Nucleoproteínas: estructura, funciones y ejemplos
Una nucleoproteína es cualquier tipo de proteína que se encuentra asociada estructuralmente con un ácido nucleico – ya sea ARN (ácido ribonucleico) o ADN (ácido desoxirribonucleico). Los ejemplos más destacados son los ribosomas, los nucleosomas y las nucleocápsides en los virus.
Sin embargo, no se puede considerar a cualquier proteína que se una al ADN como una nucleoproteína. Estas se caracterizan por formar complejos estables, y no una simple asociación transitoria – como las proteínas que median la síntesis y degradación del ADN, que interaccionan de manera momentánea y breve.
Las funciones de las nucleoproteínas varían extensamente, y dependen del grupo a estudiar. Por ejemplo, la función principal de las histonas es la compactación del ADN en nucleosomas, mientras que los ribosomas participan en la síntesis de las proteínas.
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Generalmente, las nucleoproteínas están conformadas por un alto porcentaje de residuos de aminoácidos básicos (lisina, arginina e histidina). Cada nucleoproteína cuenta con su estructura particular, pero todas convergen en contener aminoácidos de este tipo.
A pH fisiológico, estos aminoácidos se encuentran cargados positivamente, lo cual propicia las interacciones con las moléculas de material genético. A continuación veremos cómo ocurren dichas interacciones.
Los ácidos nucleicos están formados por un esqueleto de azúcares y fosfatos, que le otorgan una carga negativa. Este factor es clave para entender cómo interactúan las nucleoproteínas con los ácidos nucleicos. La unión que existe entre las proteínas y el material genético se estabiliza por enlaces no covalentes.
Asimismo, siguiendo los principios básicos de electrostática (ley de Coulomb), encontramos que cargas de distintos signos (+ y -) se atraen.
La atracción entre las cargas positivas de las proteínas y negativas del material genético da lugar a interacciones del tipo no específicas. En contraste, las uniones específicas ocurren en secuencias determinadas, como por ejemplo en el ARN ribosomal.
Existen diferentes factores que son capaces alterar las interacciones entre la proteína y el material genético. Entre los más importantes están las concentraciones de sales, que aumentan la fuerza iónica en la solución; tensioactivos ionogénicos y otros compuestos químicos de naturaleza polar, como el fenol, la formamida, entre otros.
Las nucleoproteínas se clasifican de acuerdo al ácido nucleico al que se encuentran unidos. Así, podemos distinguir entre dos grupos bien definidos: las desoxirribonucleoproteínas y las ribonucleoproteínas. Lógicamente, las primeras tienen como blanco al ADN, y las segundas al ARN.
La función más destacada de las desoxirribonucleoproteínas es la compactación del ADN. La célula enfrenta un reto que pareciera casi imposible de superar: enrollar adecuadamente casi dos metros de ADN en un núcleo microscópico. Este fenómeno puede lograrse gracias a la existencia de nucleoproteínas que organizan la hebra.
Este grupo también se asocia con funciones regulatorias en los procesos de replicación, transcripción del ADN, recombinación homóloga, entre otros.
Las ribonucleoproteínas, por su parte, cumplen funciones indispensables, que abarcan desde la replicación del ADN hasta la regulación de en la expresión de los genes y regulación del metabolismo central del ARN.
También se les relaciona con funciones protectoras, ya que el ARN mensajero nunca se encuentra libre en la célula, porque es propenso a sufrir degradación. Para evitarlo, una serie de ribonucleoproteínas se asocian a esta molécula en complejos de protección.
El mismo sistema lo encontramos en los virus, que protegen sus moléculas de ARN de la acción de enzimas que podrían degradarlo.
Las histonas corresponden al componente proteico de la cromatina. Son las más destacadas dentro de esta categoría, aunque también encontramos otras proteínas unidas al ADN que no son histonas, y se engloban en un amplio grupo denominado proteínas no histónicas.
Estructuralmente, son las proteínas más básicas de la cromatina. Y, desde el punto de vista de la abundancia, son proporcionales a la cantidad de ADN.
Tenemos cinco clases de histonas. Su clasificación se basó, históricamente, en el contenido de aminoácidos básicos. Las clases de histonas son prácticamente invariables entre los grupos de eucariotas.
Esta conservación evolutiva se atribuye al enorme papel que juegan las histonas en los seres orgánicos.
En caso de que la secuencia que codifica para alguna histona cambie, el organismo enfrentará graves consecuencias, ya que su empaquetamiento de ADN será defectuoso. Así, la selección natural se encarga de eliminar estas variantes no funcionales.
Entre los diferentes grupos, las más conservadas son las histonas H3 y las H4. De hecho, las secuencias son idénticas en organismos tan lejanos – filogenéticamente hablando – como una vaca y un guisante.
El ADN se enrolla en lo que se conoce como el octámero de histonas, y esta estructura es el nucleosoma: el primer nivel de compactación del material genético.
Las protaminas son unas pequeñas proteínas nucleares (en mamíferos están compuestas por un polipéptido de casi 50 aminoácidos), caracterizadas por presentar un contenido elevado del residuo de aminoácido arginina. El papel principal de las protaminas es reemplazar a las histonas en la fase haploide de la espermatogénesis.
Se ha propuesto que este tipo de proteínas básicas son cruciales para el empaquetamiento y estabilización del ADN en el gameto masculino. Difieren de las histonas, ya que permite un empaquetamiento más denso.
En los vertebrados se han encontrado desde 1 hasta 15 secuencias codificantes para las proteminas, todas agrupadas en el mismo cromosoma. La comparación de secuencias sugiere que han evolucionado a partir de histonas. Las más estudiadas en mamíferos se denominan P1 y P2.
El ejemplo más conspicuo de proteínas que se unen al ARN lo tenemos en los ribosomas. Son estructuras presentes en, virtualmente, todos los seres vivos – desde las pequeñas bacterias hasta los grandes mamíferos.
Los ribosomas tienen como función principal traducir el mensaje del ARN en una secuencia de aminoácidos.
Son una maquinaria molecular altamente compleja, formado por uno o más ARN ribosomales y un conjunto de proteínas. Podemos encontrarlos libres dentro del citoplasma celular, o bien anclados en el retículo endoplasmático rugoso (de hecho, el aspecto “rugoso” de este compartimiento se debe a los ribosomas).
Existen diferencias en cuanto al tamaño y a la estructura de los ribosomas entre los organismos eucariotas y procariotas.
- Baker, T. A., Watson, J. D., Bell, S. P., Gann, A., Losick, M. A., & Levine, R. (2003). Molecular biology of the gene. Benjamin-Cummings Publishing Company.
- Balhorn, R. (2007). The protamine family of sperm nuclear proteins. Genome biology, 8(9), 227.
- Darnell, J. E., Lodish, H. F., & Baltimore, D. (1990). Molecular cell biology. Scientific American Books.
- Jiménez García, L. F. (2003). Biología celular y molecular. Pearson Educación de México.
- Lewin, B (2004). Genes VIII. Pearson Prentice Hall.
- Teijón, J. M. (2006). Fundamentos de bioquímica estructural. Editorial Tébar.