en lugar del azúcar para prevenir la obesidad. El plasma sanguíneo de algunos peces antárticos contiene proteínas con propiedades anticongelantes que evitan que la sangre de estos peces se congele.

Síntesis artificial de proteínas.

La condensación de aminoácidos que conducen a una cadena polipeptídica es un proceso bien estudiado. Es posible realizar, por ejemplo, la condensación de cualquier aminoácido o de una mezcla de ácidos y obtener, respectivamente, un polímero que contenga las mismas unidades, o diferentes unidades, alternando en orden aleatorio. Dichos polímeros se parecen poco a los polipéptidos naturales y no poseen actividad biológica. La tarea principal es conectar los aminoácidos en un orden estrictamente definido y previamente planificado para reproducir la secuencia de residuos de aminoácidos en las proteínas naturales. El científico estadounidense Robert Merrifield propuso un método original que hizo posible resolver tal problema. La esencia del método es que el primer aminoácido se une a un gel de polímero insoluble que contiene grupos reactivos que pueden combinarse con los grupos -COOH- del aminoácido. El poliestireno reticulado con grupos clorometilo introducidos en él se tomó como tal sustrato polimérico. Para que el aminoácido tomado para la reacción no reaccione consigo mismo y no una el grupo H 2 N al sustrato, el grupo amino de este ácido está prebloqueado con un sustituyente voluminoso [(C 4 H 9) 3] 3 OS (O) -grupo. Una vez que el aminoácido se ha unido al soporte polimérico, se elimina el grupo bloqueante y se introduce otro aminoácido en la mezcla de reacción, en la que también se bloquea previamente el grupo H 2 N. En tal sistema, solo es posible la interacción del grupo H 2 N del primer aminoácido y el grupo –COOH del segundo ácido, que se lleva a cabo en presencia de catalizadores (sales de fosfonio). Luego se repite todo el esquema, introduciendo el tercer aminoácido (Fig. 28).

Arroz. 28 ESQUEMA DE SÍNTESIS DE CADENAS POLIPÉPTIDAS

En el último paso, las cadenas polipeptídicas resultantes se separan del soporte de poliestireno. Ahora todo el proceso está automatizado, existen sintetizadores automáticos de péptidos que funcionan según el esquema descrito. Muchos péptidos utilizados en medicina y agricultura han sido sintetizados por este método. También fue posible obtener análogos mejorados de péptidos naturales con acción selectiva y potenciada. Se han sintetizado algunas proteínas pequeñas, como la hormona insulina y algunas enzimas.

También existen métodos de síntesis de proteínas que replican procesos naturales: sintetizan fragmentos de ácidos nucleicos configurados para producir ciertas proteínas, luego estos fragmentos se insertan en un organismo vivo (por ejemplo, en una bacteria), luego de lo cual el cuerpo comienza a producir el proteína deseada. De esta forma, ahora se obtienen cantidades significativas de proteínas y péptidos de difícil acceso, así como sus análogos.

Las proteínas como fuente de alimento.

Las proteínas en un organismo vivo se descomponen constantemente en sus aminoácidos originales (con la participación indispensable de las enzimas), algunos aminoácidos pasan a otros, luego las proteínas se sintetizan nuevamente (también con la participación de las enzimas), es decir. el cuerpo se renueva constantemente. Algunas proteínas (colágeno de la piel, cabello) no se renuevan, el cuerpo las pierde continuamente y en su lugar sintetiza otras nuevas. Las proteínas como fuentes de alimento cumplen dos funciones principales: suministran al cuerpo Material de construcción para la síntesis de nuevas moléculas proteicas y, además, abastecer de energía al organismo (fuentes de calorías).

Los mamíferos carnívoros (incluidos los humanos) obtienen las proteínas necesarias de los alimentos vegetales y animales. Ninguna de las proteínas obtenidas de los alimentos se integra en el organismo de forma inalterada. En el tracto digestivo, todas las proteínas absorbidas se descomponen en aminoácidos, y las proteínas necesarias para un organismo en particular ya están construidas a partir de ellas, mientras que las 12 restantes se pueden sintetizar a partir de 8 ácidos esenciales (Tabla 1) en el cuerpo si no están suministrados en cantidades suficientes con los alimentos, pero los ácidos esenciales deben suministrarse con los alimentos sin falta. Los átomos de azufre de la cisteína son obtenidos por el organismo con el aminoácido esencial metionina. Parte de las proteínas se descompone, liberando la energía necesaria para mantener la vida, y el nitrógeno que contienen se excreta del cuerpo con la orina. Por lo general, el cuerpo humano pierde entre 25 y 30 g de proteína por día, por lo que los alimentos proteicos siempre deben estar presentes en la cantidad adecuada. El requerimiento mínimo diario de proteínas es de 37 g para los hombres y 29 g para las mujeres, pero la ingesta recomendada es casi el doble. Al evaluar los alimentos, es importante tener en cuenta la calidad de las proteínas. En ausencia o bajo contenido de aminoácidos esenciales, la proteína se considera de bajo valor, por lo que dichas proteínas deben consumirse en mayor cantidad. Así, las proteínas de las legumbres contienen poca metionina, y las proteínas del trigo y el maíz son bajas en lisina (ambos aminoácidos son esenciales). Las proteínas animales (excepto los colágenos) se clasifican como alimentos completos. Un conjunto completo de todos los ácidos esenciales contiene caseína de leche, así como requesón y queso preparado a partir de ella, por lo que una dieta vegetariana, si es muy estricta, es decir. “sin lácteos”, requiere un mayor consumo de legumbres, frutos secos y setas para aportar al organismo los aminoácidos esenciales en la cantidad adecuada.

Los aminoácidos y proteínas sintéticas también se utilizan como productos alimenticios, añadiéndolos a los piensos, que contienen aminoácidos esenciales en pequeñas cantidades. Existen bacterias que pueden procesar y asimilar los hidrocarburos del petróleo, en este caso, para la síntesis completa de las proteínas, necesitan ser alimentadas con compuestos nitrogenados (amoníaco o nitratos). La proteína obtenida de esta manera se utiliza como alimento para ganado y aves de corral. Un conjunto de enzimas, las carbohidrasas, a menudo se agregan a los alimentos para animales, que catalizan la hidrólisis de los componentes de los alimentos con carbohidratos que son difíciles de descomponer (las paredes celulares de los cultivos de cereales), como resultado de lo cual los alimentos vegetales se absorben más completamente.

Mijaíl Levitsky

PROTEÍNAS (Artículo 2)

(proteínas), una clase de compuestos nitrogenados complejos, los componentes más característicos e importantes (junto con los ácidos nucleicos) de la materia viva. Las proteínas realizan muchas y variadas funciones. La mayoría de las proteínas son enzimas que catalizan reacciones químicas. Muchas hormonas que regulan los procesos fisiológicos también son proteínas. Proteínas estructurales como el colágeno y la queratina son los principales componentes tejido óseo, cabello y uñas. Las proteínas contráctiles de los músculos tienen la capacidad de cambiar su longitud, utilizando energía química para realizar trabajo mecánico. Las proteínas son anticuerpos que se unen y neutralizan sustancias tóxicas. Algunas proteínas que pueden responder a influencias externas (luz, olor) sirven como receptores en los órganos de los sentidos que perciben la irritación. Muchas proteínas ubicadas dentro de la célula y sobre la membrana celular realizan funciones reguladoras.

En la primera mitad del siglo XIX muchos químicos, y entre ellos principalmente J. von Liebig, llegaron gradualmente a la conclusión de que las proteínas son una clase especial de compuestos nitrogenados. El nombre "proteínas" (del griego protos - el primero) fue propuesto en 1840 por el químico holandés G. Mulder.

PROPIEDADES FÍSICAS

Proteínas en estado sólido el color blanco, y son incoloros en solución, a menos que lleven algún grupo cromóforo (coloreado), como la hemoglobina. La solubilidad en agua de diferentes proteínas varía mucho. También varía con el pH y con la concentración de sales en la solución, de modo que uno puede elegir las condiciones bajo las cuales una proteína precipitará selectivamente en presencia de otras proteínas. Este método de "salado" se usa ampliamente para aislar y purificar proteínas. La proteína purificada a menudo precipita fuera de la solución en forma de cristales.

En comparación con otros compuestos, el peso molecular de las proteínas es muy grande, desde varios miles hasta muchos millones de daltons. Por lo tanto, durante la ultracentrifugación, las proteínas se precipitan y, además, a diferentes velocidades. Debido a la presencia de grupos con carga positiva y negativa en las moléculas de proteína, se mueven a diferentes velocidades en un campo eléctrico. Esta es la base de la electroforesis, un método utilizado para aislar proteínas individuales de mezclas complejas. La purificación de proteínas también se lleva a cabo por cromatografía.

PROPIEDADES QUÍMICAS

Estructura.

Las proteínas son polímeros, es decir, moléculas construidas como cadenas a partir de unidades monoméricas repetitivas, o subunidades, cuyo papel lo desempeñan los alfa-aminoácidos. Fórmula general de aminoácidos

donde R es un átomo de hidrógeno o algún grupo orgánico.

Una molécula de proteína (cadena polipeptídica) puede constar de un número relativamente pequeño de aminoácidos o de varios miles de unidades monoméricas. La conexión de aminoácidos en una cadena es posible porque cada uno de ellos tiene dos grupos químicos diferentes: un grupo amino con propiedades básicas, NH2, y un grupo carboxilo ácido, COOH. Ambos grupos están unidos al átomo de carbono. El grupo carboxilo de un aminoácido puede formar un enlace amida (péptido) con el grupo amino de otro aminoácido:

Después de conectar dos aminoácidos de esta manera, la cadena se puede extender agregando un tercero al segundo aminoácido, y así sucesivamente. Como puede verse en la ecuación anterior, cuando se forma un enlace peptídico, se libera una molécula de agua. En presencia de ácidos, álcalis o enzimas proteolíticas, la reacción se desarrolla en dirección opuesta: la cadena polipeptídica se escinde en aminoácidos con la adición de agua. Esta reacción se llama hidrólisis. La hidrólisis procede espontáneamente y se requiere energía para combinar los aminoácidos en una cadena polipeptídica.

Un grupo carboxilo y un grupo amida (o un grupo imida similar a este, en el caso del aminoácido prolina) están presentes en todos los aminoácidos, mientras que las diferencias entre los aminoácidos están determinadas por la naturaleza de ese grupo, o "lado". cadena ", que se indica arriba con la letra R. El papel de la cadena lateral puede ser desempeñado por un átomo de hidrógeno, como el aminoácido glicina, y algunos grupos voluminosos, como la histidina y el triptófano. Algunas cadenas laterales son químicamente inertes, mientras que otras son muy reactivas.

Se pueden sintetizar muchos miles de aminoácidos diferentes, y en la naturaleza se encuentran muchos aminoácidos diferentes, pero solo se utilizan 20 tipos de aminoácidos para la síntesis de proteínas: alanina, arginina, asparagina, ácido aspártico, valina, histidina, glicina, glutamina, glutámico. ácido, isoleucina, leucina, lisina, metionina, prolina, serina, tirosina, treonina, triptófano, fenilalanina y cisteína (en las proteínas, la cisteína puede estar presente como dímero - cistina). Cierto, en algunas proteínas hay otros aminoácidos además de los veinte que aparecen regularmente, pero se forman como resultado de la modificación de cualquiera de los veinte enumerados después de haber sido incluido en la proteína.

actividad óptica.

Todos los aminoácidos, con la excepción de la glicina, tienen cuatro grupos diferentes unidos al átomo de carbono α. En términos de geometría, cuatro grupos diferentes se pueden unir de dos maneras y, en consecuencia, hay dos configuraciones posibles, o dos isómeros, relacionados entre sí como un objeto a su imagen especular, es decir, cómo mano izquierda A la derecha. Una configuración se llama izquierda o levógira (L) y la otra levógira o levógira (D) porque los dos isómeros difieren en la dirección de rotación del plano de la luz polarizada. Solo los L-aminoácidos se encuentran en las proteínas (la excepción es la glicina; solo se puede representar de una forma, ya que dos de sus cuatro grupos son iguales), y todos tienen actividad óptica (ya que solo hay un isómero). Los D-aminoácidos son raros en la naturaleza; se encuentran en algunos antibióticos y en la pared celular de las bacterias.

La secuencia de aminoácidos.

Los aminoácidos en la cadena polipeptídica no están dispuestos al azar, sino en un cierto orden fijo, y es este orden el que determina las funciones y propiedades de la proteína. Al variar el orden de los 20 tipos de aminoácidos, puedes obtener una gran cantidad de proteínas diferentes, al igual que puedes formar muchos textos diferentes a partir de las letras del alfabeto.

En el pasado, la determinación de la secuencia de aminoácidos de una proteína a menudo tomaba varios años. La determinación directa sigue siendo una tarea bastante laboriosa, aunque se han creado dispositivos que permiten llevarla a cabo de forma automática. Por lo general, es más fácil determinar la secuencia de nucleótidos del gen correspondiente y derivar de ella la secuencia de aminoácidos de la proteína. Hasta la fecha, ya se han determinado las secuencias de aminoácidos de muchos cientos de proteínas. Las funciones de las proteínas decodificadas suelen conocerse, y esto ayuda a imaginar las posibles funciones de proteínas similares formadas, por ejemplo, en neoplasias malignas.

Proteínas complejas.

Las proteínas que consisten solo en aminoácidos se llaman simples. Sin embargo, a menudo, un átomo de metal o algún compuesto químico que no es un aminoácido se une a la cadena polipeptídica. Tales proteínas se llaman complejas. Un ejemplo es la hemoglobina: contiene porfirina de hierro, lo que le da su color rojo y le permite actuar como transportador de oxígeno.

Los nombres de las proteínas más complejas contienen una indicación de la naturaleza de los grupos adjuntos: los azúcares están presentes en las glicoproteínas, las grasas en las lipoproteínas. Si la actividad catalítica de la enzima depende del grupo adjunto, entonces se llama grupo prostético. A menudo, alguna vitamina juega el papel de un grupo protésico o forma parte de él. La vitamina A, por ejemplo, unida a una de las proteínas de la retina, determina su sensibilidad a la luz.

Estructura terciaria.

Lo importante no es tanto la secuencia de aminoácidos de la proteína (estructura primaria), sino la forma en que se coloca en el espacio. A lo largo de toda la cadena polipeptídica, los iones de hidrógeno forman enlaces de hidrógeno regulares, lo que le da la forma de una espiral o capa (estructura secundaria). De la combinación de tales hélices y capas, surge una forma compacta del siguiente orden: la estructura terciaria de la proteína. Alrededor de los enlaces que sostienen los eslabones monoméricos de la cadena, son posibles las rotaciones en ángulos pequeños. Por tanto, desde un punto de vista puramente geométrico, el número de configuraciones posibles para cualquier cadena polipeptídica es infinitamente grande. En realidad, cada proteína normalmente existe en una sola configuración, determinada por su secuencia de aminoácidos. Esta estructura no es rígida, parece "respirar", oscila alrededor de una cierta configuración promedio. La cadena se pliega en una configuración en la que la energía libre (la capacidad de realizar trabajo) es mínima, al igual que un resorte liberado se comprime solo hasta un estado correspondiente a un mínimo de energía libre. A menudo, una parte de la cadena está rígidamente unida a la otra por enlaces disulfuro (–S–S–) entre dos residuos de cisteína. Esta es en parte la razón por la cual la cisteína entre los aminoácidos juega un papel particularmente importante.

La complejidad de la estructura de las proteínas es tan grande que aún no es posible calcular la estructura terciaria de una proteína, incluso si se conoce su secuencia de aminoácidos. Pero si es posible obtener cristales de proteína, entonces su estructura terciaria puede determinarse por difracción de rayos X.

En las proteínas estructurales, contráctiles y algunas otras, las cadenas se alargan y varias cadenas ligeramente plegadas que se encuentran una al lado de la otra forman fibrillas; las fibrillas, a su vez, se pliegan en formaciones más grandes: fibras. Sin embargo, la mayoría de las proteínas en solución son globulares: las cadenas están enrolladas en un glóbulo, como hilo en una bola. La energía libre con esta configuración es mínima, ya que los aminoácidos hidrofóbicos ("que repelen el agua") están ocultos dentro del glóbulo, y los aminoácidos hidrofílicos ("que atraen el agua") están en su superficie.

Muchas proteínas son complejos de varias cadenas polipeptídicas. Esta estructura se denomina estructura cuaternaria de la proteína. La molécula de hemoglobina, por ejemplo, se compone de cuatro subunidades, cada una de las cuales es una proteína globular.

Las proteínas estructurales debido a su configuración lineal forman fibras en las que la resistencia a la tracción es muy alta, mientras que la configuración globular permite que las proteínas entren en interacciones específicas con otros compuestos. En la superficie del glóbulo, con la colocación correcta de cadenas, aparecen cavidades de cierta forma, en las que se ubican grupos químicos reactivos. Si esta proteína es una enzima, entonces otra molécula de alguna sustancia, generalmente más pequeña, ingresa a dicha cavidad, al igual que una llave ingresa a una cerradura; en este caso, la configuración de la nube de electrones de la molécula cambia bajo la influencia de grupos químicos ubicados en la cavidad, y esto la obliga a reaccionar de cierta manera. De esta manera, la enzima cataliza la reacción. Las moléculas de anticuerpos también tienen cavidades en las que se unen varias sustancias extrañas y, por lo tanto, se vuelven inofensivas. El modelo de "llave y candado", que explica la interacción de las proteínas con otros compuestos, permite comprender la especificidad de las enzimas y los anticuerpos, es decir, su capacidad de reaccionar sólo con ciertos compuestos.

Proteínas en diferentes tipos de organismos.

Proteínas que realizan la misma función en diferentes tipos las plantas y los animales, y por lo tanto con el mismo nombre, tienen una configuración similar. Sin embargo, difieren algo en su secuencia de aminoácidos. A medida que las especies se separan de un ancestro común, algunos aminoácidos en ciertas posiciones son reemplazados por mutaciones con otros. Las mutaciones dañinas que causan enfermedades hereditarias son descartadas por selección natural, pero las beneficiosas o al menos neutras pueden conservarse. Cuanto más cerca están dos especies biológicas entre sí, menos diferencias se encuentran en sus proteínas.

Algunas proteínas cambian relativamente rápido, otras son bastante conservadoras. Estos últimos incluyen, por ejemplo, el citocromo c, una enzima respiratoria que se encuentra en la mayoría de los organismos vivos. En humanos y chimpancés, sus secuencias de aminoácidos son idénticas, mientras que en el citocromo c del trigo, solo el 38% de los aminoácidos resultaron ser diferentes. Incluso cuando se comparan los humanos y las bacterias, la similitud de los citocromos con (las diferencias aquí afectan al 65% de los aminoácidos) aún se puede ver, aunque el ancestro común de las bacterias y los humanos vivió en la Tierra hace unos dos mil millones de años. Hoy en día, la comparación de secuencias de aminoácidos se usa a menudo para construir un árbol filogenético (genealógico) que refleje las relaciones evolutivas entre diferentes organismos.

Desnaturalización.

La molécula de proteína sintetizada, al plegarse, adquiere su propia configuración. Esta configuración, sin embargo, puede ser destruida por calentamiento, por cambio de pH, por la acción de solventes orgánicos, e incluso simplemente agitando la solución hasta que aparezcan burbujas en su superficie. Una proteína alterada de esta forma se denomina desnaturalizada; pierde su actividad biológica y por lo general se vuelve insoluble. Ejemplos bien conocidos de proteína desnaturalizada - huevos hervidos o crema batida. Las proteínas pequeñas, que contienen solo alrededor de cien aminoácidos, pueden renaturalizarse, es decir, recuperar la configuración original. Pero la mayoría de las proteínas simplemente se transforman en una masa de cadenas polipeptídicas enredadas y no restauran su configuración anterior.

Una de las principales dificultades para aislar proteínas activas es su extrema sensibilidad a la desnaturalización. Esta propiedad de las proteínas encuentra una aplicación útil en la conservación de alimentos: calor desnaturaliza irreversiblemente las enzimas de los microorganismos, y los microorganismos mueren.

SÍNTESIS DE PROTEÍNAS

Para la síntesis de proteínas, un organismo vivo debe tener un sistema de enzimas capaces de unir un aminoácido a otro. También se necesita una fuente de información que determine qué aminoácidos deben conectarse. Dado que hay miles de tipos de proteínas en el cuerpo, y cada una de ellas consta de un promedio de varios cientos de aminoácidos, la información requerida debe ser realmente enorme. Se almacena (similar a cómo se almacena un registro en una cinta magnética) en las moléculas de ácido nucleico que componen los genes.

Activación de enzimas.

Una cadena polipeptídica sintetizada a partir de aminoácidos no siempre es una proteína en su forma final. Muchas enzimas se sintetizan primero como precursores inactivos y se activan solo después de que otra enzima elimine algunos aminoácidos de un extremo de la cadena. Algunas de las enzimas digestivas, como la tripsina, se sintetizan en esta forma inactiva; estas enzimas se activan en el tracto digestivo como resultado de la eliminación del fragmento terminal de la cadena. La hormona insulina, cuya molécula en su forma activa consta de dos cadenas cortas, se sintetiza en forma de una sola cadena, la llamada. proinsulina Luego, la parte media de esta cadena se elimina y los fragmentos restantes se unen entre sí, formando la molécula de hormona activa. Las proteínas complejas se forman solo después de que un determinado grupo químico se une a la proteína, y esta unión a menudo también requiere una enzima.

Circulación metabólica.

Después de alimentar a un animal con aminoácidos marcados con isótopos radiactivos de carbono, nitrógeno o hidrógeno, la etiqueta se incorpora rápidamente a sus proteínas. Si los aminoácidos etiquetados dejan de ingresar al cuerpo, entonces la cantidad de etiquetas en las proteínas comienza a disminuir. Estos experimentos muestran que las proteínas resultantes no se almacenan en el cuerpo hasta el final de la vida. Todos ellos, con algunas excepciones, se encuentran en un estado dinámico, descomponiéndose constantemente en aminoácidos y luego resintetizándose.

Algunas proteínas se descomponen cuando las células mueren y se destruyen. Esto sucede todo el tiempo, por ejemplo, con los glóbulos rojos y las células epiteliales que recubren la superficie interna del intestino. Además, la descomposición y resíntesis de proteínas también ocurren en las células vivas. Curiosamente, se sabe menos sobre la descomposición de las proteínas que sobre su síntesis. Sin embargo, lo que está claro es que las enzimas proteolíticas están involucradas en la descomposición, de manera similar a las que descomponen las proteínas en aminoácidos en el tracto digestivo.

La vida media de diferentes proteínas es diferente, desde varias horas hasta muchos meses. La única excepción son las moléculas de colágeno. Una vez formados, permanecen estables y no se renuevan ni reemplazan. Con el tiempo, sin embargo, algunas de sus propiedades, en particular la elasticidad, cambian, y dado que no se renuevan, ciertos cambios relacionados con la edad son el resultado de esto, por ejemplo, la aparición de arrugas en la piel.

proteínas sintéticas.

Hace tiempo que los químicos han aprendido a polimerizar aminoácidos, pero los aminoácidos se combinan al azar, de modo que los productos de tal polimerización se parecen poco a los naturales. Es cierto que es posible combinar aminoácidos en un orden dado, lo que hace posible obtener algunas proteínas biológicamente activas, en particular, la insulina. El proceso es bastante complicado, y de esta manera es posible obtener solo aquellas proteínas cuyas moléculas contienen alrededor de cien aminoácidos. En cambio, es preferible sintetizar o aislar la secuencia de nucleótidos de un gen correspondiente a la secuencia de aminoácidos deseada, y luego introducir este gen en una bacteria, que producirá por replicación una gran cantidad del producto deseado. Este método, sin embargo, también tiene sus inconvenientes.

PROTEÍNAS Y NUTRICIÓN

Cuando las proteínas del cuerpo se descomponen en aminoácidos, estos aminoácidos se pueden reutilizar para la síntesis de proteínas. Al mismo tiempo, los propios aminoácidos están sujetos a descomposición, por lo que no se utilizan por completo. También está claro que durante el crecimiento, el embarazo y la cicatrización de heridas, la síntesis de proteínas debe superar la degradación. El cuerpo pierde continuamente algunas proteínas; estas son las proteínas del cabello, las uñas y la capa superficial de la piel. Por lo tanto, para la síntesis de proteínas, cada organismo debe recibir aminoácidos de los alimentos.

Fuentes de aminoácidos.

Las plantas verdes sintetizan los 20 aminoácidos que se encuentran en las proteínas a partir de CO2, agua y amoníaco o nitratos. Muchas bacterias también son capaces de sintetizar aminoácidos en presencia de azúcar (o algún equivalente) y nitrógeno fijo, pero el azúcar es finalmente suministrado por las plantas verdes. En los animales, la capacidad de sintetizar aminoácidos es limitada; obtienen aminoácidos comiendo plantas verdes u otros animales. En el tracto digestivo, las proteínas absorbidas se descomponen en aminoácidos, estos últimos se absorben y se construyen a partir de ellos las proteínas características del organismo dado. Ninguna de las proteínas absorbidas se incorpora a las estructuras corporales como tal. La única excepción es que, en muchos mamíferos, parte de los anticuerpos maternos pueden pasar intactos a través de la placenta a la circulación fetal y, a través de la leche materna (especialmente en los rumiantes), transferirse al recién nacido inmediatamente después del nacimiento.

Necesidad de proteínas.

Está claro que para mantener la vida, el cuerpo debe recibir una cierta cantidad de proteínas de los alimentos. Sin embargo, el tamaño de esta necesidad depende de una serie de factores. El cuerpo necesita alimentos como fuente de energía (calorías) y como material para construir sus estructuras. En primer lugar está la necesidad de energía. Esto significa que cuando hay pocos carbohidratos y grasas en la dieta, las proteínas de la dieta no se utilizan para la síntesis de sus propias proteínas, sino como fuente de calorías. Con un ayuno prolongado, incluso sus propias proteínas se gastan para satisfacer las necesidades energéticas. Si hay suficientes carbohidratos en la dieta, se puede reducir la ingesta de proteínas.

equilibrio de nitrógeno.

En promedio aprox. El 16% de la masa proteica total es nitrógeno. Cuando los aminoácidos que componen las proteínas se descomponen, el nitrógeno que contienen se excreta del cuerpo en la orina y (en menor medida) en las heces en forma de diversos compuestos nitrogenados. Por lo tanto, es conveniente para evaluar la calidad nutrición proteica use un indicador como el balance de nitrógeno, es decir, la diferencia (en gramos) entre la cantidad de nitrógeno ingerido en el cuerpo y la cantidad de nitrógeno excretado por día. Con una nutrición normal en un adulto, estas cantidades son iguales. En un organismo en crecimiento, la cantidad de nitrógeno excretado es menor que la cantidad de nitrógeno entrante, es decir, el saldo es positivo. Con una falta de proteínas en la dieta, el balance es negativo. Si hay suficientes calorías en la dieta, pero las proteínas están completamente ausentes, el cuerpo ahorra proteínas. Al mismo tiempo, el metabolismo de las proteínas se ralentiza y la reutilización de los aminoácidos en la síntesis de proteínas se lleva a cabo de la forma más eficaz posible. Sin embargo, las pérdidas son inevitables y los compuestos nitrogenados todavía se excretan en la orina y en parte en las heces. La cantidad de nitrógeno excretado del cuerpo por día durante la inanición de proteínas puede servir como una medida de la falta diaria de proteínas. Es natural suponer que introduciendo en la dieta una cantidad de proteína equivalente a esta deficiencia, es posible restablecer el equilibrio de nitrógeno. Sin embargo, no lo es. Habiendo recibido esta cantidad de proteína, el cuerpo comienza a usar los aminoácidos de manera menos eficiente, por lo que se requiere algo de proteína adicional para restablecer el equilibrio de nitrógeno.

Si la cantidad de proteína en la dieta excede lo que es necesario para mantener el balance de nitrógeno, entonces parece que esto no causa ningún daño. El exceso de aminoácidos se utiliza simplemente como fuente de energía. Un ejemplo particularmente llamativo es el de los esquimales, que consumen pocos carbohidratos y unas diez veces más proteínas de las necesarias para mantener el equilibrio de nitrógeno. Sin embargo, en la mayoría de los casos, el uso de proteínas como fuente de energía no es beneficioso, ya que se pueden obtener muchas más calorías de una determinada cantidad de carbohidratos que de la misma cantidad de proteínas. En los países pobres, la población recibe las calorías necesarias de los carbohidratos y consume una cantidad mínima de proteínas.

Si el cuerpo recibe la cantidad necesaria de calorías en forma de productos no proteicos, entonces la cantidad mínima de proteína que mantiene el balance de nitrógeno es de aprox. 30 g por día. Cuatro rebanadas de pan o 0,5 litros de leche contienen aproximadamente la misma cantidad de proteína. Varios se suelen considerar óptimos. gran cantidad; recomendado de 50 a 70 g.

Aminoácidos esenciales.

Hasta ahora, la proteína se ha considerado como un todo. Mientras tanto, para que se produzca la síntesis de proteínas, todos los aminoácidos necesarios deben estar presentes en el cuerpo. Algunos de los aminoácidos que el propio cuerpo del animal es capaz de sintetizar. Se denominan intercambiables, ya que no tienen por qué estar presentes en la dieta -solo es importante que, en general, la ingesta de proteínas como fuente de nitrógeno sea suficiente; luego, ante la escasez de aminoácidos no esenciales, el organismo puede sintetizarlos a expensas de los que están presentes en exceso. Los aminoácidos "esenciales" restantes no se pueden sintetizar y deben ingerirse con los alimentos. Esenciales para los humanos son la valina, la leucina, la isoleucina, la treonina, la metionina, la fenilalanina, el triptófano, la histidina, la lisina y la arginina. (Aunque la arginina se puede sintetizar en el cuerpo, se considera un aminoácido esencial porque los recién nacidos y los niños en crecimiento producen cantidades insuficientes. Por otro lado, para una persona de edad madura, la ingesta de algunos de estos aminoácidos de los alimentos puede volverse opcional).

Esta lista de aminoácidos esenciales es aproximadamente la misma en otros vertebrados e incluso en insectos. El valor nutricional de las proteínas generalmente se determina alimentándolas a ratas en crecimiento y monitoreando el aumento de peso de los animales.

El valor nutricional de las proteínas.

El valor nutricional de una proteína está determinado por el aminoácido esencial que es más deficiente. Ilustremos esto con un ejemplo. Las proteínas de nuestro cuerpo contienen una media de aprox. 2% triptófano (en peso). Digamos que la dieta incluye 10 g de proteína que contiene 1% de triptófano y que contiene suficientes otros aminoácidos esenciales. En nuestro caso, 10 g de esta proteína defectuosa equivalen esencialmente a 5 g de una completa; los 5 g restantes solo pueden servir como fuente de energía. Tenga en cuenta que dado que los aminoácidos prácticamente no se almacenan en el cuerpo, y para que se produzca la síntesis de proteínas, todos los aminoácidos deben estar presentes simultáneamente, el efecto de la ingesta de aminoácidos esenciales solo se puede detectar si todos ellos entran en el cuerpo al mismo tiempo.

La composición promedio de la mayoría de las proteínas animales está cerca de la composición promedio de las proteínas del cuerpo humano, por lo que es poco probable que enfrentemos una deficiencia de aminoácidos si nuestra dieta es rica en alimentos como carne, huevos, leche y queso. Sin embargo, hay proteínas, como la gelatina (producto de la desnaturalización del colágeno), que contienen muy pocos aminoácidos esenciales. Las proteínas vegetales, si bien son mejores que la gelatina en este sentido, también son pobres en aminoácidos esenciales; especialmente poco en ellos lisina y triptófano. Sin embargo, una dieta puramente vegetariana no es en absoluto dañina, a menos que consuma una cantidad ligeramente mayor de proteínas vegetales, suficiente para proporcionar al organismo los aminoácidos esenciales. La mayor parte de la proteína se encuentra en las semillas de las plantas, especialmente en las semillas de trigo y varias legumbres. Los brotes jóvenes, como los espárragos, también son ricos en proteínas.

Proteínas sintéticas en la dieta.

Al agregar pequeñas cantidades de aminoácidos esenciales sintéticos o proteínas ricas en ellos a proteínas incompletas, como las proteínas de maíz, es posible aumentar significativamente el valor nutricional de estas últimas, es decir, aumentando así la cantidad de proteína consumida. Otra posibilidad es cultivar bacterias o levaduras en hidrocarburos de petróleo con la adición de nitratos o amoníaco como fuente de nitrógeno. La proteína microbiana obtenida de esta manera puede servir como alimento para aves o ganado, o puede ser consumida directamente por humanos. El tercer método, ampliamente utilizado, utiliza la fisiología de los rumiantes. En rumiantes, en la sección inicial del estómago, los llamados. El rumen está habitado por formas especiales de bacterias y protozoos que convierten las proteínas vegetales defectuosas en proteínas microbianas más completas y éstas, a su vez, después de la digestión y absorción, se convierten en proteínas animales. La urea, un compuesto sintético barato que contiene nitrógeno, se puede agregar a la alimentación del ganado. Los microorganismos que viven en el rumen usan nitrógeno ureico para convertir los carbohidratos (de los cuales hay mucho más en el alimento) en proteína. Alrededor de un tercio de todo el nitrógeno en la alimentación del ganado puede venir en forma de urea, lo que en esencia significa, hasta cierto punto, la síntesis química de proteínas.