PROTEINAS

INTRODUCCIÓN

Las proteínas se sintetizan en el interior de las células, pasan al líquido intersticial y, de allí, se vierten en el plasma y demás líquidos corporales. La cantidad, tipo y secuencia de los aminoácidos de las cadenas polipeptídicas que las constituyen, les proporcionan su forma característica e influyen, de manera decisiva, en sus funciones biológicas.

ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS

La estructura primaria de las proteínas está constituida por el tipo y secuencia aminoacídica. La secuencia depende solo de los enlaces covalentes (peptídicos)

y es predeterminada por el código del ADN.

La secundaria está formada por la disposición en espiral de la cadena polipeptídica de la estructura primaria, en una dimensión. Esta estructura, en muchas proteínas globulares, presenta dilataciones, plegamientos y enrollados, debidos a muchos enlaces de hidrógeno y, de manera ocasional, a enlaces covalentes disulfuro.

La terciaria es la estructura constituida por el plegamiento intramolecular de la cadena polipeptídica para formar una estructura tridimensional compacta de forma específica y que se mantiene por los enlaces electro-valentes, los enlaces hidrógeno, los puentes disulfuro, las fuerzas de Van der Waals y las interacciones hidrofóbicas. Estas últimas son consideradas la fuerza mayor en la conservación de la estructura terciaria, la cual le confiere a las proteínas sus propiedades biológicas específicas.

La estructura cuaternaria está representada por la asociación de varias cadenas polipeptídicas que forman una gran unidad de agregados oligoméricos. Esta estructura se consolida con el estrecho ajuste de las unidades polipeptídicas a través de contactos de su superficie con los grupos prostéticos. La albúmina, por ejemplo, carece de estructura cuaternaria, pues posee solo una cadena polipeptídica. Sin embargo, la enzima creatin-quinasa,

constituida por dos cadenas polipeptídicas, tiene tres isoformas enzimáticas mayores, que dan lugar, en ella, a varias estructuras cuaternarias.

PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS

Las propiedades físico-químicas de  las proteínas se utilizan como base para su identificación, separación y cuantificación. Ellas constituyen los principios o fundamentos de los métodos para su estudio.

Las proteínas pueden ser separadas, desde el punto de vista físico, de acuerdo con su tamaño. Su masa molecular relativa permite la separación de las moléculas grandes o pequeñas mediante la diálisis o la filtración en gel. La densidad de muchas proteínas es de aproximadamente 1,33 con excepción de las lipoproteínas, en las cuales oscila entre 1,006 y 1,21, lo cual permite la separación de estas por medio de la ultra-centrifugación.

La solubilidad, otra propiedad de las proteínas, está dada por la afinidad que tienen por diferentes solventes.

Si esta se pierde, al modificarse las propiedades físico-químicas del solvente (pH, fuerza iónica, constante dieléctrica, temperatura) por medio de experimentos, se produce la precipitación de las proteínas al estado de insolubilidad. Lo mismo ocurre cuando las proteínas son desnaturalizadas por la acción de agentes físicos como el calor o por distintas sustancias como la

urea, el dodecilsulfato de sodio, y ácidos y bases débiles, lo que produce la destrucción de sus estructuras secundaria, terciaria y cuaternaria.

Hasta hace pocos años fue muy utilizado el método conocido como precipitación salina (salting out) para separar proteínas. La caída de la constante dieléctrica del solvente, producida por la adición de sales o solventes

orgánicos, da origen a la separación y precipitación de las proteínas.

Los análisis cuantitativos del contenido proteico en la orina y en el líquido cefalorraquídeo (LCR), se basan, por lo general, en los siguientes principios:

1. Reacción de los enlaces polipeptídicos con iones de cobre en solución alcalina (reacción Biuret) o de los residuos de tirosina y triptófano de los aminoácidos en soluciones fenoladas (método de Lowry).

2. Absorción ultravioleta (UV) en los intervalos de 200 a 255 nm y de 270 a 290 nm.

3. La precipitación y posterior cuantificación con métodos turbidimétricos o nefelométricos.

4. La unión a colorantes indicadores como: azul brillante Coomassie, rojo Ponceau S, bromocresol verde y bromocresol púrpura.

OTROS PRINCIPIOS Y TÉCNICAS PARA LA SEPARACIÓN Y CUANTIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS

Además de los referidos antes, existen otros principios y técnicas para la separación y cuantificación de las proteínas. Algunos, descritos hace varias décadas, se mantienen vigentes hoy día y otros forman parte de los procederes nuevos que han surgido al amparo de nuevas tecnologías introducidas en años recientes. A continuación se exponen algunos.

 

ELECTROFORESIS

El principio de la electroforesis se basa en que las partículas cargadas, en este caso las proteínas, ubicadas en un campo eléctrico, migran hacia uno de los

electrodos del campo, en dependencia de:

1. La carga eléctrica de la partícula.

2. El tamaño de la partícula.

3. La fuerza del campo eléctrico.

4. Las características del medio utilizado como soporte durante el proceso de la migración.

Las partículas cargadas negativamente (aniones) se dirigen al ánodo (electrodo positivo), y las cargadas positivamente (cationes) se dirigen al cátodo (electro-do negativo). Si se hace variar el pH de la solución amortiguadora, en la cual están disueltas las proteínas, estas migrarán en el campo eléctrico creado, y se se-pararán unas de otras, al migrar cada una de ellas distancias diferentes. Esta migración se produce sobre un soporte que puede estar constituido por soluciones coloidales, geles (agar, almidón, agarosa, acrilamida) o papel (de filtro o acetato de celulosa). En el caso de la electroforesis en papel de acetato de celulosa, una vez separadas las fracciones, son coloreadas y luego cuantificadas.

Para ello se utiliza la técnica densitométrica, descrita en otra sección de este libro. El gráfico que se obtiene, conocido como electroforegrama o patrón electroforético, lo componen (cuando se utiliza el papel como soporte), en un orden de izquierda a derecha, las fracciones siguientes:

1. Albúmina.

2. Alfa 1 globulinas.

3. Alfa 2 globulinas.

4. Betaglobulinas.

5. Gammaglobulinas.

Los espacios que ocupan estas fracciones, se conocen como zonas del electroforegrama y reciben el nombre de la fracción correspondiente.

La correcta interpretación del patrón electroforético requiere del conocimiento de la semiología de cada una de las fracciones que lo constituyen.

La albúmina es la principal proteína producida por el hígado y representa más de la mitad del contenido proteico total del suero. Es la proteína más homogénea, la más soluble y la más estable de las que se encuentran en el plasma.

Sus funciones más importantes las realiza manteniendo la presión osmótica, transportando una gran variedad de sustancias, y como fuente endógena para el suministro de aminoácidos. Puede ser metabolizada por cualquier órgano del cuerpo humano.

El aumento en la concentración sérica de la albúmina se produce, por lo general, durante la deshidratación (aumento relativo), la administración intravenosa de concentrados de esta proteína o por error en su de-terminación

en el laboratorio. Los trastornos más frecuentes que tienen relación con este componente, se corresponden con su disminución, conocida como hipoalbuminemia y que se acompaña casi siempre del signo clínico del edema.

La hipoalbuminemia aparece en numerosas enfermedades, asociada con otros signos clínicos (tabla 2.1).

Tabla 2.1 Causas de la hipoalbuminemia

Enfermedades	Causas de la hipoalbuminemia
Enfermedad hepática	Disminución en la síntesis por: Enfermedad hepática intrínseca Alcoholismo Desnutrición
Enfermedad renal	Aumento de las pérdidas por: Rápida degradación Aumento de la presión oncótica en suero (uremia) Desnutrición
Enfermedad gastrointestinal	Aumento de las pérdidas por: Obstrucción hepática Malabsorción Desnutrición
Enfermedad pulmonar	Aumento de las pérdidas por: Expectoración Daño hepático Aumento en la producción de globulina y reactantes de la fase aguda
Quemaduras	Aumento de las pérdidas por: Exudación intensa Recirculación anormal Daño hístico extenso

Los métodos utilizados para su cuantificación son los siguientes:

1. Electroforéticos.

2. Inmunoquímicos: electroinmunodifusión, inmunodifusión radial, turbidimétricos y nefelométricos.

3. Unión a colorantes indicadores: bromocresol verde y bromocresol púrpura.

En la zona de las alfaglobulinas migra un conjunto de proteínas que se conocen como alfa 1 globulinas y alfa 2 globulinas. Las alfa 1 globulinas están representadas por las siguientes:

1. Alfa 1 antitripsina: proteína inhibidora de la tripsina y la plasmita, cuya función es proteger al organismo de la autodigestión. Forma parte del grupo de los reactantes de la fase aguda. Aumenta en las enfermedades inflamatorias y disminuye en la deficiencia congénita de esta proteína, enfermedad cuyo cuadro clínico se caracteriza por presentar enfisema pulmonar asociado con insuficiencia hepática.

2. Alfa 1 glicoproteína ácida: es un reactante de la fase aguda.

3. Alfa 1 lipoproteína: transportadora de lípidos, vita-minas

liposolubles y hormonas.

4. Globulina unida a la tiroxina.

5. Alfa 1 fetoproteína: sintetizada por el hígado embrionario.

Su determinación constituye una prueba diagnóstica para los defectos del tubo neural y es un marcador tumoral para el carcinoma de células embrionarias del testículo, teratocarcinomas, cáncer gástrico, pulmonar y hepatocelular.

En el grupo de las alfa 2 globulinas se incluyen las siguientes:

1. Alfa 2 macroglobulina: es una inhibidora de la plasmina y la tripsina.

2. Alfa 2 lipoproteína: transportadora de lípidos, en especial, triglicéridos.

3. Haptoglobina: reactante de la fase aguda y además transportadora de la hemoglobina libre en plasma.

El estudio de sus niveles se utiliza cuando hay hemólisis en las reacciones ostransfusionales. En los pacientes que han sufrido reacciones postransfu-sionales, disminuye la concentración de haptoglobina al agotarse la capacidad del hígado para sintetizarla, ante la demanda excesiva por la cantidad de hemoglobina que debe transportar.

4. Ceruloplasmina: proteína transportadora del cobre.

5. Colinesterasa: proteína que hidroliza la acetilcolina.

Las betaglobulinas agrupan a las siguientes:

1. Betalipoproteína: transportadora de lípidos.

2. Transferrina: proteína transportadora del hierro en suero. También se une de manera reversible a otros cationes como cobre, cinc, cobalto y calcio. Los

niveles plasmáticos son regulados por la disponibilidad de hierro. Como se sintetiza en el hígado, sus valores pueden disminuir en enfermedades hepáticas agudas como las hepatitis y en las crónicas, en la desnutrición y enteropatías con pérdida de proteínas.

Sus niveles plasmáticos varían en la anemia por déficit de hierro, lo cual causa un incremento en su síntesis. Por el contrario, si la anemia se debe a una falla en la incorporación del hierro a los eritrocitos, sus niveles son normales o bajos. En la sobrecarga de hierro, sus valores son normales, pero la saturación es muy alta.

3. Plasminógeno: proteína encargada de la lisis de la fibrina.

4. Complemento: constituido por un grupo de proteínas que intervienen en la propiedad fagocítica de la sangre.

5. Fibrinógeno: factor proteico de la coagulación de la sangre.

Las gammaglobulinas agrupan a las llamadas inmunoglobulinas, constituidas por cinco fracciones diferentes:

G, A, M, D y E.

Todas tienen funciones de anticuerpos contra virus, bacterias y parásitos. En las enfermedades autoinmunes se comportan como autoanticuerpos al actuar contra células del organismo al cual pertenecen.