Proteínas y Aminoácidos

Composición química y clasificación de las proteínas.
Las proteínas son los materiales que desempeñan un mayor número de funciones en las células de todos los seres vivos. Por un lado, forman parte de la estructura básica de los tejidos (músculos, tendones, piel, uñas, etc.) y, por otro, desempeñan funciones metabólicas y reguladoras (asimilación de nutrientes, transporte de oxígeno y de grasas en la sangre, inactivación de materiales tóxicos o peligrosos, etc.). También son los elementos que definen la identidad de cada ser vivo, ya que son la base de la estructura del código genético (ADN) y de los sistemas de reconocimiento de organismos extraños en el sistema inmunitario.
Son macromoléculas orgánicas, constituidas básicamente por carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N); aunque pueden contener también azufre (S) y fósforo (P) y, en menor proporción, hierro (Fe), cobre (Cu), magnesio (Mg), yodo (I), etc...
Estos elementos químicos se agrupan para formar unidades estructurales llamados AMINOÁCIDOS, a los cuales podríamos considerar como los "ladrillos de los edificios moleculares proteicos".
Se clasifican, de forma general, en Holoproteinas y Heteroproteinas según estén formadas respectivamente sólo por aminoácidos o bien por aminoácidos más otras moléculas o elementos adicionales no aminoacídicos.

Los aminoácidos. ¿Que Son Los Aminoácidos?
Son sustancias cristalinas, casi siempre de sabor dulce.
Los aminoácidos se caracterizan por poseer un grupo carboxilo (-COOH) y un grupo amino (-NH2).

Los aminoácidos son las unidades elementales constitutivas de las moléculas denominadas Proteínas. Son pues, y en un muy elemental símil, los "ladrillos" con los cuales el organismo reconstituye permanentemente sus proteínas específicas consumidas por la sola acción de vivir. Los alimentos que ingerimos nos proveen proteínas. Pero tales proteínas no se absorben normalmente en tal constitución sino que, luego de su desdoblamiento ("hidrólisis" o rotura), causado por el proceso de digestión, atraviesan la pared intestinal en forma de aminoácidos y cadenas cortas de péptidos. Esas sustancias se incorporan inicialmente al torrente sanguíneo y, desde allí, son distribuidas hacia los tejidos que las necesitan para formar las proteínas, consumidas durante el ciclo vital.
Se sabe que de los 20 aminoácidos proteicos conocidos, 8 resultan indispensables (o esenciales) para la vida humana y 2 resultan "semiindispensables". Son estos aminoácidos los que requieren ser incorporados al organismo en su cotidiana alimentación y, con más razón, en los momentos en que el organismo más los necesita: en la disfunción o enfermedad. Los aminoácidos esenciales más problemáticos son el triptófano, la lisina y la metionina. Es típica su carencia en poblaciones en las que los cereales o los tubérculos constituyen la base de la alimentación. Los déficit de aminoácidos esenciales afectan mucho más a los niños que a los adultos.
Hay que destacar que, si falta uno solo de ellos (aminoácido esenciales) no será posible sintetizar ninguna de las proteínas en la que sea requerido dicho aminoácido. Esto puede dar lugar a diferentes tipos de desnutrición, según cual sea el aminoácido limitante.
En esta imagen puede verse la fórmula de los 20 aminoácidos más importantes , en color negro la parte común, mientras que en color azul puede verse la parte variable, que da a los aminoácidos distinto comportamiento.

Los péptidos y el enlace peptídico.
Los péptidos están formados por la unión de aminoácidos mediante un enlace peptídico. Es un enlace covalente que se establece entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino del siguiente, dando lugar al desprendimiento de una molécula de agua.


Así pues, para formar péptidos los aminoácidos se van enlazando entre sí formando cadenas de longitud y secuencia variable. Para denominar a estas cadenas se utilizan prefijos convencionales como:
Oligopéptidos.- si el n º de aminoácidos es menor de 10.
Dipéptidos.- si el n º de aminoácidos es 2.
Tripéptidos.- si el n º de aminoácidos es 3.
Tetrapéptidos.- si el n º de aminoácidos es 4.
etc...
Polipéptidos o cadenas polipeptídicas.- si el n º de aminoácidos es mayor de 10.
Cada péptido o polipéptido se suele escribir, convencionalmente, de izquierda a derecha, empezando por el extremo N-terminal que posee un grupo amino libre y finalizando por el extremo C-terminal en el que se encuentra un grupo carboxilo libre, de tal manera que el eje o esqueleto del péptido, formado por una unidad de seis átomos (-NH-CH-CO-), es idéntico a todos ellos. Lo que varía de unos péptidos a otros, y por extensión, de unas proteínas a otras, es el número, la naturaleza y el orden o secuencia de sus aminoácidos.
Si la hidrólisis de una proteína produce únicamente aminoácidos, la proteína se denomina simple. Si, en cambio, produce otros compuestos orgánicos o inorgánicos, denominados grupo prostético, la proteína se llama conjugada.

Lípidos (2a lectura)

Los lípidos son un grupo heterogéneo de compuestos que poseen una consistencia grasosa o aceitosa: siendo insolubles en agua.

Al igual que los carbohidratos, se componen de átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno, pero tienen menos oxígeno, en relación al carbono e hidrógeno, que los carbohidratos.
Los átomos de oxígeno son característicos de los grupos funcionales hidrófilos (afines al agua), por lo que los lípidos, con su escaso oxígeno, son menos solubles en agua que la mayor parte de los carbohidratos; de hecho, tienden a ser hidrófobos (que repelen el agua). Entre los lípidos de importancia biológica se encuentran las grasas neutras, fosfolípidos, esteroides, carotenoides (pigmentos rojo y amarillo de las plantas) y ceras. Los lípidos son un combustible biológico importante, sirven de componentes estructurales de las membranas celulares y algunos son hormonas importantes.

Grasas neutras
Los lipidos más abundantes en los seres vivos son las grasas neutras. Estos compuestos producen más del doble de energía, por gramo, que los carbohidratos, por lo que son una forma económica de almacenamiento de reservas alimenticias. Ciertas enzimas transforman los carbohidratos y proteínas en grasas, después de lo cual se almacenan dentro de las células del tejido adiposo.
glicerolUna grasa neutra consta de glicerol y una, dos o tres moléculas de ácido graso. El glicerol es un alcohol de tres carbonos que contiene tres grupos -OH. Un ácido graso es una larga cadena de átomos de carbono con un grupo carboxilo (-COOH) en su extremo. Existen unas 30 variedades diferentes de ácidos grasos en los lípidos de los animales; dichos ácidos suelen tener un número par de átomos de carbono. Por ejemplo el ácido butírico, presente en la manteca, tiene cuatro átomos de carbono; el ácido oleico, ácido graso más ampliamente distribuido en la naturaleza, cuenta con 18 átomos de ese elemento.

Los ácidos grasos saturados contienen el máximo número posible de átomos de hidrógeno, mientras que los ácidos grasos insaturados contienen átomos de carbono unidos por dobles enlaces; es decir, no están completamente saturados con hidrógenos. Los ácidos grasos que presentan vanos dobles enlaces se llaman ácidos grasos poliinsaturados. Las grasas que contienen ácidos grasos insaturados son los aceites, la mayoría de los cuales son líquidos a temperatura ambiente. Las grasas que contienen ácidos grasos saturados son sólidos a temperatura ambiente. La mantequilla y la grasa animal son dos ejemplos. Por lo menos hay dos ácidos grasos (linoleico y araquidónico) que son nutrientes esenciales, necesarios en la dieta.
Los animales pueden sintetizar ácido oleico, pero no linoleico, por lo que este resulta esencial.
Cuando una molécula de glicerol se combina químicamente con un ácido graso, el resultado es un monoacilglicerol (también llamado monoglicérido). Cuando se combinan dos ácidos grasos con una molécula de glicerol, lo que se forma en un diacilglicerol (o diglicérido); cuando se combinan tres ácidos grasos con una molécula de glicerol se produce un triacilglicerol (o triglicérido). Al combinarse con el glicerol, el carboxilo terminal del ácido graso se fija a uno de los grupos -OH, formándose un enlace covalente llamado éster. En la reacción global que produce una grasa, el equivalente de una molécula de agua se desprende por cada ácido graso que reacciona con el glicerol.. Durante la digestión, las gasas neutras son hidrolizadas para volver a formar los ácidos grasos que las constituyen y el glicerol original.

Fosfolípidos
Los fosfolípidos representan un importante tipo de lípidos denominados lípidos anfipáticos, los cuales forman las membranas celulares. En las moléculas anfipáticas un extremo es hidrófilo y el otro es hidrófobo.
Un fosfolípido consta de una molécula de glicerol unida a dos ácidos grasos y a un radical fosfato (ácido fosfatídico), que a su vez se enlaza mediante una unión éster con un aminoalcohol, como la colina, la etanolamina o la serina (que además es un aminoácido), o un polialcohol como el glicerol o el inositol.
Los dos extremos de una molécula de fosfolípido son diferentes física y químicamente. La porción correspondiente al ácido graso es hidrófoba (que repele el agua), por lo que no es hidrosoluble; sin embargo, la porción formada por el glicerol y la base orgánica está ionizada y es muy hidrosoluble. Se dice que este último extremo de la molécula es hidrofílico (afín al agua). Las propiedades anfipáticas de estas moléculas lipídicas y su geometría hacen que adopten cierta configuración en presencia de agua, ya que los extremos hidrófilos solubles en agua quedan hacia afuera, interactuando con el agua circundante. Los extremos hidrófobos se orientan en el sentido opuesto. La membrana celular es una bicapa lipídica (dos capas de fosfolípidos) cuyas moléculas tienen los extremos hidrófobos hacia el centro y las cabezas hidrófilas hacia el lado externo de la superficie de la membrana.

Carotenoides
Los pigmentos vegetales rojo y amarillo denominados carotenoides se clasifican con los lípidos porque son insolubles en agua y su consistencia es aceitosa. Dichos pigmentos, presentes en las células de todas las plantas, tienen cierta función en la fotosíntesis y el fototropismo. Dichos compuestos están formados por subunidades de cinco carbonos, conocidas como unidades de isopreno.
Si se parte a la mitad una molécula del pigmento vegetal amarillo caroteno, lo que se obtiene es una molécula de vitamina A, o retinol. La sustancia fotosensible presente en las células de la retina del ojo es el retinal, un derivado de la vitamina A. En presencia de luz, el retinal experimenta una reacción química a través de la cual se reciben los estímulos de la luz.
Es interesante notar que los fotorreceptores u ojos aparecieron por evolución, independientemente, en tres diferentes líneas de animales: moluscos, insectos y vertebrados. Estos organismos carecen de un ancestro común dotado de ojos, y sin embargo los ojos de todos ellos tienen el mismo compuesto, el retinal, como mecanismo de recepción de la luz. El hecho de que el retinal esté presente en cada uno de esos tipos de ojos es resultado de una aptitud única de esta molécula para el proceso de recepción de la luz.

Esteroides
Aunque se clasifican junto con los lípidos, su estructura es muy diferente a la de éstos. Una molécula de esteroide tiene sus átomos de carbono dispuestos en cuatro anillos entrelazados; tres de los anillos contienen seis átomos, mientras que el cuarto sólo tiene cinco. La longitud y estructura de las cadenas laterales que parten de esos anillos establecen la diferencia entre un tipo de esteroide y otro. Los esteroides se sintetizan a partir de unidades de isopreno.
Entre los esteroides de mayor importancia biológica cabe mencionar el colesterol, las sales biliares, las hormonas sexuales masculinas y femeninas, y las hormonas secretadas por la corteza suprarrenal.
El colesterol es un componente estructural de las membranas celulares animales. Las sales biliares emulsifican las grasas en el intestino, y así pueden hidrolizarse por medios enzimáticos. Las hormonas esteroides regulan ciertas fases del metabolismo de una gran variedad de animales, incluyendo los vertebrados, insectos y crustáceos. En la figura puede verse la estructura de la testosterona, hormona sexual masculina.

Esfingolípidos
Son derivados de la esfingosina o 4-esfingenina, que deriva del ácido palmítico y la serina; es un aminoalcohol insaturado de cadena larga. Si el alcohol está esterificado con fosforilcolina estamos en presencia de la esfingomielina, que forman parte de las membranas de las células nerviosas. Si en lugar de fosforilcolina hay carbohidratos, los productos se denominan cerebrósidos (gluco- o galactocerebrósidos) o gangliósidos (además de monosacáridos tienen ácido siálico, que es el N-acetilneuramínico). Los cerebrósidos y gangliósidos están también presentes en células nerviosas y por tener glúcidos deberían ser consideradas también como glicolípidos. En este sentido también cabe mencionar a los glicolípidos presentes en las membranas de los cloroplastos, que en realidad son glicéridos en los que un ácido graso está reemplazado por una o dos unidades de galactosa, en las cuales el hidroxilo alcohólico del C6 puede estar esterificado con ácido sulfúrico, formando un grupo sulfónico.

Liproproteínas
Los lípidos en los animales no son transportados en forma libre, sino asociados a proteínas diversas, como quilomicrones (Mw 109-10, 2% de proteína, 90% de glicéridos), lipoproteínas de baja densidad (LDL, 25% de proteína, Mw 106) o de alta densidad (HDL, 50% de proteína, Mw 105). También hay lipoproteínas en las membranas de mitocondrias, retículo endoplásmico y núcleo, entre otras.

BIBLIOGRAFÍA
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Lípidos

LÍPIDOS

Los lípidos son biomoléculas orgánicas formadas básicamente por carbono e hidrógeno, y oxígeno. Además pueden contener fósforo, nitrógeno y azufre. Es un grupo de sustancias muy heterogéneo que sólo tienen en común dos características:

a) Son insolubles en agua
b) Son solubles en disolventes orgánicos, como éter, cloroformo, benceno, etc.

Los lípidos desempeñan cuatro tipos de funciones:
Función de reserva: Son la principal reserva energética del organismo. Un gramo de grasa produce 9.4 kilocalorías en las reacciones metabólicas de oxidación, mientras que las proteínas y glúcidos solo producen 4.1 kilocalorias/g.
Función estructural: Forman las bicapas lipídicas de las membranas. Recubren órganos y le dan consistencia, o protegen mecánicamente como el tejido adiposo de pies y manos.
Función biocatalizadora: En este papel los lípidos favorecen o facilitan las reacciones químicas que se producen en los seres vivos. Cumplen esta función las vitaminas lipídicas, las hormonas esteroideas y las prostaglandinas.
Función transportadora: El transporte de lípidos desde el intestino hasta su lugar de destino se realiza mediante su emulsión gracias a los ácidos biliares y a las prostaglandinas.

Los constituyentes de los lípidos son los ácidos grasos que desde el punto de vista biológico se consideran moléculas formadas por una larga cadena hidrocarbonada de tipo lineal y con un número par de átomos de carbono. Tienen en un extremo de la cadena un grupo carboxilo (-COOH). Se conocen aproximadamente 70 ácidos grasos que se pueden clasificar en dos grupos:
Ácidos grasos saturados que solo tienen enlaces simples entre los átomos de carbono, por ejemplo el mirístico (14C); el palmítico (16C) y el esteárico (18C).
Ácidos grasos insaturados tienen uno o varios enlaces dobles en su cadena y sus moléculas presentan codos, con cambios de dirección en los lugares donde aparece un doble enlace, por ejemplo el oleico (18C, un doble enlace) y el linoléico (18C), que se encuentran en aceites vegetales de oliva, maíz, soya, girasol etc.

Los lípidos son una gran variedad de moléculas, que comparten dos características importantes:
a) Contienen grandes regiones compuestas casi por completo de H y C, con enlaces no polares de carbono-carbono de carbono-hidrógeno.
b) Estas regiones no polares hacen que los lípidos sean hidrofóbicos e insolubles en agua. Algunos lípidos más complejos cumplen funciones importantes en los seres vivos, como los fosfolípidos, formadores de membrana celular o los esteroides, que derivan en hormonas y vitaminas liposolubles.
Muchos lípidos son moléculas de almacenamiento de energía.
Algunos forman capas a prueba de agua tanto en plantas como animales.
Otros forman capas aislantes de temperatura, se encuentran bajo la piel.
Otros más forman la parte principal de todas las membranas de la célula.
Algunos más actúan como hormonas.



CLASIFICACIÓN DE LOS LÍPIDOS
Los lípidos se clasifican en tres grupos importantes:
Lípidos simples: Aceites, grasas y ceras. Solo contienen carbono, hidrógeno y oxigeno.
Lípidos compuestos: Los fosfolípidos contienen un grupo fosfato (-PO4-) y con frecuencia se agrega otro grupo con nitrógeno.
Derivados de los lípidos: Hormonas, esteroides y vitaminas liposolubles.

DIGESTIÓN GASTROINTESTINAL DE LOS LÍPIDOS
Entre los lípidos que se consumen en la dieta los de más difícil digestión son los triglicéridos. En términos generales, estos empiezan su digestión en el intestino, allí los triglicéridos son atacados por los jugos intestinal pancreático y la bilis.
El jugo pancreático contiene la enzima “lipasa pancreática” cuyo papel es hidrolizar cerca del 40% de los triglicéridos del quimo, desdoblándolos en sus ácidos grasos constitutivos y glicerol (como el medio es alcalino, realmente se forman las sales de los ácidos). También contiene bicarbonato de sodio en cantidad abundante, esta base se combina con el ácido clorhídrico que impregna el quimo proveniente del estomago para neutralizarlo. Las sales biliares también participan activamente en el proceso de absorción de los lípidos.

METABOLISMO DE LOS LÍPIDOS EN EL HÍGADO
Al igual que en el caso de los carbohidratos, el papel del hígado en el metabolismo de los lípidos es de vital importancia. El hígado es capaz de transformar las grasas en sustancias que puedan utilizarse en diversos procesos metabólicos. Algunos de estos son la formación de grasas insaturadas a partir de las saturadas; la síntesis de colesterol, un precursor de hormonas y de otras sustancias que participan en procesos de regulación; la síntesis de fosfolípidos, moléculas estructurales de tejidos y el catabolismo de los ácidos grasos para la obtención de energía.
Uno de los procesos mencionados, más estudiados por la bioquímica, es el catabolismo u oxidación de los ácidos grasos. Este proceso consiste en una cadena de reacciones que conllevan a la degradación periódica de la cadena hidrocarbonada del ácido hasta obtener fragmentos de dos átomos de carbono que son los mismos sustratos del ciclo de Krebs en la oxidación aeróbica de la glucosa. El resultado final es la obtención de una alta cantidad de energía en forma de ATP.