Proteínas fibrosas: concepto, estructura, funciones y ejemplos
¿Qué son las proteínas fibrosas?
Las proteínas fibrosas, conocidas también como escleroproteínas, son una clase de proteínas que forman parte importante de los componentes estructurales de cualquier célula viva. Colágeno, elastina, queratina o fibroína son ejemplos de este tipo de proteínas.
Cumplen con funciones muy diversas y complejas. Las más importantes son las de protección (como son las espinas de un puercoespín) o de soporte (como el que les proporciona a las arañas la tela que estas mismas tejen y que las mantiene suspendidas).
Las proteínas fibrosas están compuestas por cadenas de polipéptidos totalmente extendidas, las cuales se organizan formando una especie de “fibra” o “cuerda” de gran resistencia. Estas proteínas son mecánicamente muy fuertes y son insolubles en agua.
En su mayoría, los componentes de las proteínas fibrosas son polímeros de aminoácidos repetidos consecutivamente.
La humanidad ha intentado recrear las propiedades de las proteínas fibrosas utilizando diferentes herramientas biotecnológicas, no obstante, dilucidar con tal exactitud la disposición de cada aminoácido en la cadena polipeptídica no es tarea fácil.
Estructura
Las proteínas fibrosas tienen una composición relativamente simple en su estructura. Generalmente están formadas por tres o cuatro aminoácidos unidos entres sí que se repiten muchas veces.
Es decir, si una proteína está compuesta por aminoácidos como lisina, arginina y triptófano, el siguiente aminoácido que se unirá al triptófano será nuevamente una lisina, seguida de una arginina y de otra molécula de triptófano y así sucesivamente.
Existen proteínas fibrosas que poseen motivos aminoacídicos espaciados por dos o tres aminoácidos diferentes a los motivos repetitivos de sus secuencias y, en otras proteínas, la secuencia de aminoácidos puede ser muy variable, de 10 o 15 aminoácidos diferentes.
Las estructuras de muchas de las proteínas fibrosas se han caracterizado con técnicas de cristalografía de rayos X y por métodos de resonancia magnética nuclear. Gracias a ello se han detallado proteínas con forma de fibra, de forma tubular, laminar, espiralada, con forma de “embudo”, etc.
Cada polipéptido de motivos repetidos únicos forma un filamento y cada filamento es una unidad de los cientos de unidades que conforman a la ultraestructura de una “proteína fibrosa”. Por lo general, cada filamento se dispone de forma helicoidal uno con respecto a los otros.
Funciones
Debido al entramado de fibras que conforma a las proteínas fibrosas, sus funciones principales consisten en servir como material estructural de soporte, resistencia y protección para los tejidos de los diferentes organismos vivos.
Las estructuras de protección compuestas por las proteínas fibrosas pueden proteger a los órganos vitales de los vertebrados contra los golpes mecánicos, condiciones climáticas adversas o el ataque de depredadores.
El nivel de especialización de las proteínas fibrosas es único en el reino animal. La tela de araña, por ejemplo, es un tejido de sostén esencial para la forma de vida que llevan las arañas. Este material tiene una resistencia y flexibilidad únicos.
Tanto es así, que en la actualidad muchos materiales sintéticos intentan recrear la flexibilidad y la resistencia de la tela de araña, utilizando incluso organismos transgénicos para sintetizar este material mediante herramientas biotecnológicas. Sin embargo, habría que reseñar que no se ha obtenido todavía el éxito esperado.
Una propiedad importante que tienen las proteínas fibrosas es que permiten la conexión entre los diferentes tejidos de los animales vertebrados.
Además, las propiedades versátiles de estas proteínas permiten a los organismos vivos crear materiales que combinan resistencia y flexibilidad. Esto, en muchos casos, es lo que conforma los componentes esenciales para el movimiento de los músculos en los vertebrados.
Ejemplos de proteínas fibrosas
Colágeno
Es una proteína de origen animal y es quizá una de las más abundantes en el cuerpo de los animales vertebrados, ya que compone la mayoría de los tejidos conectivos. El colágeno destaca por sus propiedades fuertes, extensibles, insolubles y químicamente inertes.
Compone -en su mayoría- a la piel, la córnea, los discos intervertebrales, los tendones y los vasos sanguíneos. Una fibra de colágeno está compuesta por una triple hélice paralela que es, casi en su tercera parte, solo el aminoácido glicina.
Esta proteína forma unas estructuras conocidas como “microfibrillas de colágeno”, que consisten en la unión de varias triples hélices de colágeno entre sí.
Elastina
Al igual que el colágeno, la elastina es una proteína que forma parte del tejido conjuntivo. Sin embargo, a diferencia del primero, esta proporciona elasticidad a los tejidos, en lugar de resistencia.
Las fibras de elastina están compuestas por los aminoácidos valina, prolina y glicina. Estos aminoácidos son de características altamente hidrofóbicas y se ha determinado que la elasticidad propia de esta proteína fibrosa se debe a las interacciones electrostáticas dentro de su estructura.
La elastina es abundante en los tejidos que son sometidos de manera intensiva a ciclos de extensión y relajación. En los vertebrados se encuentra en las arterias, los ligamentos, los pulmones y la piel.
Queratina
La queratina es una proteína que se encuentra predominantemente en la capa ectodérmica de los animales vertebrados. Esta proteína conforma estructuras tan importantes como el pelo, las uñas, las espinas, las plumas, los cuernos, entre otras.
La queratina puede estar compuesta por α-queratina o por β-queratina. La α-queratina es mucho más rígida que la β-queratina. Esto se debe a que la queratina-α está conformada por hélices α, que son ricas en el aminoácido cisteína, el cual posee la capacidad de formar puentes disulfuro con otros aminoácidos iguales.
En la β-queratina, en cambio, se compone en mayor proporción de aminoácidos polares y apolares, los cuales pueden formar puentes de hidrógeno y que se organizan en láminas β plegadas. Esto se traduce en que su estructura es menos resistente.
Fibroína
Esta es la proteína que compone la tela de araña y las hebras producidas por los gusanos de seda. Estos hilos se encuentran compuestos en su mayoría por los aminoácidos glicina, serina y alanina.
Las estructuras de estas proteínas son láminas β organizadas de forma antiparalela a la orientación del filamento. Esta característica le otorga resistencia, flexibilidad y poca capacidad de distensión.
La fibroína es poco soluble en agua y debe su gran flexibilidad a la gran rigidez que le otorga la unión de los aminoácidos en su estructura primaria y a los puentes de Vander Waals, que se forman entre los grupos secundarios de los aminoácidos.