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UNIVERSIDAD ACONCAGUA PROF. MARÍA ISABEL SALAZAR G.

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COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS

MOLÉCULAS BIOLÓGICAS INORGÁNICAS

SALES MINERALES Aunque la materia viva presenta en ocasiones ínfimas cantidades de todos los elementos de su entorno, sólo unos veinte elementos son esenciales para la vida. No está demostrado que sean indispensables para todos los seres vivos; algunos son de importancia universal (C, H, O, N, Na, K, Cl, Ca, Mg, P, S), pero otros son necesarios sólo para ciertas especies, y no está demostrada su funcionalidad en otras. Dependiendo de su concentración relativa en la materia viva pueden clasificarse en:

a) Macroelementos: o constituyentes principales (concentración mayor del 1 %).

b) Microelementos: constituyentes necesarios en concentraciones bajas (entre 0,05 y 1 %).

c) Elementos Trazas: constituyentes necesarios en concentraciones bajísimas (menores de 0,05 %).

º MACROELEMENTOS: ALGUNAS FUNCIONES IMPORTANTES

Carbono (C) Hidrógeno (H) Oxígeno (O) Nitrógeno (N)

Componentes universales de las sustancias orgánicas y de sustancias inorgánicas de importancia en los seres vivos.

º MICROELEMENTOS: ALGUNAS FUNCIONES IMPORTANTES Sodio (Na): El más importante catión (Na+) extracelular participa en:

- Regulación de la presión osmótica celular.

- Transmisión del impulso nervioso. - Actividad de algunas enzimas /cofactor

enzimático). Potasio (K): El más importante catión (K+) intracelular participa en:

- Transmisión del impulso nervioso. - Contracción muscular. - Actividad de algunas enzimas (cofactor

enzimático). Cloro (Cl): El más importante anión (Cl-) extracelular participa en:

- Regulación de la presión osmótica celular.

Calcio (Ca): Como catión (Ca+2), principalmente extracelular participa en:

- Constitución de tejido óseo y dientes. - Coagulación sanguínea. - Contracción muscular. - Constitución de la laminilla media

cementante de las células vegetales. - Actividad de algunas enzimas /cofactor

enzimático). Magnesio (Mg): Como catión (Mg+2) interviene en:

- Actividad de algunas enzimas /cofactor enzimático).

- Constitución de la molécula de clorofila.

Fósforo (P): Los aniones (H2PO4

-, HPO4-2, PO4

-3) intracelulares más importantes, intervienen en:

- Constitución de tejido óseo y dientes. - Reacciones de transferencia de energía. - Constitución de nucleótidos, fosfolípidos

y otras sustancias. Azufre (S): Sus aniones (SO4

-2, S-2) integran: - Moléculas orgánicas diversas

(polisacáridos complejos, aminoácidos, etc.).

º ELEMENTOS TRAZAS: ALGUNAS FUNCIONES IMPORTANTES Hierro (Fe): Sus cationes (Fe+2, Fe+3) actúan como:

- Cofactores enzimáticos. - Constituyentes de hemoglobina y

mioglobina (para el transporte y almacenamiento de O2).

- Constituyentes de citocromos y otros transportadores de electrones.

Cobre (Cu): Sus cationes (Cu+, Cu+2) actúan como:

- Cofactores enzimáticos. - Constituyentes de pigmentos

respiratorios (transportadores de O2) en algunos animales.

Manganeso (Mn): El catión (Mn+2) actúa como:

- Cofactor enzimático.

Zinc (Zn): El catión (Zn +2) actúa como: - Cofactor enzimático.

Molibdeno (Mo): El catión (Mo+2) actúa como:

- Cofactor enzimático. Boro (B): En células vegetales actúa en diversas funciones específicas. Vanadio (V): encontrado en cordados primitivos. Silicio (Si): constituye caparazones en protozoos. También se lo encuentra en vegetales. Cobalto (Co): Forma parte de la vitamina B12. Yodo (I): Esencial para animales superiores donde integra las hormonas tiroideas (tiroxina y triyodotironina). Las sustancias inorgánicas que actúan bajo la forma de aniones y cationes en los sistemas vivientes, y sus funciones se han citado anteriormente. Quedan por analiza las propiedades de uno de los componentes inorgánicos más importantes: el agua


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AGUA El agua es el componente más abundante de cualquier ser vivo: en promedio, un 70% del peso total de un organismo es agua (las cifras oscilan entre los 60 y 95 %). Su rol básico es aportar un sistema fluido donde ocurran los procesos fisicoquímicos vitales. Este papel se justifica al analizar las propiedades de esta sustancia. Tiene gran capacidad de formar un tipo de uniones denominado puente de hidrógeno con otras moléculas que tengan grupos polares; por ejemplo, con alcoholes, aldehídos, etc.

La formación de estos puentes de hidrógeno explica en parte sus notables propiedades de solvente: disuelve un mayor número de sustancias en mayor cantidad de cualquier otro solvente.

Además, también se pueden formar puentes de hidrógeno entre las mismas moléculas de agua, lo cual le confiere una cierta estructura, aún en el estado líquido. Esta característica es responsable de varias propiedades del agua: Posee puntos de fusión y ebullición

particulares (y anómalos respecto de otras sustancias semejantes), que determinan que permanezca como sistema líquido a temperaturas moderadas, en las que se desarrolla la mayor parte de los organismos;

Tiene alto calor de vaporización, por lo cual un organismo puede disipar grandes cantidades de calor mediante la evaporación de pequeñas cantidades de agua. Esta propiedad, juntamente con la siguiente, convierten el agua en un eficiente regulador de la temperatura interna;

Tiene alta capacidad calorífica, de modo que un organismo puede absorber grandes cantidades de calor sin que esto aumente excesivamente su temperatura.

La electronegatividad del oxígeno determina que el agua tenga una estructura fuertemente dipolar. Como consecuencia de ello, el agua tiene una alta constante dieléctrica, es decir, una gran capacidad para mantener separadas partículas con cargas opuestas, disminuyendo las fuerzas de atracción entre ellas. Esto también contribuye a sus propiedades solventes. Las moléculas de agua tienden a ordenarse alrededor de los iones, formando una capa de hidratación que los estabiliza y mantiene en solución. En un sistema acuoso dado hay:

a) Moléculas de agua disponibles para eventuales interacciones (con absolutos, con organismos, con ¡a atmósfera, etc.), y b) Moléculas de agua no disponibles, comprometidas en capas de solvatación, en unión con macromoléculas, etc.

El concepto de disponibilidad de agua es sumamente importante, y se expresa en fisicoquímica como actividad acuosa (aw). Fig. 1: molécula de agua

MOLÉCULAS BIOLÓGICAS ORGÁNICAS

Los principales compuestos orgánicos de las células son: carbohidratos, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos. Algunos se necesitan para la integridad estructural de la célula; otros para suministrar energía, y otros regulan el metabolismo. Los carbohidratos y los lípidos son las principales fuentes de energía química en casi todas las formas de vida; las proteínas son

elementos estructurales, pero tienen mayor importancia aun como catalizadores (enzimas) y reguladores de procesos celulares. Los ácidos nucleicos son de capital importancia en el almacenamiento y transferencia de información usada en la síntesis de proteínas específicas y otras moléculas. Los tipos de substancia y aun sus proporciones relativas son bastante


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constantes en células de distintas partes del organismo o de distintos animales. Tanto un trozo del hígado humano como la célula de una ameba, contienen cerca de 80 % de agua, 12 % de proteínas, 2 % de ácido nucleico, 5 % de grasas, 1 % de carbohidratos y una pequeña cantidad de esteroides y otras substancias. Claro está, algunas células especializadas tienen componentes especiales; por ejemplo, en el cerebro del mamífero abundan ciertas variedades de grasas.

CARBOHIDRATOS Los carbohidratos son compuestos que contienen solamente carbono, hidrógeno y oxígeno. Estos elementos se encuentran a razón aproximadamente de 1C: 2H: 1O. Los azúcares, los almidones y las celulosas son ejemplos de carbohidratos. Algunos de los carbohidratos más sencillos de importancia biológica son las hexosas, azúcares sencillos (monosacáridos) de fórmula C6H12O6. La glucosa o dextrosa, y la fructosa o levulosa son hexosas que difieren ligeramente en cuanto a disposición de los átomos componentes, lo que les comunica propiedades químicas algo diferentes. Los compuestos que tienen formas moleculares idénticas, pero diferente disposición espacial de sus átomos, se denominan isómeros. La disposición de los átomos en las moléculas se representa por fórmulas estructurales de los compuestos, en las cuales los átomos se representan por su símbolo -C, H, O, etc.- y los enlaces químicos, o fuerzas interatómicas, por líneas de unión. El hidrógeno tiene un enlace para unirse con otros átomos; el oxígeno dos, y el carbono cuatro.

Azúcar Poder edulcorante relativo (sacarosa - 100)

Lactosa 16.0

Galactosa 32.1

Maltosa 32.5

Glucosa 74.3

Sacarosa 100.0

Fructosa 173.3

Sacarina 55 000

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Los átomos de carbono pueden unirse entre si y con otros para formar compuestos con variedad casi infinita. Los átomos de carbono pueden estructurarse en cadenas largas como en los ácidos grasos, cadenas ramificadas en unos ácidos aminados, anillos en purinas y pirimidinas y sistemas complejos de cuatro anillos como en moléculas de esteroles y esteroides. En realidad, las moléculas tienen tres dimensiones y no dos como podría suponerse al ver las fórmulas. Hay maneras más complejas de representar la tercera dimensión de la molécula. Puesto que las propiedades del compuesto dependen en parte de su conformación, su estructura tridimensional, dichas fórmulas en tres dimensiones son útiles para comprender las relaciones íntimas entre estructura y función molecular. Las moléculas de glucosa y otros azúcares en solución no son cadenas rectas como se describe en la figura, sino que existen como anillos aplanados en forma de bote o silla que se forman cuando un enlace químico une el carbono 1 al oxígeno unido al carbono 5 (o bien al carbono 4). La glucosa en solución tiene

típicamente un anillo de cinco carbonos y un oxígeno. La glucosa es la única hexosa que se encuentra en cantidades apreciables en el organismo. Los demás carbohidratos que ingerimos son transformados en glucógeno por el hígado. La glucosa es un componente indispensable de la sangre. Normalmente alcanza en la sangre y tejidos del mamífero una concentración vecina de 0.1 % en peso. Un aumento prolongado de la concentración de glucosa en la sangre, como tiene lugar en la diabetes sacarina sin tratamiento o mal controlado, puede causar alteraciones metabólicas y graves daños, a ciertos tejidos como el ojo y el riñón. Una concentración reducida de glucosa en la sangre origina gran irritabilidad de ciertas células cerebrales, de manera que pueden responder a estímulos muy ligeros. Como resultado de los impulsos enviados por estas células a los músculos, pueden producirse convulsiones y pérdida del conocimiento y muerte. Las células cerebrales necesitan glucosa para su metabolismo, siendo, por lo tanto, indispensable cierta concentración mínima de azúcar en la sangre. Un mecanismo de control fisiológico complejo, que opera como los controles de "retroalimentación" de los dispositivos electrónicos y en el cual intervienen sistema nervioso, hígado, páncreas, hipófisis y suprarrenales, conserva la concentración adecuada de glucosa en la sangre. Los azúcares dobles (disacáridos), todos ellos de formula C12H22O11, pueden considerarse constituidos por dos azúcares simples, unidos mediante pérdida de una molécula de agua. Tanto el azúcar de caña como el de remolacha son sacarosa, combinación de una molécula de glucosa y una de fructosa. Se han encontrado en los sistemas biológicos otros azúcares dobles, todos con la formula C12H22O11, que difieren por la disposición de sus átomos y también por algunas propiedades químicas y físicas. La maltosa o azúcar de malta está formada por dos moléculas de glucosa; la lactosa o azúcar de leche, que se encuentra en la leche de todos los mamíferos, es una molécula de glucosa unida a otra de galactosa; esta última es una variedad de azúcar simple. Estos azúcares difieren notablemente en cuanto a su poder edulcorante. La fructosa es el más dulce de los azúcares; la lactosa es el menos dulce, con menos de la décima parte del poder edulcorante de la fructosa. La sacarosa ocupa posición intermedia. La sacarina, agente edulcorante de síntesis que no es carbohidrato, es mucho más dulce que cualquier azúcar, se emplea para endulzar alimentos sin consumir azúcar. Las moléculas más complejas de carbohidratos son almidones y celulosa,



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que constan de muchos azúcares simples unidos, bien en una sola cadena larga (amilosa) o en cadena ramificada (amilopectina). Puesto que se desconoce el número exacto de moléculas de azúcar unidas entre sí para formar la molécula de almidón (número que en verdad varia de una molécula a otra), su fórmula puede escribirse (C6H10O5)x, donde x designa este gran número. Los almidones, que varían en cuanto a número y tipo de moléculas de azúcar que los Constituyen son componentes comunes de las células vegetales y animales. El almidón animal, llamado glucógeno, difiere del vegetal por ser muy ramificado y más soluble en agua. Los carbohidratos son almacenados en las plantas como almidones, en los animales como glucógeno; la glucosa no podría almacenarse en esta forma, pues sus pequeñas moléculas escaparían de la célula. Las moléculas de almidón y glucógeno, mayores y menos solubles, no atraviesan la membrana protoplasmática. En el hombre y otros animales superiores se almacena glucógeno en el hígado y músculos. El glucógeno hepático se transforma fácilmente en glucosa por acción de cuatro enzimas que actúan en serie; en forma de glucosa es llevado por la sangre a otros puntos del organismo. Casi todas las plantas constan de una fuerte pared externa de sostén de celulosa, azúcar compuesto e insoluble parecido al almidón (está formado por muchas moléculas de glucosa). Sin embargo, los enlaces químicos entre las distintas moléculas de glucosa de la celulosa son enlaces β-glucosídicos y difieren de los que se encuentran en el almidón o glucógeno; no son atacados por las enzimas que rompen los enlaces del almidón. Los carbohidratos sirven en principio como combustible de fácil acceso para brindar energía a los procesos metabólicos celulares. La glucosa es metabolizada hasta bióxido de carbono y agua, con emisión de energía.

C6H12O6 + 6O2 6H2O+6CO2+ energía Algunos carbohidratos se combinan con proteínas (glicoproteínas) y sirven como componentes estructurales de las células y de sus paredes. Glucosamina y galactosamina, derivados de la glucosa y la galactosa, que contienen nitrógeno, son constituyentes importantes de las membranas celulares y de los materiales de sostén, como fibras del tejido conectivo, cartílago y quitina, que existe en la cubierta externa resistente de insectos, arañas y cangrejos. Ribosa y desoxirribosa son pentosas de gran importancia biológica por ser ambas componentes del ácido ribonucleico (ARN) y del

ácido desoxirribonucleico (ADN).

LÍPIDOS (grasas). Las grasas verdaderas están formadas también por carbono, hidrógeno y oxígeno, pero proporcionalmente tienen mucho menos oxígeno que los carbohidratos. Son de consistencia grasosa u oleosa; algunas, como el sebo de res o el tocino, son sólidas a temperaturas ordinarias; otras son líquidas (aceite de oliva, aceite de hígado de bacalao). Cada molécula de grasa está formada por una de glicerina y tres de ácido graso. Todas las grasas neutras, llamadas triacilgliceroles, contienen glicerina, pero difieren por el tipo de ácido graso. Los ácidos grasos son cadenas largas de átomos de carbono con un grupo carboxilo (-COOH) en un extremo. Todos los ácidos grasos de la naturaleza tienen número par de átomos de carbono: el palmítico tiene 16, el esteárico 18. El ácido butírico que existe en la mantequilla rancia, tiene cuatro átomos de carbono; el ácido caproico, que se halla en el sudor de la cabra, tiene seis. Los ácidos grasos con uno o más enlaces dobles son llamados "no saturados". El ácido oleico tiene 18 carbonos y un enlace doble (por lo tanto, todavía dos hidrógenos menos que el esteárico). Una grasa abundante en el sebo de res, como la triestearina, C57H110O6, tiene tres moléculas de ácido esteárico y una de glicerina. Las grasas que contienen ácidos grasos no saturados son generalmente líquidas a la temperatura ordinaria, mientras que las grasas saturadas, como la triestearina, son sólidas. Las grasas son importantes como combustible y como componentes estructurales de las células, especialmente de las membranas celulares. El glucógeno o almidón se transforma rápidamente en glucosa y se metaboliza para liberar energía. Los carbohidratos son, pues, fuentes de energía a corto plazo. Cada gramo de grasa suministra más del doble de energía que una cantidad equivalente de carbohidratos, por lo que estos compuestos resultan más económicos para el almacenamiento de reservas de alimento. Los carbohidratos pueden ser transformados por el organismo en grasas y almacenados en esta forma, lo que equivale al hecho bien conocido de que almidones y azúcares "engordan".

' Las grasas son elementos estructurales importantes del organismo. La membrana protoplasmática que rodea cada célula, así como



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la membrana nuclear, contienen substancias grasas, abundantes también en la vaina de mielina que rodea las fibras nerviosas. Los animales almacenan grasa como glóbulos en las células de tejido adiposo. La capa de tejido adiposo inmediatamente debajo de la piel sirve de aislador contra la pérdida de calor por el cuerpo. Las mujeres tienden a poseer una capa más gruesa de tejido adiposo que los hombres, y así son más tolerantes del frío. Las ballenas, que viven en agua fría y no tienen pelo aislante, poseen una capa de grasa especialmente gruesa (esperma) inmediatamente debajo de la piel para este objeto. La grasa subcutánea del hombre mantiene firme la piel, además de disminuir la pérdida del calor corporal. Los depósitos de grasa no son simplemente depósitos a largo plazo de alimentos usados solamente en estados de inanición, sino que se usan constantemente y se vuelven a formar. Estudios con ácidos grasos marcados mostraron que los ratones substituyen la mitad de sus grasas almacenadas en siete días. Además de las verdaderas grasas, compuestas de glicerol y ácidos grasos, los lípidos comprenden varias sustancias afines que contienen componentes como fósforo, colina, y azúcares, además de ácidos grasos. Los fosfolípidos son importantes componentes de las membranas de las células vegetales y animales en general y de las células nerviosas en particular. La porción de ácido graso de la molécula de fosfolípidos es hidrofóbica, insoluble en agua. La otra porción compuesta de glicerol, fosfato y una base nitrogenada como colina, es ionizada y fácilmente soluble en agua. Por esta razón las moléculas de fosfolípidos en una película tienden a orientarse con la porción polar, hidrosoluble, señalando en una dirección y la porción no polar, de ácido graso, señalando en la otra. Las plantas contienen ciertos pigmentos rojos y amarillos llamados carotenoides, que se incluyen con los lípidos porque son insolubles en agua y tienen consistencia oleosa. Los carotenoides se encuentran en todas las células vegetales, desde las más sencillas hasta las más complicadas. Desempeñan cierto papel en el fototropismo, la orientación de las plantas hacia la luz. Uno de los carotenoides comunes, el caroteno, es una molécula con un anillo de seis carbonos en cada extremo de una larga cadena de átomos de carbono, unidos con enlaces alternativos sencillos y dobles. Cuando se corta por la mitad la molécula de caroteno da una molécula de vitamina A. La sustancia química presente en las células de la retina, sensible a la luz, se denomina retinal. El retinal es un derivado de la vitamina A y produce una reacción química en presencia de la luz. Participa en la recepción real de los estímulos

lumínicos. Es un hecho notable que los fotorreceptores u ojos han evolucionado independientemente en tres líneas diferentes de animales: los moluscos, los vertebrados y los insectos. Estos organismos no tienen un antecesor evolutivo común, es decir, los tres tipos de ojos no tienen una fuente evolutiva común, sino que cada uno de ellos contiene el mismo compuesto químico, retinal, que participa en el proceso de fotorrecepción. En contraste con algunos otros casos, el hecho de que el retinal esté presente en cada uno de los ojos no es resultado de un antecesor evolutivo común, sino quizá a causa de cierta afinidad única de esta clase de molécula por el proceso de recepción de la luz. Los esteroides, son moléculas complejas con átomos de carbono dispuestos en cuatro anillos contiguos, tres formados por seis átomos de carbono y el último por cinco. Algunos esteroides de gran importancia biológica son la vitamina D, las hormonas sexuales masculinas y femeninas, las hormonas de la corteza suprarrenal, las sales biliares y el colesterol. El colesterol es un componente estructural importante de los tejidos nerviosos y otros; las hormonas esteroides son fundamentales para la regulación de ciertos aspectos del metabolismo.

PROTEÍNAS Las proteínas son compuestos a base de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y generalmente azufre y fósforo. Todas las enzimas, hormonas y muchos componentes importantes de la célula son proteínas. Las proteínas se hallan entre las mayores moléculas que existen en las células, y comparten con los ácidos nucleicos la distinción de una gran complejidad y variedad. Una proteína típica de gran importancia para el cuerpo humano es la hemoglobina, pigmento rojo que da el color a la sangre. Puede tenerse una idea de la complejidad de la hemoglobina por su formula: C3032H4816O870S8Fe4. Aunque la molécula de es enorme, en comparación con la de glucosa, en realidad sólo es una proteína de volumen pequeño a mediano. Gran parte de las proteínas intracelulares son enzimas, catalizadores biológicos que regulan la rapidez con que han de tener lugar las numerosas reacciones celulares. Las moléculas de proteína están formadas por componentes más simples llamados aminoácidos. Los 20 aminoácidos aminados que suelen encontrarse en las proteínas poseen todos, un grupo amino (-NH2) y un grupo carboxilo (-COOH), pero sus cadenas laterales



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son distintas. El más simple de todos, la glicina, tiene como cadena lateral un H; la alanina, un grupo –CH3. El grupo amino permite al aminoácido aminado actuar como base y combinarse con ácidos; el grupo ácido le permite combinarse con bases. Los aminoácidos y las proteínas sirven de amortiguadores y pueden resistir a cambios de acidez y alcalinidad. Los aminoácidos se unen entre sí para formar proteínas mediante un enlace peptídico entre el grupo amino de una molécula y el grupo carboxilo de otra. Como cada proteína contiene centenares de aminoácidos combinados con cierta proporción en un orden particular, resulta posible una variedad infinita de moléculas proteínicas. Se han desarrollado métodos analíticos para reconocer la disposición exacta de los aminoácidos en una molécula proteínica. La insulina, hormona secretada por el páncreas y utilizada en el tratamiento de la diabetes, fue la primera proteína cuya estructura se conoció. La ribonucleasa, secretada por el páncreas, fue la primera enzima de la cual se conoció el orden exacto de aminoácidos. No todas las proteínas contienen todos los aminoácidos posibles. Pueden distinguirse varios niveles de organización en la molécula de proteína. El primer nivel es la llamada estructura primaria, que depende de la serie de aminoácidos en la cadena de polipéptidos. Esta serie, como veremos, es determinada, a su vez, por la serie de nucleótidos del ARN y el ADN del núcleo de la célula. Un segundo nivel de organización de las moléculas proteínicas supone la adopción de la forma de hélice u otra configuración regular por la cadena de polipéptidos. Estas cadenas ordinariamente no se encuentran planas en una molécula de proteína, sino que adoptan formas espiriladas para dar una estructura tridimensional. Una de las estructuras secundarias comunes de las moléculas proteínicas es la hélice en α, que supone una formación espirilada de la cadena de polipéptidos básica. La hélice en α es una estructura geométrica muy uniforme con 3.6 aminoácidos que ocupan cada vuelta de la hélice. La estructura helicoidal es determinada y mantenida por la formación de enlaces de hidrógeno entre residuos de aminoácidos en vueltas sucesivas de la espiral. Un tercer nivel de estructura de moléculas proteínicas es el doblamiento de la cadena de péptidos sobre sí misma para formar proteínas globulares. De nuevo, enlaces débiles como enlaces de hidrógeno, iónicos e hidrofóbicos se forman entre una parte de cadena de péptidos y la otra parte, de modo que la cadena se dobla en una forma específica para dar una estructura

general específica de la molécula proteínica. Enlaces covalentes como enlaces de disulfuro (-S-S-) son importantes en la estructura terciaria de muchas proteínas. La actividad biológica de una proteína depende en gran parte de la estructura terciaria específica que es mantenida junta por estos enlaces. Cuando una proteína se calienta o trata con cualquiera de una variedad de productos químicos, se pierde la estructura terciaria. Las cadenas de péptidos espiriladas se desdoblan para dar una configuración aleatoria acompañada por una pérdida de la actividad biológica de la proteína. Este cambio se llama "desnaturalización". Las proteínas compuestas de dos o más subunidades tienen una estructura cuaternaria. Esto sé refiere a la combinación de dos o más subunidades de cadena peptídica, similares o diferentes, cada una de las cuales tiene sus estructuras primarias, secundaria y terciaria peculiares, para formar la molécula de proteína biológicamente activa. Fig. 2: Niveles de organización de las proteínas

Cada célula consta de cientos de proteínas distintas y cada variedad celular contiene algunas específicas. Cada especie vegetal o animal posee proteínas diferentes de las otras especies. El grado de diferencia entre las proteínas de dos especies depende de la relación entre las formas vivas según la evolución. Los organismos muy distintos desde este punto de vista poseen proteínas también muy diferentes. Las investigaciones de semejanzas y diferencias de proteínas han sido útiles en los estudios sobre evolución por las pruebas convincentes sobre hipótesis procedentes de otros hechos. En vista de las interacciones entre proteínas diferentes, los injertos de tejido de una especie animal generalmente no prenden en un huésped de especie diferente, sino que degeneran y son



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eliminadas. En realidad, aún injertos entre miembros de una misma especie suelen ser rechazados; sólo prenden entre donadores y huéspedes genéticamente idénticos, como gemelos homocigotos o miembros de cepas muy puras. Cuando se ingieren proteínas, son hidrolizadas a aminoácidos antes de ser absorbidas a la corriente sanguínea. Los aminoácidos son llevados a todas las regiones del organismo, donde sirven para la elaboración de nuevas proteínas, o son metabolizados para liberar energía. Cuando un hombre ingiere carne de res en un bistec, estas proteínas se desdoblan en los aminoácidos que las componen. Luego, en los tejidos humanos, se vuelven a combinar para formar proteínas humanas. Los aminoácidos puros obtenidos de las proteínas tienen sabor dulce. (El glutamato monosódico es la sal del ácido glutámico, aminoácido de importancia especial en el metabolismo. Se utiliza ampliamente en cocina para dar sabor "a carne"). Las proteínas tienen importancia primordial como componentes estructurales de las células y como constituyentes funcionales de enzimas y algunas hormonas, pero pueden servir también como combustible para producción de energía. Los aminoácidos pierden primero su grupo amino por una reacción enzimática llamada desaminacíón. El grupo amino reacciona con otras sustancias para formar urea, que se excreta. El resto de la molécula puede transformarse por una serie de fases intermedias en glucosa, que se utiliza pronto como combustible, o almacenarse como glucógeno. Nuestros conocimientos referentes a la transformación de proteínas en carbohidratos y grasas derivan de experimentos con sustancias marcadas con isótopos de carbono, hidrógeno y nitrógeno. En el ayuno prolongado, después de agotados el glucógeno y las grasas, pueden emplearse como combustibles las proteínas celulares. Los datos de que disponemos en la actualidad indican que el cuerpo humano (y las células animales en general) puede elaborar algunos aminoácidos, pero con todos, en presencia de sustancias de base adecuada. Los que no puede fabricar el organismo animal deben obtenerse directa o indirectamente de las plantas, en forma de alimento, o tal vez de las bacterias que viven en el intestino. Las plantas pueden sintetizar todos los aminoácidos a partir de sustancias simples. Los aminoácidos que los animales no pueden sintetizar y que deben obtener en su alimentación, se llaman aminoácidos esenciales. Debe comprenderse que estos

aminoácidos no son más esenciales que otros; sólo lo son respecto a la alimentación pues no es posible sintetizarlos. Los animales difieren por sus capacidades biosintéticas; lo que es un aminoácido esencial para una especie puede no serlo en la dieta de otro. Las personas con ciertos errores innatos del metabolismo pueden necesitar otros aminoácidos en su dieta. Por ejemplo, la tirosina es un aminoácido esencial para un individuo que sufre fenilcetonuria.

ÁCIDOS NUCLEICOS Los ácidos nucleicos son moléculas complejas, mayores que la de casi todas las proteínas; poseen carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno y fósforo. Fueron aislados por Miescher en 1870 los núcleos de células del pus y deben su nombre al hecho de ser ácidos y de haberse encontrado por primera vez en los núcleos. Hay dos variedades de ácido nucleico: uno que contiene ribosa se llama ácido ribonucleico o ARN (del inglés ribose nucleic acid), y otro desoxirribosa, llamado ácido desoxirribonucleico o ADN (del inglés desoxyribonucleic acid). Hay muchos tipos distintos, tanto de ARN como de ADN, los que difieren por sus detalles estructurales y funciones metabólicas. Fig. 3: Distintos tipo de ARN

El ADN se encuentra en los cromosomas del núcleo de la célula y, en cantidades mucho menores, en mitocondrias y cloroplastos. Es el principal depósito de información biológica. Fig. 4: Molécula de ADN



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En células eucarióticas el ARN se encuentra en el núcleo, especialmente en el nucléolo, en los ribosomas, y en cantidades en las partes de la célula. Los ácidos nucleicos están formados por subunidades llamadas nucleótidos, cada uno con una base nitrogenada, un azúcar de cinco carbonos y acido fosfórico. En ellos hay dos tipos de base nitrogenadas, las purinas y las pirimidinas. El ARN contiene las purinas; adenina y guanina, las pirimidinas; citosina y uracilo, junto con la pentosa, ribosa y ácido fosfórico. El ADN contiene adenina y guanina, citosina y la pirimidina timina, así como desoxirribosa y ácido fosfórico. Las moléculas de ácidos nucleicos constan de cadenas lineales de nucleótidos, unidas entre sí por enlaces que van del azúcar de una cadena al ácido fosfórico de la otra. La especificidad del ácido nucleico reside en el orden específico de los cuatro tipos de nucleótidos en la cadena; por ejemplo: CCGATTA puede representar un fragmento de una molécula de ADN donde C = citosina, G = guanina, A = adenina y T = timina. En la actualidad hay pruebas abundantes de que el ADN representa la especificidad y propiedad químicas de los genes, unidades de la herencia. Se conocen varios tipos de ARN, cada uno de los cuales desempeña papel específico en la síntesis de proteínas específicas por la célula.

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