Ejercicio resuelto de Proteínas · Biología · Navarra · 2020

La α-queratina es una molécula presente en uñas, pelos y plumas de animales.

a) ¿Qué naturaleza química tiene esta molécula?
b) Explica qué estructura tiene y cómo está relacionada su estructura con la función
c) ¿Qué tipo de enlaces intervienen en la estructura adquirida por esta molécula?

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{naturaleza}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{mica}}\mathbf{\text{tiene}}\mathbf{\text{esta}}\mathbf{\text{mol}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{cula?}}$

Es una proteína, concretamente una proteína fibrosa e insoluble en agua, formada por aminoácidos unidos mediante enlaces peptídicos. Se caracteriza por su elevado contenido en cisteína.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Explica}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{estructura}}\mathbf{\text{tiene}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mo}}\mathbf{\text{est}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{relacionada}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{estructura}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{funci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}$

Su estructura secundaria es la hélice $\alpha$, de la que toma el nombre: la cadena polipeptídica se enrolla en espiral, con unos $\mathrm{3,6}$ aminoácidos por vuelta, estabilizada por puentes de hidrógeno entre el grupo carbonilo de un aminoácido y el grupo amino del situado cuatro posiciones más adelante.

A partir de ahí, la organización es jerárquica: varias hélices $\alpha$ se enrollan entre sí formando protofibrillas, estas se agrupan en microfibrillas y las microfibrillas en macrofibrillas, que constituyen la fibra del pelo o de la uña. Es una estructura enteramente alargada, sin plegamiento globular.

La relación con la función es la que cabe esperar de una proteína estructural. Su forma fibrosa y su insolubilidad la hacen apta para formar cubiertas resistentes; los abundantes puentes disulfuro entre cisteínas de hélices vecinas cosen unas cadenas a otras y dan a la fibra dureza, impermeabilidad y resistencia mecánica; y la propia hélice, al poder estirarse y recuperar su longitud, aporta cierta elasticidad, que es lo que permite que un pelo se estire sin romperse.

De ahí que la $\alpha$-queratina desempeñe funciones de protección y sostén en uñas, pelos, plumas, cuernos y capas superficiales de la piel. El número de puentes disulfuro explica además las diferencias de dureza: son escasos en el pelo y abundantísimos en un cuerno o en una pezuña. Y es también lo que se manipula al hacer una permanente, rompiendo esos puentes y volviéndolos a formar con el cabello en otra posición.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{enlaces}}\mathbf{\text{intervienen}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{estructura}}\mathbf{\text{adquirida}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{esta}}\mathbf{\text{mol}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{cula?}}$

El enlace peptídico, covalente, que une los aminoácidos y establece la estructura primaria.

Los puentes de hidrógeno, enlaces débiles entre los grupos $\text{C=O}$ y $\text{N-H}$ de la propia cadena, que mantienen enrollada la hélice $\alpha$.

Los puentes disulfuro, enlaces covalentes entre los grupos $\text{-SH}$ de dos cisteínas de cadenas distintas, que unen entre sí las hélices y son los responsables de la resistencia y la rigidez del conjunto.

A ellos se suman, en menor medida, las interacciones hidrofóbicas y las fuerzas de Van der Waals entre las cadenas laterales apolares, que contribuyen al empaquetamiento de las fibras.