Il ruolo primario che le proteine svolgono nei sistemi viventi è dichiarato dal loro stesso nome (che deriva dal greco protéion cioè "primato"). Sono le molecole organiche più complesse, più importanti e più "personalizzate" che si ritrovino in un organismo. Anche quantitativamente sono le prime: più del 50% di tutto il materiale organico di una cellula vivente è fatto di proteine. Possono avere nell'organismo una funzione energetica, come i glucidi e i lipidi; ma essa è del tutto secondaria rispetto a due altri ruoli: quello strutturale, di "materiali da costruzione", e quello di "utensili" ( = enzimi) indispensabili per montare, smontare e trasformare altre molecole.
Chimicamente, le proteine sono polimeri, come i polisaccaridi. Le loro subunità sono dette aminoacidi.
Un atomo centrale di carbonio lega contemporaneamente:
un gruppo amminico (basico) -NH2
un gruppo carbossilico (acido) -COOH
un atomo di idrogeno
una restante porzione della molecola (detta catena laterale e indicata genericamente con R), che ha una composizione chimica variabile dall'uno all'altro aminoacido.
L'atomo di carbonio al centro viene detto carbonio alfa. Ogni subunità proteica (=aminoacido) possiede dunque almeno un atomo di azoto (altri possono essere contenuti nelle catene laterali R).
Complessivamente sono stati identificati nelle proteine 20 tipi di aminoacidi, diversi l'uno dall'altro per struttura e composizione della catena laterale.
Molte altre varietà di aminoacidi (più di 150!) si possono ancora ritrovare nelle cellule viventi, non però come costituenti di proteine, bensì come molecole singole, incaricate di funzioni particolari.
L'unione in catena degli aminoacidi avviene mediante un legame peptidico,che si stabilisce tra il gruppo carbossilico di ciascuno e il gruppo aminico del successivo.
Numerose proteine, quando vengono "smontate" per studiarne la composizione, rivelano di contenere non soltanto aminoacidi, ma anche altri componenti, inorganici (per esempio metalli come il ferro, il rame, lo zinco) oppure organici (lipidi, glucidi...). Perciò i biochimici distinguono due categorie di proteine: quelle semplici (fatte soltanto di aminoacidi) e quelle coniugate, che contengono un gruppo prostetico (dal greco prósthesis, "aggiunta") di natura non aminoacidica. Sono esempi della seconda categoria: le lipoproteine e le glicoproteine di cui è ricco il sangue, le fosfoproteine che possiamo ritrovare nel latte o nel tuorlo d'uovo, e le emoproteine, quale l'emoglobina dei globuli rossi.
L'eccezionale versatilità delle proteine rende difficile illustrare in modo breve ma esauriente tutti i compiti che esse possono svolgere in un organismo. Schematicamente, possiamo riconoscere che esistono i seguenti tipi.
Proteine di deposito, funzionanti come molecole-magazzino di materiali utili.
Un esempio di questo tipo è la ferritina, proteina alla quale viene agganciato, perché non sia eliminato dal corpo, tutto il ferro che la milza recupera dalla "demolizione" dei globuli rossi vecchi. Altre proteine di deposito servono come riserve di aminoacidi per un embrione in sviluppo (pensate al tuorlo d'uovo, o alle riserve proteiche che abbondano nei semi delle piante); oppure come cibo "nobile" per un piccolo essere ancora incapace di alimentazione autonoma (pensate alla caseina del latte, nei mammiferi).
Proteine strutturali, fibrose e insolubili, alle quali gli organismi animali affidano la funzione di dar forma e sostegno a tutto il corpo, funzione che nei vegetali è svolta soprattutto dai polisaccaridi.
Il collagene di ossa, tendini e tessuti connettivi, la cheratina della pelle e l'elastina dei polmoni e dei vasi sanguigni sono esempi di queste proteine.
Proteine catalitiche.
Si tratta di molecole-utensili per la trasformazione di altre molecole; tutti gli enzimi rientrano in questa categoria.
Proteine contrattili.
Sono l'actina e la miosina, che permettono ai muscoli di accorciarsi e di compiere lavoro meccanico.
Proteine di trasporto.
Ad esempio l'emoglobina, che nei globuli rossi dei vertebrati è "veicolo" dei gas respiratori; o le lipoproteine, che trasportano nel plasma sanguigno i grassi, altrimenti insolubili.
Proteine inserite nelle membrane cellulari, con il compito di permettere e regolare flussi di sostanze tra le cellule e l'ambiente esterno.
Proteine messaggere.
Si tratta di proteine che recano ai vari organi del corpo segnali capaci di influenzarne l'attività, sono di questo tipo gli ormoni proteici dei vertebrati.
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