PROTEINAS

Proteínas

El porcentaje de proteínas oscila entre un 20% en la vaina de mielina de las neuronas y un 70% en la membrana interna mitocondrial; el 80% son intrínsecas, mientras que el 20% restantes son extrínsecas. Las proteínas son responsables de las funciones dinámicas de la membrana, por lo que cada membrana tiene una dotación muy específica de proteínas; las membranas intracelulares tienen una elevada proporción de proteínas debido al elevado número de actividades enzimáticas que albergan. En la membrana las proteínas desempeña diversas funciones: transportadoras, conectoras (conectan la membrana con la matriz extracelular o con el interior), receptoras (encargadas del reconocimiento celular y adhesión) y enzimas.

Las proteínas de la membrana están suspendidas en forma individual o en grupos dentro de la estructura lipídica, formando los canales por los cuales entran a las células.

La selectividad de los canales de proteínas le permite a la célula controlar la salida y entrada de sustancias así como los transportes entre compartimientos celulares.

Algunas proteínas de la membrana plasmática hacen contacto con el ambiente externo, a este tipo se les denomina proteínas periféricas, las cuales tienen regiones hidrofóbicas y regiones hidrofílicas. Otras penetran totalmente a través de la membrana, y se denominan proteínas integrales.

Unas de estas proteínas forman canales que permiten a ciertas sustancias, atravesar la membrana, y otras actúan como moléculas transportadoras. Las funciones de las proteínas de la membrana son: transporte, el intercambio de materia entre el interior de la célula y su ambiente externo, y reconocimiento y comunicación, moléculas de proteínas situadas en la parte externa de la membrana, que actúan como receptoras de sustancias. Según se grado de asociación a la membrana se clasifican en:

Integrales o Intrínsecas: Presentan regiones hidrofóbicas, por las que se pueden asociar al interior de la membrana y regiones hidrófilas que se sitúan hacia el exterior, por consiguiente, son anfipáticas. La separación de una proteína integral implica la destrucción de la membrana que está unida.

Periféricas o Extrínsecas: No presentan regiones hidrófobas, así pues, no pueden entrar al interior de la membrana. Están en la cara interna de esta (en el interior celular) Son péptidos que se unen parcialmente a la membrana por medio de partes expuestas de las proteínas integrales con sencillos tratamientos químicos, se separan fácilmente de la membrana sin que cambie la estructura de la bicapa.

Las proteínas de la membrana pueden ser periféricas o integrales. Las proteínas periféricas de la superficie interna de la membrana a menudo se mantienen en su sitio por filamentos del cito esqueleto. Las proteínas integrales están formando parte de la membrana, sin embargo, pueden moverse lateralmente de un lado a otro. La mayor parte de estas proteínas abarcan toda la membrana, con una región hidrófoba dentro de la misma y regiones hidrófilas que sobresalen por ambas superficies de la bicapa. Estas proteínas se conocen como proteínas transmembranas.

Existen tres categorías principales de proteínas de membrana:

Proteínas de transporte: regulan el movimiento de las moléculas solubles en agua mediante la membrana plasmática. Algunas, llamadas canales proteicos, forman poros o canales que dan la oportunidad de que moléculas pequeñas solubles en agua penetren la membrana. Estas forman una estructura parecida a una manga con forro. Cada membrana plasmática contiene una gran variedad de canales proteicos, cada uno alineado con aminoácidos específicos que permiten que ciertas moléculas como el potasio (K⁺), el sodio (Na⁺) y el calcio (Ca²⁺), pasen por el mismo.

Proteínas portadoras: Tienen sitios de unión, parecidos a los sitios activos de las enzimas, que se pueden asir a moléculas específicas en uno de los lados de la membrana. Proteína de membrana que facilita la difusión de sustancias específicas a través de la membrana. La molécula que será transportada se une a la superficie externa de la proteína portadora y ésta cambia entonces de forma, para permitir que la molécula atraviese la membrana. 

Proteínas receptoras: Proteína localizada sobre la membrana (o en el citoplasma), que reconoce y se une a moléculas específicas. La unión  con los receptores frecuentemente dispara la respuesta de la célula, como en la endocitosis, el incremento en la tasa metabólica o la división celular. 

Proteínas de reconocimiento: Proteína o glucoproteína que sobresale de la superficie exterior de la membrana plasmática e identifica a la célula como perteneciente a una especie particular, a un individuo de esa especie y, a menudo, aun órgano específico del individuo.
Estos  polipéptidos constituyen gran parte la constitución de las membranas, por ejemplo en los animales alrededor del 50% de la masa total de la mayoría de las membranas plasmáticas mientras que el otro 50% constituyen lípidos y una pequeña porción relativamente pequeñas de hidratos de carbono.

Las proteínas de membrana cumplen muchas otras funciones además de transportar nutrientes, metabolitos y iones a través de la bicapa lipídica. Algunas de estas contribuyen al anclaje de la membrana a macromoléculas presentes a cualquiera de los dos lados de la capa.

Otras actúan como receptores capaces de detectar señales químicas en el medio celular y transmitirlas al interior de la célula, mientras que otras actúan como enzimas que catalizan y coayudan en reacciones específicas, dichos ejemplos podemos observarlos en la siguiente gráfica.

Estos polipetidos se asocian a la bicapa lipídica de diversas maneras, a continuación se enumeran las diferentes formas:

Muchas proteínas atraviesan la bicapa de fosfolípidos de manera que se encuentran tanto dentro como fuera de la célula, estas al igual que los fosfolípidos poseen un área hidrófoba y otra hidrofilica.

Otras se localizan exclusivamente en el citosol y se asocian con la lámina interna de la bicapa mediante una hélice alfa anfipatica expuesta en la superficie de la proteína.

Algunas se encuentran enteramente por fuera de la bicapa (tanto afuera como por el lado de adentro) y se unen a la membrana solo mediante uno o dos grupos lipídicos unidos por enlaces covalentes.

Por otra parte, existen unas que están unidas de manera indirecta a las superficies de la membrana y se mantienen in situ solo mediante interacciones con otras proteínas de membrana.

En la siguiente imagen se puede observar las diferentes formas en las que se pueden adosar las proteínas a la bicapa fosfolipídica que constituye la estructura de las membranas plasmáticas en los seres vivos, cada una de ellas con una función específica como anteriormente se describió.

Gran parte de lo que se sabe acerca de la estructura de las proteínas de la membrana se aprendió mediante técnicas indirectas. El método directo estándar para determinar la estructura proteica es la cristalografía con rayos X, pero esta técnica requiere un ordenamiento cristalino de la molécula y se ha observado que las proteínas de membrana son más difíciles de cristalizar que las proteínas solubles del citosol celular.

El estudio de las estructuras de estas proteínas permitió comprender en forma precisa la manera en que las hélices α atraviesan la bicapa lipídica y la forma en la que un conjunto de moléculas proteicas distintas pueden ensamblarse para generar complejos funcionales en la membrana plasmática.

Referencias:

• Alberts, B. & Bray, D. (2006). Introducción a la Biología, (2da edic.), Buenos Aires, Argentina. Médica Panamericana