La solubilidad de una proteína es función de la composición iónica del medio (Na, K, Ca, Mg), de la fuerza iónica P y del pH. También depende de las
proporciones y distribución de los grupos hidrófílicos polares (amigos del agua, gran viscosidad) y de los hidrofóbicos no polares (enemigos del agua, escasa viscosidad), en la molécula, del momento dipolar resultante en la pro- teína y de la temperatura. Los grupos polares iónicos de las moléculas de pro- teína entran en interacción electrostática dentro de la misma molécula y con moléculas circundantes, con tendencia a formar agregados, lo cual disminuye la solubilidad. Esta interacción entre grupos cargados de la proteínas disminu- ye en agua pura, con una constante dieléctrica alta; esto es, el grado de inte- racción es inversamente proporcional a la constante dieléctrica del disolvente. Las moléculas de agua, polares, entran en interacción con los grupos polares de las proteínas y tienden a aumentar su solubilidad.
La adición de un disolvente orgánico, como acetona o alcohol, a una solu- ción de proteína en agua, disminuye la constante dieléctrica del disolvente, desplaza también algunas de las moléculas de agua asociadas con la proteí- na, y reduce la concentración del agua presente en la solución. Estos efectos tienden a disminuir la solubilidad de la proteína, y por ello se utiliza fre- cuentemente la adición de estos disolventes para precipitar proteínas de sus soluciones.
Si se agregan a una solución de proteína en agua pura pequeñas cantidades de sal, disminuye el coeficiente de actividad de la proteína y su solubilidad aumenta. Este fenómeno, llamado disolución salina o “salting in”, se debe a las fuerzas de atracción entre los iones de la proteína y los iones de la sal. A concentración de sal baja el aumento en el logaritmo de la solubilidad de la proteína es proporcional a la fuerza iónica del disolvente. El “salting in” se explica porque al añadir una pequeña cantidad de iones extraños se aumenta el desorden molecular, con ello la entropía se hace mayor y no habiendo va- riación de entalpía, el cambio de energía libre es negativo y esto supone una tendencia espontánea al aumento de la solubilidad.
Ahora bien, a concentraciones elevadas de sales muy solubles, como sulfato amónico, se observa precipitación salina o “salting out” de las proteínas, la cual depende de la disminución de la actividad del agua, lo que a su vez dis- minuye las interacciones solubilizantes entre el agua y los grupos de la proteí- na. Es decir, que cuando aumenta mucho la cantidad de iones extraños, la interacción proteína-proteína se hace mayor que la interacción proteína-agua, baja la movilidad de las cargas proteicas y las proteínas precipitan.
La solubilidad, S, de muchas proteínas a concentraciones altas de sal, dismi- nuye logarítmicamente a medida que aumenta la concentración de sal:
log S E KsP Relación de Cohn
Donde: S solubilidad de la proteína en la solución salina; P fuerza iónica de la solución salina; E solubilidad de la proteína en agua pura (en general, hipotética y obtenida por extrapolación de la curva de solubilidad para P 0);
Ks constante de precipitación salina.
Esta relación se puede presentar gráficamente de la forma que aparece en la figura 2.17.
La fuerza iónica de una sal ioniza- da es igual a la mitad de la suma de la concentración de cada ion multiplicada por el cuadrado de la valencia de este ion:
P 1 2 cZ
2
Ejemplo: Para una solución 0,1 M de NaCl, la fuerza iónica será:
P 1 2 [(0,1) · 1 2 (0,1)· 12] 0,1 log S (g/litro) E P FIGURA 2.17.
para una solución de iones monovalentes la concentración molar es igual a la molaridad.
Para una solución de Na2SO4:
P 1
2 (0,2 · 1
2 0,1· 22) 0,3
El factor actividad depende de la naturaleza del ion considerado, de su con- centración y de su carga o valencia, así como de la formación de otros iones en la disolución:
log f 0,5· Zi2 P
El efecto de una sal neutra K2SO4, sobre la solubilidad de la carbonilhemoglo-
bina, a su pH isoeléctrico se representa en la figura 2.18.
Vemos que la fuerza iónica baja hace que la proteína se solubilice, aumenta la solubilidad. Pero cuando se hace elevada, disminuye la solubilidad y la proteí- na precipita.
El pH de la solución también influye en la solubilidad de la proteína. La de- pendencia se indica en la gráfica que aparece en la figura 2.19 para distintos valores de la concentración de sal.
Las proteínas pueden precipitarse de sus soluciones por diversos iones positi- vos o negativos. Los iones positivos de uso más común para precipitar proteí- nas son los metales pesados: Zn, Cd, Hg, Fe, ...
Estos iones precipitan proteínas de soluciones a pH superior al isoeléctrico de cada proteína, porque a este pH la proteína está disociada como proteína ne- gativa que se combina con el ion metálico positivo para dar un precipitado insoluble de proteinato del metal.
FIGURA 2.19. FIGURA 2.18.
Los iones negativos se combinan con proteínas en forma de proteína positiva (el pH de la solución es ácido respecto del punto isoeléctrico de la proteína) y forman sales de proteínas. Entre los precipitantes de las proteínas por acción de iones negativos figuran los ácido wolfrámico, pícrico, tánico, trocloroacéit- co, etc.
CLASIFICACIÓN DE PROTEÍNAS
Cuadro sinóptico Proteínas (I) Simples A) Globulares Albúminas Globulinas Glutelinas Prolaminas Protaminas HistonasB) Fibrosas Escleroproteínas ColágenoElastina Queratina
(II) Conjugadas o compuestas
Nucleoproteínas Lipoproteínas Glucoproteínas Fosfoproteínas Cromoproteínas Metaloproteínas Hemoproteínas Flavoproteínas
Por su composición
6LPSOHV &RQMXJDGDVSimples u Holoproteínas: Son aquellas que por hidrólisis total dan sólo ami- noácidos: Albúminas. Globulinas. Glutelinas. Prolaminas. Protaminas.
Histonas.
Escleroproteínas: – Colágeno – Elastina. – Queratina.
Conjugadas o Heteroproteínas: Son aquellas que por hidrólisis producen no solamente aminoácidos sino también otros componentes orgánicos o inor- gánicos. La porción no aminoácido se denomina grupo prostético. Las pro- teínas conjugadas se clasifican de acuerdo con la naturaleza de su grupo prostéticos:
Nucleoproteínas: Su grupo prostético son los ácidos nucleicos.
Lipoproteínas: Su grupo prostético son fosfolípidos, colesterol, triglicéridos. Glucoproteínas: Cuyo grupo prostético son los carbohidratos. Por hidróli-
sis dan aminoazúcares y monosacáridos y/o derivados de estos.
Fosfoproteínas: Su grupo prostético contiene fósforo, en forma de ácido ortofosfórico.
Cromoproteínas: Son proteínas conjugadas con un grupo cromoforo (sus- tancia coloreada que contiene un metal).
Metaloproteínas: Contienen metales dentro de la misma molécula proteica. Hemoproteínas: Cuyo grupo prostético es la ferroprotoporfirina.
Flavoproteínas: Cuyo grupo prostético es flavin-nucleótido.
Por sus propiedades físicas y su solubilidad
Albúminas: Son solubles en agua y soluciones salinas diluidas. Coagulan con el calor. Precipitan en disolución con sulfato amónico a saturación. Globulinas: Coagulan por el calor. Precipitan con sulfato amónico por
semisaturación. Solubles en soluciones de ácidos y bases fuertes.
Glutelinas: Solubles en soluciones de ácidos y bases diluidas. Insolubles en disolventes neutros. Coagulan por el calor. Se encuentran en el trigo. Prolaminas: Solubles en alcohol al 70 a 80%. Insolubles en agua, disol- ventes neutros y alcohol absoluto. No son coagulables por el calor. Son ricas en Prolina, de ahí su nombre.
Protaminas: Solubles en agua y en amoniaco diluido. No coagulan por el calor. Son polipéptidos básicos.
Histonas: Solubles en agua y ácidos diluidos. Insolubles en amoniaco di- luido. No coagulan por el calor. Son muy básicas.
Escleroproteínas: Insolubles en agua, soluciones salinas, ácidos y bases diluidos y alcohol. Forman parte de los tejidos de sostén y revestimiento.