Los aminoácidos se pueden unir para formar cadenas que contienen desde dos hasta muchos miles de unidades. Las cadenas cortas se conocen como péptidos, mientras que las cadenas más largas se denominan polipéptidos, que incluyen proteínas. Una secuencia de aminoácidos es simplemente el orden de estas unidades en una cadena polipeptídica. En el caso de las proteínas, la secuencia determina la estructura tridimensional de la molécula, que a su vez es crucial para la función de la proteína. Las secuencias de aminoácidos de las proteínas que se encuentran en un organismo vivo están codificadas en el ADN de ese organismo.
Estructura de aminoácidos
Todos los aminoácidos tienen una estructura general que consiste en un átomo de carbono con un grupo amino (NH2) en un lado, un grupo carboxilo (COOH) en el otro y lo que se llama un grupo R o cadena lateral. «R» significa radical, que en este contexto simplemente significa una parte de una molécula. Es la composición de la cadena lateral lo que distingue a los diferentes aminoácidos entre sí. En el más simple, la glicina, consta solo de un átomo de hidrógeno, pero en otros, la cadena lateral es más compleja. Por ejemplo, en la tirosina, tiene una estructura de anillo, y en la lisina, consiste en una larga cadena de hidrocarburos, una molécula formada por un esqueleto de carbono con átomos de hidrógeno unidos.
Cómo se forman las secuencias
El grupo amino es básico y tiene carga positiva, mientras que el grupo carboxilo es ácido y tiene carga negativa. Dado que los ácidos y las bases reaccionan entre sí, esto hace posible que el grupo amino de un aminoácido se una al grupo carboxilo de otro. Esto se conoce como enlace peptídico y libera una molécula de agua como subproducto. Los procesos químicos como este se conocen como reacciones de condensación, porque una parte de cada molécula se ha perdido en el proceso: el H del NH2 y el OH del grupo COOH se combinan para formar agua (H2O). Estrictamente hablando, las unidades de aminoácidos que forman péptidos y proteínas deberían llamarse residuos de aminoácidos, pero normalmente se denominan simplemente aminoácidos.
Descripciones de secuencia
Una cadena de estas unidades tendrá típicamente un grupo amino en un extremo y un grupo carboxilo en el otro. Para mantener la coherencia, las secuencias se describen de izquierda a derecha, con el extremo amino, conocido como N-terminal, a la izquierda, y el extremo carboxilo, o C-terminal, a la derecha. Sin embargo, también es posible que los extremos opuestos de una cadena polipeptídica formen un enlace peptídico, dando como resultado una molécula cíclica.
Por tanto, las proteínas y otros polipéptidos pueden describirse mediante la secuencia de unidades de aminoácidos. En aras de la brevedad, los nombres de las unidades suelen abreviarse con tres letras o con una sola letra. Por ejemplo, en el sistema de tres letras, la arginina es Arg, la leucina es Leu y la prolina es Pro. En el sistema de una letra, las letras de estas unidades son R, L y P, respectivamente. Por lo tanto, una secuencia de aminoácidos particular podría representarse como Leu-Arg-Leu-Pro-Arg-Pro o como LRLPRP.
Forma y función de las proteínas
La secuencia de unidades en una proteína se conoce como su estructura primaria. Sin embargo, también se pueden formar enlaces entre las cadenas laterales de una cadena polipeptídica, haciendo que se pliegue de diversas formas, y entre las cadenas laterales de las cadenas polipeptídicas adyacentes. Estos tipos de enlaces contribuyen a lo que se conoce como estructuras secundarias, terciarias y cuaternarias de las proteínas, que determinan las formas tridimensionales generales de las moléculas. Los enlaces entre las cadenas laterales son normalmente más débiles que los enlaces peptídicos, y factores como el calor y diversos agentes químicos pueden romperlos, haciendo que una proteína pierda su forma, pero conservando la estructura primaria. Esto se conoce como desnaturalización.
Aunque hay más de 100 aminoácidos conocidos, solo unos 20 se encuentran en las proteínas que forman los organismos vivos. Sin embargo, estos 20 pueden formar muchos miles de secuencias diferentes, de diferentes longitudes. Muchas proteínas constan de más de una cadena polipeptídica y pueden formar enormes moléculas de enorme complejidad.
Proteínas, genes y ADN
El ADN de un organismo puede considerarse como un conjunto de instrucciones para reunir todas las proteínas que necesita. La secuencia de aminoácidos necesaria para cada proteína está codificada en el ADN en forma de grupos de tres nucleótidos conocidos como codones, cada uno de los cuales representa una unidad de aminoácidos particular. Los procesos de transcripción de ADN y traducción de ARN permiten que estas unidades se ensamblen en las secuencias correctas para formar las proteínas necesarias cuando las células se dividen.
Primero, el ADN se transcribe para formar una hebra de ARN mensajero o ARNm. El ARNm sale del núcleo y entra en el citoplasma de la célula hasta un ribosoma, donde tiene lugar la traducción. El ARNm actúa como molde para los aminoácidos, lo que les permite unirse. Para cada codón, el ARN de transferencia, o ARNt, transporta el aminoácido libre apropiado desde el citoplasma hasta el ribosoma, donde se unen a la cadena existente. A medida que se traduce el ARNm, las unidades se unen para formar la secuencia específica de esa proteína.