MONÓMEROS , POLÍMEROS Y MACROMOLÉCULAS

Los monómeros  son unidades moleculares sencillas agrupadas de acuerdo a sus propiedades químicas; podemos mencionar a los: monosacáridos, aminoácidos y los nucleótidos. Cuando los monómeros de un mismo grupo  se unen entre sí en forma covalente obtenemos un polímero que es una molécula de gran tamaño.  Los polímeros pueden ser cadenas relativamente sencillas de unidades monoméricas idénticas o pueden ser en extremo complejos.  Las cadenas pueden ser ramificadas o sin ramificaciones. Cuando las unidades son idénticas reciben el nombre de homopolímero; si las unidades son distintas se denominan heteropolímero, pero siempre hablando de unidades diferentes pero dentro de un mismo grupo, por ejemplo aminoácidos distintos, o azúcares distintos, nunca vamos a encontrar un polímero formado simultáneamente por distintos grupos de monómeros.Los compuestos en los organismos son utilizados de distintas formas, para almacenar o liberar energía, para actuar como catalizadores, para guardar información, para construir estructuras que se requieren, etc. La mayoría de las biomoléculas que utilizan los organismos en su funcionamiento son polímeros.El término macromolécula se usa para designar a moléculas de “ gran tamaño”, sin embargo no define que se entiende por gran tamaño, muchas macromoléculas son polímeros (polisacáridos, ácidos nucleicos, proteínas) pero otros no (esteroides, triglicéridos, etc.)Se han identificado en los sistemas vivientes unos 30.000 compuestos orgánicos diferentes, sin embargo un pequeño grupo de ellas son las que cumplen funciones principales en los organismos.

Fig. 2.12 - Esquema de polímeroExisten cuatro grandes grupos de biomoléculas:Carbohidratos, Lípidos. Proteínas y acidos Nucleicos.

CARBOHIDRATOS

La mayor fuente de glúcidos, también llamados hidratos de carbono o azúcares, se encuentra en los vegetales, los cuales a través del proceso de fotosíntesis combinan el dióxido de carbono (CO2) y el agua (H2O) para dar las moléculas hidrocarbonadas que son los glúcidos. Estas moléculas proporcionan a las plantas y a los animales que se alimentan de ellas, la energía necesaria para los procesos metabólicos.A excepción de la vitamina C, los glúcidos no son esenciales en la dieta, ya que el organismo mediante procesos metabólicos intracelulares puede sintetizar los azúcares necesarios a partir de otras moléculas, como los lípidos y aminoácidos.CLASIFICACIÓN

Los glúcidos se clasifican en primer lugar, teniendo en cuenta el número de unidades constitutivas de los mismos en:

Monosacáridos: constituidos por un azúcar simple. Oligosacáridos:  Resultantes de la unión de 2 a 10 unidades de monosacáridos. Polisacáridos: formados por cadenas compuestas de muchas unidades de

monosacáridos (más de 10). Estas cadenas pueden ser lineales o ramificadas.

MONOSACÁRIDOSSon los monómeros de los glúcidos. Son polialcoholes con una función aldehido o cetona. Según el número de carbonos, un monosacárido será una triosa (3C), tetrosa (4C), pentosa (5C), hexosa (6C) o heptosa (7C). Además se les agrega el prefijo ceto o aldo de acuerdo a la función que posean.

ALDOSAS

D-gliceraldehido D-eritrosa D-treosa D-ribosa D-arabinosa D-xilosa D-lixosa

D-alosa D-altrosa D-glucosa D-manosa D-gulosa D-idosa D-galactosa D-talosa

CETOSAS

Dihidroxiacetona D-eritrulosa D-ribulosa D-xilulosa

D-psicosa D-fructosa D-sorbosa D-tagatosa

Fig. 2.25 - Ejemplos de Monosacáridos

Las pentosas y las hexosas suelen formar estructuras cíclicas. La formación de estos anillos es espontánea y las formas abiertas y cerradas están en equilibrio.

Al ciclarse el monosacárido, los átomos se reacomodan de tal forma que donde había un grupo aldehído o cetona, aparece un grupo hidroxilo, el cual puede ubicarse por debajo o por encima del plano de la molécula, originando formas a o b, respectivamente.

Fig. 2.26 - Isómeros de D-Glucosa. a-D- Glucosa y b-D-Glucosa

Estas son formas isoméricas, sin embargo no son las únicas, ya que como podemos ver, los monosacáridos presentan carbono asimétrico y por lo tanto también poseen isómeros ópticosFunciones biológicasLos monosacáridos, especialmente la glucosa, constituyen la principal fuente de energía celular. Por ejemplo la oxidación completa de un mol de glucosa  produce 673 kilocalorias.También forman parte de moléculas más complejas. Por ejemplo la ribosa y desoxirribosa, componentes de los ácidos nucleícos.Otros monosacáridos presentan alguno de sus grupos OH sustituidos por otros átomos. Se conocen como azúcares derivados, y en su mayoría son monómeros de heteropolisacáridos  que cumplen funciones estructurales.

Fig. 2.27- Unión glucosídica: formación de un disacárido

OLIGOSACÁRIDOSSe forman por la unión covalente de entre 2 y 10 monosacáridos.Se los nombra de acuerdo al número de monosacáridos que los constituye, de este modo tenemos: disacáridos, trisacáridos, etc.

De todos ellos los más importantes fisiológicamente son los disacáridos, como la sacarosa o azúcar común formada por la unión de glucosa y fructosa, la lactosa o azúcar de la leche (Galactosa + glucosa), o la maltosa o azúcar de malta formada por la unión de dos glucosas.Los monosacáridos se unen mediante uniones glucosídicas, donde dos átomos de carbono de dos monosacáridos se vinculan por medio de un átomo de oxígeno. En la reacción se libera una molécula de agua.Funciones biológicasSon  formas de transporte en los vegetales y en algunos animales.Forman parte de moléculas más complejas, como las glucoproteínas y glucolípidos.Intervienen en la estructura de la membrana plasmática, participando en el reconocimiento celular.POLISACÁRIDOSEstán constituidos por un gran número de monosacáridos unidos mediante enlaces glucosídicos, constituyendo largas cadenas.Los polisacáridos pueden ser homopolímeros, cuando la unidad repetitiva es un solo tipo de monosacárido o heteropolímeros, cuando las unidades repetitivas están constituidas al menos por dos monómeros diferentes.Los polisacáridos más importantes  presentes en la naturaleza son el almidón, el glucógeno y la celulosa.ALMIDÓN

Fig. 2.28 - Amilosa (uniones a-1,4)

Fig. 2.29 - Amilopectina (uniones a-1,4 y a-1,6)El almidón es una mezcla de dos polisacáridos, la amilosa y la amilopectina.La función del almidón es la de ser la principal reserva de energía en las plantas.

GLUCÓGENOPresenta una estructura similar a la de la amilopectina, pero mucho más ramificada (cada 12 a 14 unidades del polímero lineal).

El glugógeno constituye una importante reserva de energía para los animales y se almacena principalmente en el hígado y en los músculos

Fig. 2.30 - Representación esquemática del glucógenoCELULOSAEs el polisacárido estructural más abundante y se lo encuentra formando las paredes celulares de los vegetales. Está constituida por cadenas lineales de b-glucosa.La característica estructural de del enlace glucosídico b 1-4 es que forma una cadena extendida que permite la interacción con otras cadenas paralelas formando puentes de hidrógeno. De este modo se forma una trama en forma de red  muy resistente.

Fig. 2.31- Celulosa

Fig. 2.32 Aspectos de la configuración y estructura de la celulosa. Tendencia del polímero lineal a extenderse totalmente (a y b) y asociarse después para formar microfibrillas (c) que a su vez

se alinean con otras (d y e) para dar lugar a una fibra de celulosa (f). (g) Orientación de las fibras en una capa de pared secundaria. Otras capas de pared secundaria tienen distintas orientaciones. La extensión y asociación de las moléculas de quitina, sigue el mismo patrón.OTROS POLISACÁRIDOSAdemás de estos polisacáridos, existen otros que también cumplen funciones estructurales importantes, como por ejemplo la mureína de las paredes celulares de bacterias o la quitina del exoesqueleto de los insectos. Esta última es un polímero de N-acetilglucosamina, un azúcar derivado en el que un grupo hidroxilo (-OH) fue sustituido por un grupo amino (-NH2).

Fig. 2.33- Quitina

Otros polisacáridos como los glicosaminoglicanos (GAG) se encuentran unidos a proteínas constituyendo los proteinglicanos de la matriz extracelular. Los proteoglicanos son responsables del carácter viscoso de la matriz extracelular. Consisten en proteínas (~5%) y cadenas de polisacáridos (~95%), unidos covalentemente a las proteínas. Las cadenas del polisacárido pertenecen a uno de los cinco tipos de GAG (glicosaminoglicanos) que forma la mayor parte de los polisacáridos en la matriz extracelular. Estos GAG se forman por la polimerización de unidades de disacáridos. Los disacáridos constituyentes están formados por una molécula de ácido glucurónico y un ázucar derivado como la N-acetil glucosamina o la N-acetilgalactosamina.El ácido hialurónico (o hialuronato) es el GAG  no sulfatado dominante en el tejido conjuntivo. El peso molecular de ácido hialurónico es muy alto (alrededor de 1.000.000), alcanzado una longitud de aproximadamente 2.5 µm, ( ¡ Estamos hablando de una molécula ! ). El ácido hialurónico es de importancia para el ensamble de otros GAG en los tejidos conjuntivos y óseo, lo que resulta en la formación de una molécula compleja aún de mayor tamaño (Fig. 2.35). Es el componente más abundante del fluido sinovial (el contenido fluido de la cavidad de las junturas sinoviales) y del humor vítreo del ojo. 

Los cuatro GAG sulfatados son condroitín sulfato, dermatán sulfato, keratán sulfato y heparán sulfato. Estos GAG se unen a las proteínas formando un eslabón y las proteínas del eslabón se unen al espinazo formado por el ácido hialurónico, formando el proteoglicano (Fig. 2.34).El peso molecular del complejo resultante es  de 30.000.000 a 200.000.000. La distribución enrollado del ácido del hialurónico y de otros GAG unidos llena un espacio más o menos esférico de un diámetro de aproximadamente 0.5 µm. Este espacio se llama "dominio". Los dominios forman la red tridimensional más continua en el espacio extracelular. 

Fig. 2.34 - Composición química de algunos glicosaminoglicanos (GAG)

La trama formada por los dominios actúa como un filtro molecular en los espacios intersticiales. Los glúcidos polianiónicos de los GAG retienen grandes cantidades de agua y cationes. El agua que limita a los dominios forma el medio, por ejemplo,  para la difusión de sustancias de peso molecular bajo como gases, iones y moléculas pequeñas que pueden tomar la ruta más corta, desde los capilares a las células. Quedan  excluidas, las  moléculas grandes que tienen que hallar paso a través de los espacios entre los dominios.  El movilidad restringida de las  moléculas más grandes en el espacio extracelular,  inhibe el pasaje de microorganismos a través de él. Una bacteria típica (0.5 x 1 µm) se inmoviliza esencialmente en esta trama formada por los dominios. El patogenicidad de una bacteria es de hecho determinada por su habilidad de encontrar la manera de moverse  a través del entramado, y algunas de las más invasoras producen hialuronidasa, la enzima que despolimeriza el ácido  hialurónico.

LÍPIDOS

Constituyen un grupo de compuestos muy heterogéneo, cuya única característica común es la insolubilidad en agua y otros solventes polares.  Son solubles solamente en solventes no polares como el éter, benceno, cloroformo, etc.Entre las biomoléculas,  los lípidos son los únicos que en general no forman polímeros, aunque algunos pueden considerarse macromoléculas.Aunque existen otras, una manera sencilla de clasificarlos es la siguiente:

 

Cuadro 2.2- Clasificación de los Lípidos

ÁCIDOS GRASOS

Fig. 2.13- Algunos ácidos grasos de importancia biológica

Están formados por cadenas hidrocarbonadas, que tienen número par de carbonos (entre 4 y 22 átomos) y un grupo carboxilo en uno de los extremos.Los ácidos grasos pueden ser saturados o insaturados. En los primeros los átomos de carbono de la cadena están unidos mediante enlaces simples, en cambio en los insaturados la cadena presenta dobles enlaces entre carbonos.Funciones biológicasSon constituyentes de moléculas más grandes, como por ejemplo: grasas, fosfolípidos, etc.Son combustibles celulares de elección.

GRASAS NEUTRAS

Fig. 2.14 - Fórmula de un triacilglicérido

Una grasa neutra consiste en una molécula de glicerol unida a uno, dos o tres ácidos grasos. El glicerol es un alcohol de tres carbonos.A temperatura ambiente, estos lípidos pueden resultar líquidos o sólidos, dependiendo del largo de las cadenas de ácidos grasos y si están saturados o no..Cuánto más saturados y largos sean los ácidos grasos de una grasa neutra, podrán compactarse e interactuar mejor, determinando la formación de un compuesto sólido a la temperatura ambiente, a los que vulgarmente llamamos grasas.

Por el contrario, cuanto más insaturados y más cortos sean los ácidos grasos, más inconvenientes tendrán para interactuar, pues los dobles enlaces impiden que las colas de los ácidos grasos de las moléculas de grasa puedan moverse libremente, determinando así una sustancia líquida a la temperatura ambiente llamada aceite.Funciones biológicasLas grasas y aceites cumplen principalmente con la función de reserva de energía en forma más eficiente que los glúcidos. Esto se debe a que son hidrofóbicos y al no hidratarse ocupan menos volumen que el glucógeno y además, tienen más hidrógenos en su estructura, por lo cual rinden más energía que los azucares Actúan en la termorregulación, como aislante térmico. Por ejemplo en los animales que viven en las zonas frías del planeta tienen una importante capa de grasa subdérmica que ayuda a

mantener la temperatura interna. Además como repelen al agua evitan la perdida de calor corporal por efectos de la transpiraciónCERAS

Las ceras son lípidos  compuestos por alcoholes y ácidos grasos de alto número de carbonos. También son importantes las ceras que se forman con el colesterol.Funciones biológicas

Sirven de cubierta protetora en la  piel, pelos, plumas y estructuras delicadas como los oídos de los animales. En las plantas las encontramos recubriendo por ejemplo las hojas y los frutos. Las abejas utilizan ceras con fines estructurales, para fabricar los panales de las colmenas.FOSFOGLICÉRIDOS

Fig. 2.15 - (a) Ácido fosfatídico (b) LecitinaSon conocidos con el nombre de fosfolípidos. Poseen una molécula de glicerol unida a dos

ácidos grasos y un ácido fosfórico. Además el grupo fosfato puede llevar unida  una molécula de naturaleza variable a la que llamamos resto (R), por ejemplo un alcohol.

Fig. 2.16 - Esquema de un fosfolípido  

Los fosfoglicéridos poseen una cabeza polar o hidrofílica constituida por el ácido fosfórico y el resto (generalmente un alcohol o base nitrogenada) y dos colas no polares o hidrofóbicas que

corresponden a las cadenas hidrocarbonadas de los ácidos grasos. Por este motivo se dice que son moléculas anfipáticas. En solución acuosa éstas se ordenan formando bicapas.Funciones biológicasSon componentes principales de las membranas biológicas.Forman parte de la vaina de mielina que recubre a los axones de las células nerviosas.

Fig. 2.17 - (a) Bicapa fosfolipídica;  (b) Vésicula fosfolipídica

GLUCOLÍPIDOS Y ESFINGOLÍPIDOSEstos lípidos están formados por una ceramida, es decir, un ácido graso unido a un alcohol

llamado esfingosina por medio de una unión amida.

Fig. 2.18 - Fórmula de la EsfingosinaSi además del ácido graso, también lleva unido un grupo fosfato tenemos un esfingofosfolípido.Si al grupo fosfato se une un alcohol y éste es la colina, obtenemos la esfingomielina.

Fig. 2.19 - CerebrósidoLos glupolípidos están formados por la ceramida unida a un monosacárido u oligosacárido.

Los cerebrósidos son los más sencillos, en cambio, otros como los gangliósidos son más complejos porque presentan un oligosacárido ramificado.Funciones biológicas

Al igual que los fosfolípidos y el colesterol los glucolípidos son moléculas anfipáticas y junto a éstos forma parte de la estructura básica de las membranas biológicas. LIPOPROTEÍNASResultan de la unión de lípidos con proteínas solubles. En éste complejo la proteína ocuparía la parte periférica de modo que puede interactuar con el agua  de esta manera circulan los lípidos por el plasma.De acuerdo al porcentaje relativo de lípidos y proteínas presentes se los clasifica en:l        Lipoproteínas de alta densidad  ( HDL) l        Lipoproteínas de densidad intermedia ( IDL)l        Lipoproteínas de baja densidad  (LDL)l        Lipoproteínas de muy baja densidad ( VLDL)l        Quilomicrones

Las primeras son ricas en proteínas y son las que producen el recambio de colesterol de los tejidos hacia el hígado.  El colesterol que forma parte de estas lipoproteínas es el que se conoce como colesterol “ bueno”.  Las lipoproteínas de baja y muy baja densidad son ricos en lípidos y son las que transportan el colesterol y los trigliceridos desde el hígado a los tejidos.   El colesterol asociado a estas lipoproteínas se conoce como colesterol “malo”, ya que es el responsable de los depósitos grasos que se forman en algunos vasos sanguíneos provocando los llamados ateromasPROSTAGLANDINAS

Fig. 2.20 - Prostaglandina (PGF2)Constituyen una familia de derivados de ácidos grasos insaturados de 20 C, como el araquidónico. Tienen una gran variedad de efectos biológicos de naturaleza regulatoria. Por ejemplo: modulan la actividad hormonal y producen la contracción del músculo liso. TERPENOS

Fig 2.21 - IsoprenoEstán constituidos por unidades múltiples del hidrocarburo de cinco átomos de carbono

isopreno.

Fig. 2.22 - Ejemplos de Terpenos

Pueden formar moléculas lineales o cíclicas. En los vegetales se han encontrado un número importante de terpenos. Por ejemplo el caucho, el fitol que forma parte de la clorofila, o el b-caroteno precursor de la vitamina A y el retinal, esencial para la visión.ESTEROIDES

Están formados básicamente, por un esqueleto carbonado de cuatro ciclos llamado Ciclopentanoperhidrofenantreno, formado a su vez por la repetición de muchos isoprenos.

Fig. 2.23- Ciclopentanoperhidrofenantreno y ColesterolFunciones biológicasEl esteroide más conocido es el colesterol, presente en las membranas biológicas de todos las células excepto la de las bacterias. Este, a su vez, es precursor de muchos esteroides como las hormonas sexuales (Progesterona, estrógenos, testosterona), las hormonas de la corteza suprarenal (glucorticoides, mineralocorticoides), los ácidos biliares y la vitamina A, que son solo algunos ejemplos.   Los esteroides desempeñan funciones diferentes de acuerdo a los grupos químicos que están unidos a su estructura básica.

Tabla 2.3 - Principales hormonas esteroideas

Hormona Clase EstructuraLugar de síntesis

Acción biológica

Estradiol Estrógeno ovarioDesarrollo y mantenimiento de las características sexuales femeninas

Progesterona   Cuerpo lúteo,

placenta

Prepara al útero para la implantación. Suprime la ovulación durante el embarazo

Testosterona Andrógeno TestículoDesarrollo y mantenimiento de las características sexuales masculinas

AldosteronaMineralo-corticoide

Corteza suprarrenal

Favorece la absorción de Na+ en los túbulos renales.

Cortisol Gluco-corticoide

Corteza suprarrenal

Favorece la gluconeogénesis. Suprime la respuesta

inflamatoria.

Fig. 2.24 - Principales metabolitos de la vitamina DLa vitamina D (Calcitriol) se considera actualmente como una hormona y no como una vitamina, ya que la vitamina D3 (colecalciferol) se produce por irradiación con luz ultravioleta del 7-deshidrocolesterol, el cual es un metabolito normal del colesterol que se encuentra en la piel. La vitamina D que se absorbe de la dieta o que se forma en la piel se hidroxila para dar lugar a 1,25-dihidroxicolecalciferol en dos pasos, gracias a enzimas específicas del hígado y del riñón. Esta hormona controla el metabolismo del Ca2+ y del fosfato en tejidos blanco.

PROTEÍNAS

Las proteínas son las macromoléculas más abundantes en las células animales y constituyen alrededor del 50% de su peso seco. Dentro de las células se las encuentra en formas muy variadas: como constituyente de las membranas biológicas, como catalizadores de reacciones metabólicas (enzimas), interactuando con los ácidos nucleicos (histonas) o con neurotransmisores y hormonas (receptores), etc. Prácticamente, no existe proceso biológico en el que no participe por lo menos una proteína. Se las considera como el grupo de compuestos que mayor cantidad de funciones desempeñan en los seres vivos.Estas moléculas son polímeros de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos. Las proteínas pueden ser simples o conjugadas. Las simples sólo están formadas por aminoácidos. Las conjugadas contienen además de la o las cadenas polipéptidicas, grupos no proteicos, denominados grupos prostéticos, por ejemplo la hemoglogina o las lipoproteínas.Para entender los aspectos estructurales y las características químicas de las proteínas, es fundamental analizar primero la de sus monómeros.AMINOÁCIDOSComo su nombre lo indica, cada aminoácido está formado por un grupo amino y un grupo ácido carboxílico , unidos a un átomo de carbono central o carbono a, el que además tiene unido siempre un átomo de hidrógeno y una cadena lateral de características variables.Por poseer un grupo amino y un grupo carboxilo, los aminoácidos son anfolítos, dependiendo del pH del medio su comportamiento como ácidos o bases.

Fig. 2.51 - Fórmula general de un aminoácido

El carbono central es asimétrico ya que está compartiendo electrones con cuatro grupos diferentes, por eso los aminoácidos, con excepción de la glicina, presentan actividad óptica, es decir, tienen isómeros D y L. Solamente las formas L forman parte de las proteínas.

Fig. 2.52 - Fórmula general de los D y L-aminoácidos

Fig. 2.53 - Estructura química de los veinte aminoácidos clasificados en ácidos, básicos, neutros polares y neutros no polares. Las estructuras que se encuentran debajo de los grupos amino y carboxilo son las cadenas laterales R

Como muestra la fórmula, el carbono central se encuentra unido a un grupo variable o resto (R). Es en dichos grupos R, donde las moléculas de los veinte aminoácidos [1] que forman parte de las proteínas se diferencian unas de otras. En la glicina, el más simple de los ácidos, el grupo R se compone de un único átomo de hidrógeno. En otros aminoácidos el grupo R es más complejo, conteniendo carbono e hidrógeno, así como oxígeno, nitrógeno y azufre. De acuerdo con la naturaleza del ”R” podemos clasificar a los aminoácidos en polares (con y sin carga) y aminoácidos no polares.AMINOÁCIDOS ESENCIALES

La síntesis proteica requiere de un constante aporte de aminoácidos. Los organismos heterótrofos sintetizan gran parte de estos aminoácidos a partir de esqueletos carbonados. Los que requieren ser incorporados por la ingesta, no pudiendo ser sintetizados, se denominan aminoácidos esenciales, y son producidos por plantas y bacterias (Tabla 2.4).

Tabla 2.4 - Aminoácidos no esenciales y esenciales para el hombre

No esenciales Esenciales

Glutamato Isoleucina

Glutamina Leucina

Prolina Lisina

Aspartato Fenilalanina

Asparagina Metionina

Alanina Treonina

Glicina Triptofano

Serina Valina

Tirosina Histidina

Cisteína Arginina ( sólo en lactantes)

AMINOÁCIDOS Y NEUROTRANSMISORESEl impulso nervioso pasa de una célula a otra en el proceso conocido como transmisión sináptica. La transmisión sináptica esta mediada químicamente por moléculas pequeñas llamadas neurotransmisoresSe conocen muchos neurotransmisores distintos. Diferentes tipos de neuronas sintetizan distintos neurotransmisores. Por ejemplo el sistema nervioso simpático utiliza la adrenalina y la noradrenalina (catecolaminas), el sistema nervioso parasimpático utiliza acetilcolina. Algunos neurotransmisores derivan químicamente de los aminoácidos.La adrenalina y noradrenalina se sintetizan a partir de la tirosina, este paso ocurre en el citosol de las neuronas adrenérgicas y células adrenales y los neurotransmisores se almacenan en vesículas. El GABA otro neurotransmisor, se sintetiza a partir del ácido glutámico, la histamina a partir de la histidina, la serotonina a partir del triptófano. Cada uno de estos neurotransmisores es sintetizado por neuronas especificas.

Fig. 2.54 - Formación de un enlace peptídico

ENLACES PEPTÍDICOS, OLIGOPEPTIDOS Y POLIPEPTIDOSCuando una célula viva sintetiza proteínas, el grupo carboxilo de un aminoácido reacciona con el grupo amino de otro, formando un enlace peptídico, el producto de esta unión es un dipéptido. El grupo carboxilo libre del dipéptido reacciona de modo similar con el grupo amino de un tercer aminoácido, y así sucesivamente hasta formar una larga cadena.

Los oligopéptidos contienen un número indefinido pero pequeño de aminoácidos, mientras que los péptidos y polipéptidos constan de un número mayor. Se consideran polipéptidos a los polímeros de aminoácidos de un peso superior a 6000 Daltons.Muchas moléculas de importancia biológica con acción hormonal e incluso gran parte de los neurotransmisores son oligopéptidos y péptidos, como se observa en los ejemplos citados en las tablas 2.5. y 2.6.Los polipéptidos naturales de 50 o más residuos son considerados proteínas. Una proteína puede estar formada por una sola cadena o por varias de ellas unidas por enlaces moleculares débiles. Cada proteína se forma siguiendo las instrucciones contenidas en el ADN, el material genético de la célula. Estas instrucciones son las que determinan cuáles de los veinte aminoácidos se incorporan a la proteína, y en que orden relativo o secuencia lo hacen. Los grupos R de los diferentes aminoácidos establecen la forma final de la proteína y sus propiedades químicas. A partir de las veinte subunidades pueden formarse una gran variedad de proteínas.

Tabla 2.5 - Péptidos con función hormonalNombre Nº de aminoácidos Órgano productor Órgano blanco Función

Oxitocina 9 HipotálamoÚtero, glándula mamaria.

Contracción del múculo liso uterino y eyección de leche

Vasopresina (ADH) 9 Hipotálamo Riñón, vasos.Antidiurética y vasopresora

Hormona del crecimiento (GH)

191 HipófisisAcción generalizada

Crecimiento

Hormona luteinizante (LH)

200 Hipófisis Testículos y ovarios

Promueve síntesis de los esteroides andrógenos y estrógenos, etc.

Hormona Folículo estimulante (FSH)

200 Hipófisis Testículos y ovariosCrecimiento de tubos seminíferos y desarrollo folicular.

Prolactina (PRL) 191 Hipófisis Glándula mamariaEstimula la secreción de leche

Hormona adrenocorticotrofa

(ACTH)39 Hipófisis Corteza adrenal

Estimula la secreción de corticoesteroides

Paratohormona (PTH)

84 ParatiroidesHuesos, riñón e intestino. Regulan la calcemia

Calcitonina (CT) 32 Paratiroides Huesos y riñón

Insulina 51 PáncreasTejidos insulino-dependientes.

Regulan la glucemiaGlucagón 29 Páncreas

Acción generalizada

Tabla 2.6 - Algunos Péptidos con función neurotransmisoraNombre Nº de aá. Efecto

Sustancia P 11 Dolor

Angiotensina II 8 Ansiedad

Encefalinas (ENK) 4 Control del dolor

Colecistoquinina(CCK) 8 Regulación del apetito

Beta-endorfina 31 Placer y analgesia

ESTRUCTURA PROTEICAESTRUCTURA PRIMARIAEs la secuencia ordenada y única de los aminoácidos en la cadena polipeptídica, la cual está determinada genéticamente.La estructura primaria es fundamental para la forma tridimensional que tendrá la proteína. Cualquier modificación en la secuencia de aminoácidos podría ocasionar un cambio en la estructura tridimensional y afectará la función biológica de la proteína.

Fig. 2.55 - Estructura primaria de las dos cadenas polipeptídicas que componen la insulina.

La estructura primaria es la secuencia lineal de aminoácidos, cada uno de los cuales está representado en el diagrama por un óvalo. La letra en el interior de los óvalos son los símbolos que indican el nombre de los aminoácidos. La insulina es una proteína muy pequeña.Debido a la posibilidad de combinar los aminoácidos en cualquier orden y cantidad es fácil comprender su versatilidad funcional.

Fig. 2.56 - Esquema de una proteína presentando regiones con estructura secundaria en a-Hélice, en Hoja b-Plegada y regiones con enroscamientos aleatorios. ESTRUCTURA SECUNDARIAA medida que la cadena de aminoácidos se va ensamblando, empiezan a tener lugar interacciones entre los diversos aminoácidos de la cadena. Pueden formarse puentes de hidrógeno entre el hidrógeno del amino de un aminoácido y el oxígeno del carboxilo de otro. A causa de estas uniones la cadena polipeptídica se pliega, adoptando dos posibles configuraciones espaciales que constituyen lo que se conoce como estructura secundaria de una proteína. Estas dos configuraciones son las llamadas a-hélice y b-hoja plegada. Estas conformaciones no son las únicas que pueden adoptar las proteínas ya que en realidad cada proteína adopta una forma característica que depende de la secuencia lineal. Sin embargo las configuraciones antes mencionadas son las más frecuentes. La a-hélice es un tipo de espiral cilíndrico estabilizado por puentes de hidrógeno intracatenario, mientras que la b-hoja plegada está formada por cadenas polipeptídicas paralelas, mantenidas por puentes de hidrógeno intercatenarios.Existen porciones de la cadena polipeptídica que no tienen estructura secundaria bien definida, y suelen denominarse enroscamientos aleatorios o ad randomLa proporciones de los distintos tipos de estructuras secundaria varían de una proteína a otra, sin embargo podemos decir que en la mayoría de las proteínas las formas a y b suelen constituir entre el 60 y el 70 % del polipéptido y un 30% conforman enroscamientos aleatoriosDiversas secciones consecutivas de estructuras secundarias con frecuencia constituyen una estructura estrechamente asociada, esto es reconocido como otro nivel de estructura proteica

que se denomina estructura supersecundaria. Existen varios ejemplos: el tipo b a b donde encontramos dos secuencias de b-plegada conectadas por una secuencia a.

Fig. 2.57 - Tipos de enlace que estabilizan la estructura terciaria de una proteínaDOMINIOSSe reconocen como agrupamientos aproximadamente esféricos con unos 50 a 150 aminoácidos que se forman por compactamiento local de la cadena polipeptídica. Una proteína de más de 200 aminoácidos en general contiene dos o tres dominios. Es difícil diferenciar la estructura supersecundaria del dominio, el dominio podría ser sólo una estructura supersecundaria o varias de ellas combinadas para dar un cúmulo compacto. El concepto de dominio es de utilidad ya que muchas proteínas distintas tienen dominios similares, de modo que parece ser que los dominios son unidades estructurales fundamentales, por ejemplo muchas proteínas distintas se enlazan con el NAD+ por medio de un dominio llamado pliegue de mononucleótido.

ESTRUCTURA TERCIARIADebido a la interacción de los grupos R, la cadena polipeptídica se pliega determinando una intrincada estructura tridimensional.En muchas proteínas la estructura terciaria le brinda a la proteína una forma globular, como por ejemplo en las enzimas, que son proteínas con función catalítica.Otras proteínas tienen estructura terciaria fibrosa y suelen tener largas hélices o extensas hojas plegadas. Estas proteínas fibrosas suelen tener función estructural como el colágeno.

El funcionamiento de las proteínas depende del plegamiento de sus moléculas que da lugar a configuraciones específicas y forma centros que pueden reconocer a la molécula con la cual la proteína se asocia o reacciona durante el metabolismo

Fig. 2.58- Estructura de la molécula de hemoglobina (estructura cuaternaria). Formada por 2 cadenas de a-hemoglobina y dos cadenas de b-hemoglobina.

ESTRUCTURA CUATERNARIAMuchas proteínas presentan este tipo de estructura, que es el grado máximo de organización proteica y consiste en dos o más cadenas polipeptídicas unidas generalmente mediante enlaces débiles.Estas proteínas se denominan oligoméricas o multiméricas y se las designa según el número de cadenas polipeptídicas que intervienen en la estructura cuaternaria. Por ejemplo, una proteína formada por cuatro subunidades es un tetrámero, como es el caso de la hemoglobina.Cada una de las subunidades proteícas, tienen su propia estructura terciaria. FUNCIONES BIOLÓGICAS DE LAS PROTEÍNASLas proteínas dirigen la totalidad de los procesos celulares, incluso su propia síntesis. Las funciones de mayor importancia de las proteínas en los seres vivos son:Función estructural, como el colágeno, la tubulina de los microtúbulos, las de las cápsides virales, etc. (Tabla 2.7).Las moléculas de colágeno son ejemplos típicos de las proteínas simples fibrosas. Son la clase de proteínas más abundantes de nuestro cuerpo, son componentes de la matriz extracelular del tejido conectivo, de modo que las podemos encontrar en tendones, ligamentos, membrana basal, etc.Aunque existen distintos tipos de colágeno que se diferencian en las secuencias de aminoácidos y en las proporciones con que se encuentran los mismos, podemos hacer una generalización acerca de su estructura. El colágeno es una proteína fibrosa que posee una estructura de orden superior. Esta formado por unidades compuestas por tres cadenas polipeptídicas de aproximadamente 1000 aminoácidos cada una. Un tercio de esos aminoácidos está constituido por la glicina, prolina e lisina hidroxiladas, constituyendo una estructura rígida. El procolágeno, su unidad precursora, es secretado por el fibroblasto a la matriz extracelular junto a dos enzimas. Estas enzimas catalizan la separación de los extremos de la molécula de procolágeno para producir la triple hélice de tropocolágeno. Las moléculas de

tropocolágena se asocian espontáneamente formando microfibrillas. Las microfibrillas se empaquetan unas junto a otras para formar fibras de colágeno maduro.Otro ejemplo de proteínas simples fibrosas lo constituyen las queratinas, que dan protección externa (piel, uñas, cabello, cuernos, etc.). Son producidas por las células epidérmicas. En su estructura secundaria es en gran parte a-hélice, en el caso particular de las queratinas del cabello encontramos en su estructura primaria un gran número de cisteínas ( en el R contienen grupos SH) lo que permite la formación de puentes disulfuro, que son uniones covalentes que se dan entre dos grupos SH y que estabilizan la estructura proteica. El calor o el tratamiento con determinados productos químicos pueden reducir los puentes disulfuro, o bien formar puentes nuevos, estirando u ondulando el cabello.

Tabla 2.7 - Algunas Proteínas Fibrosas y sus FuncionesProteína Origen Función

F-actina Intracelular, todas las células. Formación de microfilamentos en el citoesqueleto, movimiento contráctil.

Colágeno Matriz extracelular, huesos, piel, vasos sanguíneos.

Resistencia a la tensión.

Desmina Células musculares. Estructuras que sirven de armazón dentro de la célula.

Elastina Vasos sanguíneos, ligamentos. Elasticidad.

Fibroína Seda Fuerza sin flexibilidad.

Queratina Piel, cabello, etc. Intracelular. Estructuras protectoras, resistencia a la tensión de los epitelios.

Lamina Lamina nuclear. Estructural.

Esclerotina Exoesqueleto de los artrópodos. Rigidez

Espectrina Membrana de los eritrocitos. Se enlaza con la F-actina, lo que permite que la membrana sea flexible.

Función Reguladora: como las ciclinas que controlan el ciclo celular y los factores de transcripción que regulan la expresión de los genes.Función Motora: actina y miosina del músculo.Función de Transporte: Globulinas en general, hemoglobima, mioglobina y las lipoproteínas son algunos ejemplos.La hemoglobina y la mioglobina son proteínas globulares conjugadas, es decir que en su estructura encontramos a parte del polipéptido un grupo no proteico que en este caso corresponde al grupo Hemo.La mioglobina consta de una sola cadena polipeptídica asociada a un grupo hemo que es el responsable de la unión del oxígeno, en tanto que la hemoglobina está formada por cuatro cadenas polipeptídicas cada una con su correspondiente grupo hemo. Por lo tanto la hemoglobina presenta estructura cuaternaria lo que le permite variar su afinidad por él oxigeno, la cual se ve afectada por el pH sanguíneo, la temperatura y la concentración de 2,3 DGP (2,3- difosfoglicerato).Función de Reserva: La ovoalbúmina, componente principal de la clara de huevo o la gliadina del trigo.Función de Receptores: como las proteínas receptoras de membrana.

Función Enzimática: La enzimas catalizan todas las reacciones metabólicas. Dada su importancia biológica, este tema será tratado con más detalle en el próximo capítulo.Función de Defensa: Los anticuerpos son proteínas simples globulares y son sintetizadas por las células plasmáticas ( linfocitos B activados), son también conocidas como inmunoglobulinas o gamaglobulinas. Estas proteínas presentan gran diversidad ya que cada anticuerpo es específico para un determinado antígeno. Sin embargo, podemos mencionar que en general están compuestas por cuatro cadenas polipeptídicas dos contienen 220 aminoácidos (cadenas livianas) y las otras más largas con 440 aminoácidos cada una (cadenas pesadas).Función de mensajeros químicos: La mayor parte de las hormonas son proteínas o glucoproteínas. También ciertos aminoácidos, derivados de aminoácidos y oligopéptidos son neurotransmisores en el sistema nervioso.DESNATURALIZACIÓN DE LAS PROTEÍNASSe denomina así a la pérdida de la estructura tridimensional de las proteínas. Es decir su estructura secundaria, terciaria o cuaternaria si la tuviera. Son agentes desnaturalizantes el calor, ácidos y bases fuertes, radiaciones, etc.La desnaturalización no afecta la estructura primaria, estabilizada por enlaces covalentes. En condiciones extremas de pH y temperaturas se pueden llegar a romper los enlaces peptídicos de manera que se rompe la estructura primaria, este proceso se denomina hidrólisis.La desnaturalización proteica es útil desde el punto de vista clínico ya que con frecuencia es utilizada en distintos procedimientos. Un ejemplo lo constituye la esterilización de elementos quirúrgicos, en donde el calor destruye las proteínas de los microorganismos, lo mismo que algunos desinfectantes como el alcohol.

CUESTIONARIO DE AUTOEVALUACIÓN1. ¿Cuáles son los elementos más abundantes en los seres vivos?2. Describa brevemente la estructura de un átomo.3. ¿Cuál es la importancia del átomo del carbono?4. ¿Qué tipos de uniones químicas conoce? Menciones ejemplos de importancia biológica.5. ¿Qué características del agua son consecuencia de la formación de puentes de

hidrógeno entre sus moléculas.6. Mencione tres iones de importancia biológica, describiendo sus funciones.7. ¿Cuál es la diferencia estructural entre la amilosa y la amilopectina? ¿ Cuál es la

diferencia entre amilopectina y el glucógeno?8. ¿Qué entiende por unión glucosídica?9. ¿Qué es un oligosacárido de membrana? ¿Qué función cumple? ¿Cuál es su

importancia?10. Desde el punto de vista energético ¿Cuál es la diferencia entre glucosa y el almidón?

11. Si una persona consume una dieta rica en hidratos de carbono con más calorías que las que necesita, los hidratos de carbono se transforman en triglicéridos. ¿Por qué? ¿cuáles son las ventajas de este mecanismo?

12. La molécula de colesterol ¿es antipática?13. ¿Qué lípidos son importantes como constituyente de las membranas? ¿ Qué

característica en común presentan ? (realice un esquema)14. ¿Qué molécula esteroide es la precursora de las hormonas sexuales? 15. Mencione un lípido con función estructural, uno con función de reserva y otro con función

hormonal.9. ¿Cuáles son las fuerzas que intervienen en el mantenimiento de la estructura

tridimensional de una proteína? 10. Escriba la estructura general de un aminoácido. ¿Cuál es la importancia del grupo R en la

estructura de las proteínas?11. ¿Qué entiende por estructura primaria?12. ¿Qué tipos de aminoácidos conoce, en que se basa esa clasificación?13. ¿Qué estructuras se ven afectadas durante la desnaturalización proteica?14. ¿Qué proteínas con función estructural puede mencionar?15. ¿Todas las proteínas poseen estructura cuaternaria?16. ¿Qué determina la forma tridimensional de una proteína?

PREGUNTAS DE OPCIÓN MULTIPLE1. Las uniones puente de hidrógeno: a.       son un tipo de unión iónica. b.       se dan solo entre las moléculas de agua. c.       se establecen cuando se crean polaridades momentáneas. d.       el hidrógeno comparte sus electrones con elementos electropositivos. e.       ninguna es correcta.4. La glucosa: a.       es una hexosa. b.       es el monómero que constituye la molécula de almidón. c.       es el monómero que constituye todos los polisacáridos d.       a y b son correctas. e.       todos son correctas.5. La estructura y función del glucógeno y la celulosa son respectivamente:  a.       lineal con función estructural en ambos casos.  b.       ramificadas con función estructural en ambos casos.  c.       lineal con función energética y ramificada con función estructural.d.       ramificada con función energética y ramificada con función estructural.e.       ramificada con función energética y lineal con función estructural.6. Un mucopolisacárido:  a.       forma parte de la matriz del tejido conectivo b.       está formado por azúcares derivados  c.       es un heteropolisacárido d.       todas son correctas. e.       ninguna es correcta.7. La unión glucosídica ocurre entre:  a.       dos grupos aldehídos.   b.       dos grupos cetonas. 

c.       un grupo aldehído y un grupo hidróxilo.  d.       un grupo cetona y un hidróxilo.  e.       dos grupos hidróxilos.8. Las esfingomielinas:a.       son anfipáticasb.       están formadas por glicerol, ácidos grasos y ácido fosfóricoc.       presentan una unión de tipo amida ácido graso y glicerold.       constituyen una reserva energéticae.       posee una estructura isoprenoide9. El calcitriol interviene: a.       en el ciclo de la visiónb.       en la coagulación sanguíneac.       en el metabolismo del calciod.       en los procesos de oxidación de los lípidos de membranae.       ninguna es correcta10. Las sales biliares:a.       poseen un núcleo ceramidab.       derivan del colesterolc.       son consideradas hormonasd.       a y b son correctase.       b y c son correctas11. Los ácidos grasos son: a.       solubles en aguab.       combustibles celularesc.       los monómeros que forman la molécula de colesterold.       son de cadena cortae.       todas son correctas7.   La unión peptídica se produce entre:

a.   el grupo alcohol de un monosacárido y el grupo ácido de un ácido graso b.   el grupo amino de un aminoácido y el grupo ácido del mismo aminoácido c.   el grupo amino de un aminoácido y el grupo ácido de otro d.   el grupo amino de un aminoácido y el grupo fosfato e.   ninguna es correcta