Proteínas

Las proteínas son macromoléculas formadas por cadenas lineales de aminoácidos. La estructura y función de una proteína están determinadas por la secuencia de aminoácidos que la componen y por las interacciones entre ellos.

Estructura de las Proteínas

Tipos de enlaces en la estructura terciaria: Puentes de hidrógeno, puentes salinos, puentes disulfuro, interacciones de Van der Waals. Dos tipos de estructura cuaternaria: homotípicas y heterotípicas.

Clasificación de los Aminoácidos

• Aminoácidos alifáticos: Poseen cadenas laterales alifáticas. A medida que el grupo R se extiende, se vuelve más hidrófobo. Estos aminoácidos hidrófobos se encuentran generalmente en el interior de las proteínas. Ejemplos: glicina, alanina, leucina y valina.
• Aminoácidos aromáticos: Contienen un grupo aromático en su cadena lateral. Ejemplos: fenilalanina y tirosina.
• Aminoácidos básicos: Tienen un pH cercano al neutro y son muy polares. Ejemplos: histidina, lisina y arginina.

Enlaces Peptídicos

Los aminoácidos se unen entre sí mediante enlaces peptídicos, que son uniones covalentes entre el grupo alfa-carboxilo de un aminoácido y el grupo alfa-amino de otro, con la liberación de una molécula de agua.

Oligopéptidos y Péptidos

Las cadenas cortas de aminoácidos se denominan oligopéptidos. Se habla de péptidos cuando hay 2 aminoácidos, tripéptidos cuando hay 3 aminoácidos, y así sucesivamente. El extremo de la cadena con el grupo amino libre se llama amino terminal, y el extremo con el grupo carboxilo libre se llama carboxilo terminal.

Actividad Biológica de los Péptidos

• Péptidos vasoactivos: angiotensina II, bradicinina.
• Hormonas: insulina, glucagón, gastrina, secretina.
• Neurotransmisores: encefalina y sustancia P.

Funciones de las Proteínas

Las proteínas desempeñan una gran variedad de funciones en los organismos vivos, entre ellas:

• Componente estructural: como el colágeno.
• Hormonas: como la insulina.
• Catálisis de reacciones químicas: enzimas.
• Contracción muscular: actina y miosina.
• Transporte: como la hemoglobina.

Clasificación de las Proteínas

Desde el punto de vista químico:

• Proteínas simples: formadas únicamente por aminoácidos.
• Proteínas conjugadas: contienen un componente no proteico llamado grupo prostético (azúcar, lípido, ácido nucleico). La proteína sin el grupo prostético se llama apoproteína y no es funcional. La proteína unida al grupo prostético se denomina holoproteína y es funcional.

Desde el punto de vista molecular:

• Proteínas globulares: tienen forma esférica y compacta. Ejemplos: hemoglobina y mioglobina.
• Proteínas fibrosas: son alargadas y tienen función estructural. Se encuentran en la piel, el cabello y el tejido conjuntivo. Ejemplos: queratina, elastina, colágeno y fibroína.

Niveles de Organización de las Proteínas

Las proteínas pueden presentar hasta cuatro niveles de organización estructural:

• Estructura primaria: secuencia de aminoácidos.
• Estructura secundaria: plegamiento regular de la cadena polipeptídica (alfa-hélice, lámina beta).
• Estructura terciaria: disposición tridimensional de la cadena polipeptídica. Ejemplos: mioglobina.
• Estructura cuaternaria: asociación de varias cadenas polipeptídicas. Ejemplo: hemoglobina.

La principal proteína fibrosa es el colágeno. La fibroína presenta una estructura secundaria en forma de zigzag.

Propiedades de las Proteínas

La desnaturalización de las proteínas provoca los siguientes efectos:

• Cambios en las propiedades hidrodinámicas.
• Disminución drástica de la solubilidad.
• Pérdida de la actividad biológica.

Agentes Desnaturalizantes

• Agentes físicos: calor.
• Agentes químicos: detergentes, disolventes orgánicos, fuerza iónica, pH.

La desnaturalización puede ser reversible en algunos casos, dependiendo de los cambios en la polaridad del disolvente, la fuerza iónica, el pH y la temperatura.

Transporte de Aminoácidos a través de las Membranas

Los aminoácidos atraviesan las membranas celulares mediante dos mecanismos principales:

1. Transporte activo secundario.
2. Difusión facilitada.

Destinos Metabólicos de los Aminoácidos

Los aminoácidos pueden seguir diferentes vías metabólicas:

1. Utilización en la síntesis de nuevas proteínas.
2. Transformación en compuestos no proteicos.
3. Degradación con fines energéticos.

Metabolismo de los Aminoácidos

Anabolismo

Síntesis de proteínas a partir de aminoácidos.

Catabolismo

Reacción de transaminación: el grupo amino no se elimina, sino que se transfiere a un alfa-cetoácido.

Reacción de desaminación: el grupo amino del glutamato puede ser separado por desaminación oxidativa, catalizada por la enzima glutamato deshidrogenasa, que se encuentra en la matriz mitocondrial.

Biosíntesis de Aminoácidos

Algunos aminoácidos no pueden ser sintetizados por el organismo y deben ser aportados por la dieta (aminoácidos esenciales). Otros pueden ser sintetizados a partir de un alfa-cetoácido por transaminación (aminoácidos no esenciales).

Biosíntesis de Aminas

Las aminas biógenas se forman por descarboxilación de aminoácidos. Algunos ejemplos importantes son:

• Histamina: se produce por la descarboxilación de la histidina. Tiene acción vasodilatadora, disminuye la presión arterial, estimula la secreción de pepsina en el estómago y se libera en procesos alérgicos.
• Ácido gamma-aminobutírico (GABA): se forma por la descarboxilación del ácido glutámico. Es un neurotransmisor inhibidor que regula la actividad neuronal y bloquea el impulso nervioso.
• Catecolaminas (dopamina, noradrenalina, adrenalina): se producen en el sistema nervioso y la médula adrenal. Son neurotransmisores de vital importancia que derivan de la tirosina.

Acciones de las Catecolaminas

• Son vasoconstrictoras y vasodilatadoras.
• Aumentan la frecuencia cardíaca.
• Relajan el músculo bronquial.
• Estimulan la glucogenólisis en el músculo y la lipólisis en el tejido adiposo.
• Son rápidamente degradadas y eliminadas del organismo.

Otras aminas importantes son la hormona tiroidea, la melatonina (regula el reloj biológico), la serotonina (neurotransmisor en el SNC) y la creatina (producto de desecho en la sangre).

Lípidos

Clasificación Funcional de los Lípidos

• Lípidos de almacenamiento.
• Lípidos estructurales de la membrana.
• Lípidos que regulan la función celular.
• Precursores de sales biliares, hormonas y vitaminas liposolubles.

Clasificación Estructural de los Lípidos

• Lípidos simples: acilgliceroles y ceras. Compuestos por glicerol y ácidos grasos.
• Lípidos compuestos: glicerofosfolípidos y esfingolípidos. Compuestos por glicerol o esfingosina, ácidos grasos y otros componentes.
• Lípidos derivados: colesterol, sales biliares, hormonas y vitaminas liposolubles. Compuestos por moléculas derivadas de ácidos grasos.
• Lípidos complejos: glucolípidos y lipoproteínas. Compuestos por lípidos y proteínas o carbohidratos.

Ácidos Grasos

Son ácidos carboxílicos con cadenas hidrocarbonadas de entre 4 y 36 carbonos. Pueden ser:

• Saturados: no tienen dobles enlaces.
• Insaturados: tienen uno o más dobles enlaces.

Propiedades físicas: solubilidad en agua y punto de fusión.

Ácidos grasos esenciales: linoleico, linolénico y araquidónico. Deben ser aportados por la dieta.

Efectos Biológicos de los Eicosanoides

• Prostaglandinas: estimulan la contracción del músculo liso del intestino y el útero, regulan la producción de esteroides, inhiben la secreción gástrica e influyen en la sensibilidad al dolor.
• Tromboxanos: regulan la función plaquetaria.
• Leucotrienos: actúan sobre el músculo liso del intestino, las vías respiratorias y el tracto gastrointestinal. Son mediadores de la anafilaxia.

Ácidos Grasos Omega-3

Son beneficiosos para el colon, tienen acción antiinflamatoria y anticoagulante, disminuyen los niveles de colesterol y triglicéridos, y reducen la presión sanguínea. Se encuentran en pescados como el atún y el salmón, y en aceites como el de canola y linaza.

Reacciones de los Ácidos Grasos

• Esterificación.
• Hidrólisis.
• Reacciones ácido-base.

Triglicéridos

Son ésteres de glicerol con tres moléculas de ácidos grasos. Constituyen la principal forma de reserva energética en forma de grasas y aceites.

Triacilgliceroles

Se almacenan en los adipocitos, que son las células animales especializadas en el almacenamiento de grasa corporal. Son importantes para la producción de energía, la generación de calor y el aislamiento térmico.

Lípidos Anfipáticos

Glicerofosfolípidos, colesterol y esfingolípidos. Poseen una parte hidrofílica y otra hidrofóbica.

Esfingolípidos

No poseen glicerol. Están formados por una amina, que es la esfingosina.

Esteroides

El principal esteroide es el colesterol, sintetizado por las células animales. Es un regulador fisiológico de la fluidez de las membranas.

Esferoles: alcoholes esteroideos, como el colesterol y el calciferol.

Sales biliares: se producen en el hígado y actúan como agentes emulsionantes.

Hormonas corticales: glucocorticoides y mineralocorticoides.

Hormonas sexuales: estrógenos, andrógenos y gestágenos.

• Estrógenos: hormonas sexuales femeninas, producidas principalmente durante la primera mitad del ciclo menstrual.
• Andrógenos: hormonas sexuales masculinas, como la testosterona.

Importancia Clínica del Colesterol

El colesterol es poco soluble en agua. Niveles elevados de colesterol se asocian con el bloqueo de las arterias, aumento de la presión arterial, formación de coágulos sanguíneos e infarto de miocardio.

Vitaminas Liposolubles

• Vitamina D: su deficiencia causa raquitismo. La combinación de calcio y vitamina D mejora la absorción de calcio.
• Vitamina A: retinoides. Presente en la zanahoria. Su deficiencia causa ceguera nocturna.
• Vitamina E: tocoferoles. Actúa como antioxidante.
• Vitamina K: naftoquinonas.

Lipoproteínas

Son complejos de lípidos y proteínas que transportan los lípidos en la sangre.

• Quilomicrones: transportan los triglicéridos y el colesterol de la dieta desde el intestino a los tejidos.
• VLDL (lipoproteínas de muy baja densidad): transportan los triglicéridos sintetizados en el hígado a los tejidos.
• LDL (lipoproteínas de baja densidad): transportan el colesterol a los tejidos periféricos.
• HDL (lipoproteínas de alta densidad): transportan el colesterol desde los tejidos al hígado. Se conoce como»colesterol buen».

Los monoglicéridos y ácidos grasos son absorbidos en el intestino y transportados por los quilomicrones.

Carbohidratos

Están formados por aldehídos o cetonas con dos o más grupos hidroxilo. Son la principal fuente de energía para la mayoría de los organismos.

Funciones de los Carbohidratos

• Fuente de energía: glucosa.
• Almacenamiento de energía: glucógeno y almidón.
• Fuente de carbono para la síntesis de otras moléculas.
• Función estructural: celulosa, quitina.
• Reconocimiento y señalización celular.
• Función anticoagulante.

Clasificación de los Carbohidratos

• Número de unidades de azúcar: monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos.
• Número de átomos de carbono: triosas, tetrosas, pentosas, hexosas, etc.
• Posición del grupo carbonilo: aldosas y cetosas.
• Estereoquímica: D-azúcares y L-azúcares.

Monosacáridos

Son los azúcares más sencillos. Son cristalinos, incoloros, dulces e insolubles en disolventes no polares.

• Si el grupo carbonilo está al final de la cadena, se forma una aldosa.
• Si el grupo carbonilo está en cualquier otra posición, se forma una cetosa.
• La dextrosa (D-glucosa) es el monosacárido más abundante.

Oligosacáridos

Son polímeros cortos formados por varios monosacáridos unidos por enlaces glucosídicos. Desempeñan un papel importante en el reconocimiento celular. Las células están marcadas en su superficie por oligosacáridos específicos que les permiten interactuar con otras células y moléculas. Estas interacciones suelen estar mediadas por proteínas llamadas lectinas.

Disacáridos más abundantes: maltosa, trehalosa, sacarosa, isomaltosa, celobiosa y lactosa.

Polisacáridos

Son polímeros de monosacáridos unidos por enlaces glucosídicos.

Según la unidad de monosacárido:

• Homopolisacáridos: formados por un solo tipo de monosacárido. Ejemplos: almidón, glucógeno, celulosa y quitina.
• Heteropolisacáridos: formados por más de un tipo de monosacárido. Ejemplo: glucosaminoglucanos.

Polisacáridos de Reserva

Son polímeros que se sintetizan, almacenan y posteriormente se degradan para obtener energía.

Principales polisacáridos de reserva: amilosa, almidón y glucógeno.

Glucógeno: principal forma de almacenamiento de glucosa en animales. Se almacena en el hígado y el músculo. Posee muchos extremos reductores.

Polisacáridos Estructurales

Celulosa: se encuentra en las plantas leñosas. Es un polímero muy abundante.

Quitina: componente principal de los exoesqueletos de los artrópodos.

Glucosaminoglucanos: componentes de la matriz extracelular.

Glucoproteínas

Son proteínas conjugadas que contienen carbohidratos. Forman parte de la superficie celular, de las proteínas secretadas y de la matriz extracelular. Pueden tener funciones estructurales, enzimáticas, hormonales, inmunitarias o transportadoras.

Glucolípidos

Son lípidos que contienen carbohidratos. Son el blanco principal de los anticuerpos secretados por el sistema inmunitario en respuesta a una infección bacteriana.

Glucólisis

Es la vía metabólica encargada de oxidar la glucosa con el fin de obtener energía. Consta de dos fases: una fase de activación y una fase de producción de energía.

Enfermedades Relacionadas con el Colágeno

• Síndrome de Ehlers-Danlos.
• Osteogénesis imperfecta.
• Síndrome de Marfan.

Perfil Calórico

Se define como el aporte energético de los macronutrientes en la dieta. El perfil calórico recomendado es: 10-15% proteínas, 30-35% lípidos y 55% carbohidratos.

Las glándulas salivales producen una salivación abundante, favorecen la glucogenólisis y producen amilasa.