Biomoléculas: Proteínas y Lípidos

PROTEÍNAS

Constituyen la materia fundamental de los seres vivos aproximadamente el 50% del peso seco total y se puede afirma que toda actividad vital está ligada  a la presencia de las proteínas.

El termino proteína proviene de griego “proteios” que significa lo primero y fue sugerido por Berzeluis en 1838.

Estos compuestos nitrogenados son los sólidos más abundantes del protoplasma celular, contiene cientos de proteínas distintas, encargadas del metabolismo y estructura celular.

Composición química                                

Están constituidas por 5 elementos básicos: CHON, elementos como P, I y Fe son esenciales para formar algunas proteínas especializadas como la caseína de la leche que contiene P, la glándula tiroides que para su buen funcionamiento necesita I, y el Fe indispensable para formar hemoglobinas.

Las proteínas son polímeros naturales formados por monómeros que reciben el nombre de aminoácidos ( a.a) y que se forma a partir de los elementos básicos: CHON. Todas las proteínas, incluso las que aparecen en los organismos primitivos, están constituidas a partir del mismo conjunto básico de 20 a.a, unidos covalentemente y formando secuencias especificas.

Las proteínas están en todos los seres vivos adoptando un sin número de mascaras diferentes y son los cromosomas, con las instrucciones precisas del DNA, que dirigen y controlan la producción de todas las proteínas.

Las proteínas están formadas por largas cadenas de a.a y aunque son 20 tipos diferentes de a.a (con los cuales las células humanas pueden formar 100000 proteínas diferentes) todos poseen la misma configuración química en un determinado sitio de la molécula.

El enlace químico que resulta de la unión de dos a.a se llama enlace peptídico, estos enlaces se forman entre el grupo amino de a.a y el grupo carboxilo del siguiente, con la perdida de una molécula de agua.

De los 20 a.a que se han encontrado en las proteínas, hay algunas que se denominan aminoácidos esenciales, que deben ser proporcionados en la dieta de animales o del ser humano, porque a estos a.a no los pueden sintetizar el organismo, como sucede con los a.a  no esenciales.

Todos los organismos vivos construimos nuestras proteínas a partir de los siguientes a.a:

·  ·        Glicina

·        Alanina

·        Valina

·        Serina

·        Treonina

·        Ácido aspartico

·        Asparagina

·        Ácido glutamico

·        Leucina

·        Isoleucina

·        Cistina

·        Cisteína

·        Metionina

·        Lisina

·        Arginina

·        Fenilalanina

·        Tirosina

·        Triptófano

·        Histidina

·        Prolina

1.- Aminoácidos: esquematización, switterion, enlace peptídico

Esquematización

Switterion

Un zwitterion es un aminoácido en el cual la suma de sus cargas eléctricas es igual a cero y esto se debe a que el grupo del ácido carboxílico (que tiene una carga negativa) cede uno de sus protones (un ión hidrógeno) al grupo amino, formándose un grupo aminio. La presencia de una carga en el aminoácido, los hace solubles al agua.

 Enlace peptídico

a)   Un enlace peptídico es un enlace covalente formado por condensación.

 b) Los polipéptidos son polímeros de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos, en los que el grupo amino de un ácido se une al grupo carboxilo de su vecino. La cadena polipeptídica que se muestra contiene solamente seis aminoácidos, pero algunas cadenas pueden contener hasta 1.000 monómeros de aminoácidos

2.- Estructura primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria de una proteína

La estructura de una proteína determina su actividad biológica y está dada principalmente por el número y disposición de los aminoácidos. De acuerdo a esto se clasifica en 4 categorías:

Estructura primaria: está representada por la sucesión de aminoácidos que forman una cadena peptidica. Esta sucesión de aminoácidos es específica y determina cada tipo de proteínas. Generalmente la estructura primaria adopta formas lineales con cadenas sencillas de a.a.

Ø Estructura secundaria: es la disposición que adopta la estructura primaria, cuando la molécula de proteína es tan larga que pares de la cadena se atraen unas con otras, haciendo que la molécula se tuerza sobre sí misma, adoptando una forma helicoidal o espiral y, manteniendo su forma mediante ligaduras de hidrogeno. Esta estructura son llamadas también proteínas fibrosas.

Estructura terciaria: privativa de las proteínas globulares, es el resultado de súper plegamientos de las estructuras secundarias, dadas principalmente por enlaces de disulfuro.

Ø Estructura cuaternaria: es la alcanza las proteínas de elevado peso molecular, formadas por la agrupación de varias cadenas polipeptidas que ya han adquirido la estructura terciaria.

3.- Tipos: simples y conjugadas –Gluco, lipo, núcleo, métalo y cromoproteínas (nivel grupo prostético y ejemplos)

PROTEÍNAS CONJUGADAS
CLASE	DEFINICIÓN	GRUPO PROTÉTICO	EJEMPLOS
Glucoproteinas	Moléculas formadas por una fracción glucídica y una fracción proteica unidas por enlaces covalentes	Carbohidratos	Ribonucleasa Anticuerpos Mucoproteínas
Lipoproteínas	Complejos macromoleculares esféricos formados por un núcleo que contiene lípidos apolares y una capa externa polar	Lípidos	Lipoproteinas de alta densidad Lipoproteinas de baja densidad Lipoproteinas de muy baja densidad
nucleoproteínas	Proteínas asociadas con un ácido nucleico	Ácidos nucleídos	Telomerasa protamina
cromoproteínas	Poseen como grupo prostélico una sustancia coloreada. También llamados pigmentos	Grupos coloreados: riboflavina, hemo, etc.	Hemoglobina
metaloproteinas	Poseen un ion metálico, sirven como enzimas, transportes y señalizadores.	Iones metálicos	Firritina(Fe), deshidrogenasa alcoholica (Zn)

PROTEÍNAS SIMPLES
CLASE	DEFINICION	EJEMPLOS
Globulinas	Insolubles en agua, pero solubles en soluciones salinas diluidas con fuertes ácidos y sus bases.	Lactoglobulina de la leche y ovoglobulina
Albúminas	Solubles en agua, se encuentran en todas las células del cuerpo y en el torrente sanguineo	Lacto albúminas seroalbúminas
Glutelinas	Solubles en ácidos diluidos y en álcalis.	Glutenina (trigo), orizanina (arroz)
prolaminas	Solubles en un 70 u 80 % de alcohol.	Fliadin de trigo Zeína de maíz
Protaminas	Solubles en agua y en poli péptidos básicos  de bajo peso molecular	Salmina (salmon) Esturina(esturiones)
Histonas	Proteínas solubles en agua en la que los ácidos básicos aminados son predominantes.	Arginina y lisina

4.- Clasificación basada en funciones en seres vivos: proteínas estructurales, almacenadoras, de transporte, hormonas, contráctiles, protectoras, toxinas, enzimas.

Funciones de las proteínas

Las proteínas llevan a cabo un gran número de funciones dentro de las células. De las cuales se pueden agrupar en:

a)   Estructurales: las proteínas son moléculas gigantes que constituyen el material estructural de los tejidos, algo así como los ladrillos de un edificio.

b)   De transporte: una proteína d3 la sangre, la hemoglobina, hace posible la respiración gracias a que transporta el oxigeno.

c)   Hormonales: actúan como reguladoras de procesos metabólicos como la insulina y la hormona del crecimiento.

d)   Inmunológicas: los anticuerpos que nos defienden de la acción de agentes patógenos extraños, son también proteínas.

e)   Contráctiles: en los músculos un tipo especial de proteínas (actina y miosina) permiten su contracción y dilatación, lo que hace posible el trabajo muscular.

f)    tóxicas o toxinas: se encuentran en el veneno de los reptiles ponzoñosos que son la causa de la toxicidad de aquél para el sistema nervioso de los mamíferos, provocando enfermedades como la toxina de cólera, producida por bacterias patógenas.

g)   Enzimática: en donde casi todas las reacciones químicas en los sistemas biológicos están catalizadas por macromoléculas llamadas enzimas

h)   Protección: inmune ya que los anticuerpos son proteínas altamente específicas que reconocen y se combinan con sustancias extrañas como los virus, bacterias y las células de otros organismos.

LÍPIDOS

Los lípidos son biomolecular orgánicas conformadas por carbono e hidrogeno, en menor proporción, aunque también fosforo, nitrógeno y azufre. Se refiere a cualquier sustancia apolar natural que sea en parte o del todo insoluble en agua pero soluble en disolventes apolares como cloroformo, éter o etanol caliente.

1.  CLASIFICACIÓN

LÍPIDOS
SAPONIFICLABLES	NO SAPONIFICABLES
·        Ácidos grasos ·        Grasas neutras (Acil‐gliceridos) ·        Céridos ·         Lípidos complejos o de membrana (glicerolípidos y esfingolípidos) ·          Eicosanoides (Prostaglandinas, etc.)	·        Terpenos (o isoprenoides) ·         Esteroides

LÍPIDOS SAPONIFICABLES:

Céridos

Los céridos, también llamados ceras, son ésteres de los ácidos grasos con alcoholes monohidroxílicos de cadena larga (16 a 30 átomos de carbono), que también se denominan alcoholes grasos. El éster formado por el ácido palmítico (16 C) y el triacontanol (alcohol graso de 30 C) es el componente principal de la cera que fabrican las abejas. En la Figura se representa la reacción de esterificación mediante la cual se obtiene un cérido a partir de un ácido graso y un alcohol graso.

• Se forman por la unión de un ácido graso de cadena larga (de 14 a 36 carbonos) con un monoalcohol‐él también es de cadena larga (de 16 a 30 carbonos) mediante un enlace éster • Sus funciones habituales son la protección e impermeabilización (del exoesqueleto,    la piel, plumas, pelo, recubrimiento de hojas..).

Al igual que los triacilglicéridos, los céridos son sustancias netamente hidrofóbicas y por lo tanto insolubles en agua. Esta insolubilidad en agua junto con su elevada consistencia constituye la base físico-química de su principal función biológica que consiste en actuar como sustancias impermeabilizantes. Así, ciertas glándulas de la piel de los vertebrados secretan ceras para proteger el pelo y la piel manteniéndolos flexibles, lubricados e impermeables; los pájaros, especialmente las aves acuáticas, secretan ceras gracias a las cuales sus plumas pueden repeler el agua; en muchas plantas, sobre todo las que viven en ambientes secos, las hojas y los frutos están protegidas contra la excesiva evaporación de agua por películas céreas que les dan además un aspecto brillante característico. Por otra parte, algunos microorganismos utilizan céridos como material de reserva energética. Las ceras naturales tienen diversas aplicaciones en las industrias farmacéutica y cosmética.

Grasas neutras (Acilglicéridos y triglicéridos):

 · Son esteres de un trialcohol (glicerina) y de uno a tres ácidos grasos (monoacilglicéridos (monoglicéridos), diacilglicéridos (diglicéridos) y triacilglicéridos (triglicéridos)).

· Mono y digléceridos tienen carácter débilmente antipático, los triglicéridos no lo tienen (son muy hidrofóbicos).

· Sus funciones principales son combustibles energéticos y como reserva de energía (almacenan   mucha energía en poco peso (más que glúcidos y proteínas))

· También tienen función protectora (térmica, mecánica..) Dependiendo del número de instauraciones en las cadenas de ácidos grasos los acilglicéridos pueden ser sólidos, semilsólidos o líquidos a temperatura ambiente, según esto se clasifican en:  

· Sebos y mantecas: sólidos a temperatura ambiente,    los ácidos grasos que lo componen son saturados (las mantecas son semisólidas, “más blandas”). En los animales de sangre fría y en los vegetales hay aceites, y en los animales de sangre caliente hay sebos. 

  · Aceites: líquidos a temperatura ambiente, los ácidos grasos que lo componen son insaturados. Por hidrogenación, los ácidos grasos insaturados de los aceites pierden sus dobles enlaces y se saturan, por lo cual el aceite pasa a estado sólido. Esta propiedad se utiliza en la industria para fabricar mantequillas a partir de aceites.

LÍPIDOS INSAPONIFICABLES:

 Esteroides y terpenos (o isoprenoides) no realizan la reacción de saponificación

Terpenos o Isoprenoides  

 Se forman por la unión de unidades múltiples del isopreno (hidrocarburo de cinco átomos de carbono). Pueden formar moléculas lineales o cíclicas.   La clasificación de los terpenos se basa en el número de monómeros de isopreno que forman la molécula:

• monoterpenos (2 monómeros de isopreno): en las esencias vegetales (olor y sabor). Ej: el mentol de la menta, el limoneno del limón y el geraniol del geranio

• Sesquiterpenos (3 monómeros)

• Diterpenos (4): Ej: el fitol, alcohol que forma parte de la clorofila, y por las vitaininas A, E y K o el retinal (derivado de la vit A esencial para la visión).

Triterpenos (6),

 • Tetraterpenos (8): Ej carotenoides (b‐caroteno…), pigmentos fotosintéticos precursores de la vitamina A. • Politerpenos (más de 8 monómeros de isopreno): Ej: el caucho (polimero de miles isoprenos)

Esteroides

 Los esteroides son lípidos que derivan del esterano (o ciclopentano perhidrofenantreno, un esqueleto carbonado de cuatro ciclos, formado a su vez por la repetición de muchos isoprenos).

2.- ESTRUCTURA GENERAL DE UN ÁCIDO GRASO Y ESQUEMATIZACIÓN

ÁCIDOS GRASOS

Un ácido graso es un ácido de cadena larga de tipo lineal con un número par de átomos de carbono, teniendo en un extremo de la cadena un grupo carboxílico (-COOH)

3.- TIPOS DE ÁCIDOS GRASOS (SATURADOS, INSATURADOS)

Los ácidos grasos saturados son aquellos ácidos que en su cadena hidrocarbonada los enlaces entre  cada átomo de carbono son simples, es decir sin ningún enlace doble ni triple, lo que significa que su estructura de la molécula es rectilínea. Algunos ejemplos de los ácidos saturados son: ácido palmítico, ácido esteárico, ácido mirístico y acido lignocérico.

Los ácidos grasos insaturados son aquellos que presentan en su estructura entre los enlaces carbono-carbono como mínimo un doble enlace, dos, o triples enlaces. Este tipo de ácido pueden presentar hasta 6 insaturaciones, como es el caso del acido docosahexaenoico DHA. Por presentar una cadena con algún doble enlace, esto significa la insaturación, su estructura normalmente es en configuración “cis”. Ejemplo de este tipo de ácidos son: oleico y linoleico.

4.- ÁCIDOS GRASOS COMUNES: SATURADOS-BUTÍRICO, LAÚRICO, MIRÍSTICO, PALMÍTICO, ESTEÁRICO, ARAQUÍDICO. INSATURADOS: OLEÍCO, LINOLÉICO, LINOLÉNICO, ARAQUIDÓNICO)

Ácidos grasos saturados

La longitud de la cadena va desde los cuatro carbonos del ácido butírico a los 35 del ácido ceroplástico. Si se considera un ácido graso al butírico y no al acético, es porque el primero es relativamente abundante en la grasa de la leche, mientras que el segundo no se encuentra en ninguna grasa natural conocida. Los ácidos grasos saturados más comunes son los de 14, 16 y 18 átomos de carbono. Dada su estructura, los ácidos grasos saturados son sustancias extremadamente estables desde el punto de vista químico.

ÁCIDOS GRASOS SATURADOS MÁS COMUNES

Estructura	Nombre común	Se encuentra en
C 4:0	butírico	leche de rumiantes
C 6:0	caproico	leche de rumiantes
C 8:0	caprílico	leche de rumiantes, aceite de coco
C 10:0	cáprico	leche de rumiantes, aceite de coco
C 12:0	láurico	aceite de coco, aceite de nuez de palma
C 14:0	mirístico	coco, nuez de palma, otros aceites vegetales
C 16:0	palmítico	abundante en todas las grasas
C 18:0	esteárico	grasas animales, cacao

Ácidos grasos insaturados

Los ácidos grasos insaturados tienen en la cadena dobles enlaces, en un número que va de 1 a 6. Los que tienen una sola insaturación se llaman monoinsaturados, quedando para el resto el término de poliinsaturados, aunque evidentemente también puede hablarse de diinsaturados, triinsaturados, etc.
En los ácidos grasos habituales, es decir, en la inmensa mayoría de los procedentes del metabolismo eucariota que no han sufrido un procesado o alteración químicos, los dobles enlaces están siempre en la configuración cis.

ACIDOS GRASOS MONOINSATURADOS

Estructura	Nombre común	Se encuentra en
C 10:1 n-1	caproleico	leche de rumiantes
C 12:1 n-3	lauroleico	leche de vaca
C 16:1 n-7	palmitoleico	nuez de macadamia, aceites de pescado
C 18:1 n-9	oleico	aceites vegetales (muy extendido en la naturaleza)
C 18:1 n-7	vaccénico	grasas de rumiantes
C 20:1 n-11	gadoleico	aceites de pescado
C 22:1 n-11	cetoleico	aceites de pescado
C 22:1 n-9	erúcico	aceite de colza

ACIDOS GRASOS POLIINSATURADOS

Estructura	Nombre común	Se encuentra en
C 18:2 n-6	linoleico	Aceites vegetales (girasol, maíz, soja, algodón, cacahuete..)
C 18: 3 n-3	linolénico	soja, otros aceites vegetales
C 18:3 n-6	gamma linolénico	aceite de onagra, borraja
C 18:4 n-3	estearidónico	aceites de pescado, semillas de borraja, onagra
C 20:4 n-6	araquidónico	aceites de pescado
C 22:5 n-3	clupanodónico	aceites de pescado
C 22:6 n-3	docosahexaenoico	aceites de pescado

5.- ACIDOS GRASOS TRANS (HIDROGENACIÓN) (CONCEPTO CIS-TRANS)

ACIDOS GRASOS TRANS

Los ácidos grasos trans son aquellos ácidos grasos insaturados que tienen al menos un doble enlace pero se encuentran en configuración trans. En estos isómeros trans, el carbono unido por el doble enlace proporciona una configuración recta, compacta, debido a que los enlaces de los átomos de hidrógeno están a ambos lados de la cadena de átomos de carbono.  Esto los diferencia de los Cis de los aceites vegetales donde los enlaces de los átomos de hidrógeno están al mismo lado de la cadena de átomos de carbono. Esta diferente configuración espacial hace que encontremos los isómeros Cis en forma líquida y los trans se mantengan sólidos facilitando su uso industrial y aumentando la estabilidad frente a la oxidación.

Esta hidrogenación industrial, que consiste en adicionar directamente hidrógeno a los dobles enlaces de los ácidos grasos insaturados permite modificar su punto de fusión haciéndolos sólidos o semisólidos a temperatura ambiente. Así se varía su configuración molecular, su geometría, su número y la ubicación de los dobles enlaces. Se observa que selectivamente y preferentemente se hidrogenan los más altamente insaturados en relación a los medianamente saturados.

6.- ESTRUCTURA GENERAL DE UN TRIGLICÉRIDO (ENLACE ESTER)

Los triglicéridos son un tipo de lípidos formados por una molécula de glicerol esterificado con tres ácidos grasos, que suelen ser distintos.

7.- FOSFOLÍPIDOS Y GLICOLÍPIDOS

FOSFOLIPIDOS

Dentro de nuestro organismo existen varios tipos de ácidos grasos siendo importantes para tener un buen funcionamiento y dentro de este grupo de lípidos se pueden encontrar los fosfolípidos. Los fosfolípidos se definen como aquellos lípidos que contienen ácido fosfórico; una parte e ellos son solubles en agua y otra zona las rechaza, por esto son considerados anfipáticos. Éstos forman parte de todas las membranas activas de las células. Algunas de las funciones que realizan los fosfolípidos son que dan estructura a la membrana celular, activan las enzimas y actúan como mensajeros en la transmisión de señales en el interior de la célula.

GLUCOLIPIDOS

Los glucolÌpidos son solubles en disolventes orgánicos no polares, Son biomoléculas formadas por un lípido y un  grupo hidrato de carbono. Están constituidos por una cerámica (esfingosina + ácido graso) unido a un glúcido pertenecientes al grupo esfingolípidos y carecen del grupo fosfato. Éstos pertenecen  a formar parte de la bicapa lipídica de la membrana celular. Tiene una similitud con el fosfolípido, ya que la cabeza de fosfato y la cabeza de hidratos de carbono de un glucolípido son hidrofílicas.

8.- ESTEROIDES, COLESTEROL Y MEMBRANAS CELULARES

ESTEROIDES

Los lípidos que no pueden ser descompuestos por hidrolisis alcalina se conocen como lípidos no saponificables. Los esteroides son lípidos no saponificables cuya estructura se basa en una complicada molécula de cuatro anillos: 3 anillos de ciclohexano y un ciclopentano

El núcleo esteroide se halla en la estructura de varias vitaminas, hormonas, fármacos, ácidos biliares y esteroides.

COLESTEROL

Los esteroles son alcoholes esteroides. El más conocido es el colesterol

Esta forma parte de las membranas celulares y además de ser materia prima para la síntesis de esteroides como los ácidos biliares, hormonas sexuales y vitamina D.

Las células tienen la capacidad de sintetizar colesterol a partir de CoA, pero el 90% de los 3 a 5 gramos producidos diariamente en el cuerpo se origina en el hígado, también es cierto que una cierta cantidad se ingiere en los alimentos como carnes y de la yema de huevo, pero en el momento que el consumo sea demasiado, el hígado reduce su producción de colesterol.

El colesterol es transportado por la sangre en forma de lipoproteína de baja densidad

MEMBRANA CELULAR

Las membranas realizan muchas funciones específicas en los organismos vivientes, controlan el ambiente químico del espacio que encierran al dejar fuera ciertos compuestos y transportar selectivamente otros a través de la membrana semipermeable; da forma a la célula y controla el movimiento celular.

La membrana contiene receptores, que son utilizadas por las hormonas, cada célula contiene receptores específicos para las hormonas.

La composición de la membrana es principalmente lípidos y proteínas, depende la cantidad de lípidos y proteínas del tipo de célula.

La membrana está constituida por una doble capa de lípidos, 2 filas de fosfolípidos cada una con una cabeza hidrófila polar dirigida hacia la parte exterior

Referencias

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