Las proteínas (del griego antiguo: πρωτεῖος [prōteîos] ‘fundamental, principal’) o prótidos son macromoléculas formadas por cadenas lineales de aminoácidos. La secuencia de cada una de estas biomoléculas complejas está determinada por la secuencia de nucleótidos de su gen correspondiente (llamados genes estructurales). La información genética y el cómo esta se expresa durante el proceso de desarrollo, crecimiento o diferenciación celular, determina qué proteínas tiene una célula, un tejido y un organismo.
La síntesis de las proteínas se presenta a través de la traducción ribosomal, es decir, que está a cargo de los ribosomas y guiada por la información de una molécula de ARNm que actúa como molde.
Muchas proteínas están compuestas por una sola cadena polipeptídica, por lo que se las llama proteínas monoméricas. Por otro lado, las proteínas «oligoméricas» presentan más de una cadena, que puede ser una copia adicional de ella o una cadena diferente, y a cada cadena polipeptídica se la llama subunidad. Las proteínas oligoméricas presentan estructura cuaternaria. La mioglobina es un ejemplo de proteína monomérica y la hemoglobina, de proteína oligomérica.
Las proteínas pueden presentar adicionalmente una molécula orgánica o bien uno o más iones para ser completamente funcionales, como es el caso de la mayoría de las enzimas. Los grupos prostéticos son estos componentes orgánicos no proteicos que están unidos fuertemente a la proteína y que hacen posibles sus funciones. Por otro lado, los iones unidos a las proteínas son cofactores.
Son biomoléculas muy diversas y son esenciales para la vida. La mayoría de las proteínas desempeñan más de una función (ver más adelante).
Son polímeros constituidas por tres unidades estructurales llamados aminoácidos. Las proteínas son necesarias para la vida, sobre todo por su función plástica (constituyen el 80 % del protoplasma deshidratado de toda célula), pero también por sus funciones biorreguladoras (forman parte de las enzimas) y de defensa (los anticuerpos son proteínas). Por este motivo el crecimiento, la reparación y el mantenimiento del organismo dependen de ellas. Representan alrededor del 50 % del peso seco de los tejidos.
Se clasifican de acuerdo con diversos criterios: localización, función, composición o elementos estructurales. A la fecha no existe un sistema único de clasificación.
La localización espacial y temporal de las proteínas depende de la regulación de la expresión genética. Por lo tanto, son susceptibles a señales o factores externos. El conjunto de las proteínas expresadas en una circunstancia determinada es denominado proteoma
Muchos organismos presentan otras biomoléculas formadas por aminoácidos, pero cuya biosíntesis no depende del ribosoma; tal es el caso de algunos péptidos antimicrobianos de síntesis no ribosomal, los péptidos que entrelazan a los polisacáridos en la peptidoglicana (pared celular bacteriana) y las toxinas de diversos organismos, como las microcistinas.
Las moléculas proteicas abarcan una diversidad extraordinaria : presentes en enzimas, hormonas, proteínas de almacenamiento como los huevos de las aves y las de las semillas, proteínas de transporte como la hemoglobina, proteínas de contráctiles como las de los músculos, inmunoglobulinas (anticuerpos), proteínas de membranas y muchos otros tipos de proteínas estructurales. En relación con sus funciones, la diversidad es abrumadora; pero, en cuanto a su estructura, todas siguen un mismo plan general muy sencillo porque todas son polímeros de aminoácidos dispuestos en secuencias lineales.
Los prótidos o proteínas son biopolímeros formados por un gran número de unidades estructurales simples denominadas aminoácidos, unidas por enlaces peptídicos. La formación de cada enlace peptídico ocurre por una reacción de condensación, entre el grupo carboxilo (-COOH) y el grupo amino (-NH2) de aminoácido subsecuentes, acompañado de la liberación de una molécula de agua, motivo por el cual se habla de residuos de aminoácidos.
Los aminoácidos que se incorporan durante la traducción son los estereoisómeros L-α-aminoácidos. La mayoría de organismos estudiados tiene proteínas formadas por combinaciones de 20 aminoácidos, que están especificados en el código genético estándar. También se pueden encontrar en varias proteínas distintos aminoácidos modificados, como la 4-hidroxiprolina, 5-hidroxilisina, 6-N-metil-lisina, desmosina, γ-carboxiglutamato y la desmosina. Muchos otros organismos presentan codones modificados para la incorporación de selenocisteína o de pirrolisina.
Debido a su gran tamaño, cuando estas moléculas se dispersan en un disolvente adecuado, forman siempre dispersiones coloidales, con características que las diferencian de las disoluciones de moléculas más pequeñas. Muchas proteínas presentan carga neta en ciertos rangos de pH del medio. Por ello pueden considerarse ionómeros.
Por hidrólisis, las moléculas de proteína se dividen en numerosos compuestos relativamente simples, de masa molecular pequeña, que son las unidades fundamentales constituyentes de la macromolécula. Estas unidades son los aminoácidos, de los cuales existen veinte especies diferentes y que se unen entre sí mediante enlaces peptídicos. Desde decenas a miles aminoácidos pueden participar en la formación de la gran molécula polimérica de una proteína.
Todas las proteínas tienen carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, y casi todas poseen también azufre. Si bien hay ligeras variaciones en diferentes proteínas, el contenido de nitrógeno representa, por término medio, 16 % de la masa total de la molécula; es decir, cada 6,25 g de proteína contienen 1 g de N. El factor 6,25 se utiliza para estimar la cantidad de proteína existente en una muestra a partir de la medición de N de la misma.
La síntesis proteica es un proceso complejo cumplido por las células según las directrices de la información suministrada por los genes. La secuencia de aminoácidos en una proteína está codificada en su gen (una porción de ADN) mediante el código genético. Los residuos en una proteína sufren a veces modificaciones químicas por modificación postraduccional. Dichas modificaciones ocurren antes de que la proteína sea funcional en la célula o como parte de mecanismos de control. Las proteínas también pueden trabajar juntas para cumplir una función particular, a menudo asociándose para formar complejos proteicos estables. Las proteínas se ensamblan de diversas formas, lo que les permite participar como los principales componentes estructurales de las células y los tejidos.
Por sus propiedades fisicoquímicas, las proteínas se pueden clasificar en proteínas simples (holoproteidos), formadas solo por aminoácidos o sus derivados; o proteínas conjugadas (heteroproteidos), formadas por aminoácidos acompañados de sustancias diversas, y proteínas derivadas, sustancias formadas por desnaturalización y desdoblamiento de las anteriores.
Las proteínas se ensamblan a partir de sus aminoácidos utilizando la información codificada en los genes. Cada proteína tiene su propia secuencia de aminoácidos que está especificada por la secuencia de nucleótidos del gen que la codifica. El código genético está formado por un conjunto de tri-nucleótidos denominados codones. Cada codón (combinación de tres nucleótidos) designa un aminoácido, por ejemplo AUG (adenina-uracilo-guanina) es el código para la metionina. Como el ADN contiene cuatro nucleótidos distintos, el número total de codones posibles es 64; por lo tanto, existe cierta redundancia en el código genético, estando algunos aminoácidos codificados por más de un codón. Los genes codificados en el ADN se transcriben primero en ARN pre-mensajero mediante proteínas como la ARN polimerasa. La mayor parte de los organismos procesan entonces este pre-ARNm (también conocido como tránscrito primario) utilizando varias formas de modificación post-transcripcional para formar ARNm maduros, que se utilizan como molde para la síntesis de proteínas en el ribosoma. En los procariotas el ARNm puede utilizarse tan pronto como se produce, o puede unirse al ribosoma después de haberse alejado del nucleoide. Por el contrario, los eucariotas sintetizan el ARNm en el núcleo celular y lo translocan a través de la envoltura nuclear hasta el citoplasma donde se realiza la síntesis proteica. La tasa de síntesis proteica es mayor en procariotas que en eucariotas y puede alcanzar los 20 aminoácidos por segundo.