ATP ( adenosin trifosfato)

1. Concepto

Aunque son muy diversas las biomoléculas que contienen energía almacenada en sus enlaces, es el ATP (adenosín trifosfato) la molécula que interviene en todas las transacciones de energía que se llevan a cabo en las células; por ella se la califica como "moneda universal de energía".

El ATP está formado por adenina, ribosa y tres grupos fosfatos, contiene enlaces de alta energía entre los grupos fosfato; al romperse dichos enlaces se libera la energía almacenada.
En la mayoría de las reacciones celulares el ATP se hidroliza a ADP, rompiéndose un sólo enlace y quedando un grupo fosfato libre, que suele transferirse a otra molécula en lo que se conoce como fosforilación; sólo en algunos casos se rompen los dos enlaces resultando AMP + 2 grupos fosfato.
El sistema ATP <-> ADP es el sistema universal de intercambio de energía en las células.

 2. Hipótesis Quimiosmótica

Según la hipótesis quimiosmótica sostenida por el investigador P. Mitchell, que es la que goza de mayor prestigio, y puede además explicar la síntesis de ATP tanto en la mitocondria como en el cloroplasto. La energía liberada por el transporte de electrones se utiliza para bombear protones desde la matriz al espacio intermembrana (en mitocondrias); o desde el estroma al interior del tilacoide (en cloroplastos). El bombeo de protones se realiza a través de transportadores localizados en complejos enzimáticas existentes en la membrana (de las crestas mitocondriales o membrana tilacoidal, según el caso).

De esta manera se genera un gradiente electroquímico de protones que ejerce lo que se conoce como fuerza protonmotriz, ya que cuando los protones atraviesan de nuevo la membrana interna (mitacondrial o tilacoidal) a favor del gradiente, lo hacen a través del sistema ATP-sintetasa, que se encuentra en dichas membranas, donde la energía protonmotriz se transforma en energía de enlace en moléculas de ATP.

El proceso se podría comparar con este símil: El flujo de protones cumple el papel de transductor de energía, del mismo modo que el vapor que suministra una caldera puede utilizarse para generar energía eléctrica: el calor aplicado a la caldera (flujo de electrones) calienta el agua y forma vapor de agua (gradiente electroquímico de H+), cuya presión (fuerza protonmotriz) se puede acoplar a las turbinas de un generador eléctrico (ATP sintetasa) para producir electricidad (ATP).

3. ATP, Sustancia Clave en la Liberación de Energía:

La contracción muscular (esquelética) sólo es posible utilizando la energía que es liberada al descomponerse el ATP (Adenosintrifosfato) bajo la acción de una enzima (ATPasa). En presencia de la ATPasa el ATP se descompone en ADP (Adenosindifosfato) más P (Fósforo) más ENERGIA (de esta última, una parte se utiliza al realizar trabajo y otra parte variable en su magnitud se pierde en forma de calor).

Las reservas de ATP en los músculos, apenas alcanzan para unas cuantas contracciones. Estas reservas deben ser mantenidas por generación continua de ATP, fenómeno que ocurre gracias a la combustión de los alimentos en presencia de oxígeno. En trabajos un poco más prolongados el músculo dispone de otro fosfato rico en energía (Creatinfosfato), que al desdoblarse libera Energía y reconstituye el ADP en ATP.

Esa energía almacenada (como ATP y Creatinfosfato) puede compararse por analogía con la batería de un automóvil, ella alcanza para iniciar el trabajo muscular, pudiendo realizarse con esa energía almacenada trabajo durante 5 a 8 segundos. Esto puede ser suficiente para actividades deportivas como lanzamiento de disco, de martillo, salto alto, salto largo, etc., pero no para actividades musculares que duran más alla del tiempo mencionado, a menos de que este sistema (o reserva energética) sea nuevamente llenado.

La forma más efectiva para lograr este relleno energético es mediante la combustión de sustancias ricas en energía (el papel principal lo tiene la glucosa). Sin embargo, cuando esto no es suficiente; entonces se pone en marcha el mecanismo de disposición de energía por la vía anaeróbica acompañada de la formación de ácido láctico. Lo cual ocurre en tres condiciones:
a) Al inicio del trabajo muscular, el proceso de combustión requiere de un intervalo de tiempo para ponerse a plena marcha.
b) El lactato siempre se forma en cargas dinámicas altamente intensivas (carrera de 400 mts).
c) La forma típica de carga que acompaña a la liberación de energía con predominante formación de ácido láctico es la carga de fuerza (desarrollo y mantenimiento de fuerza). caso del trabajo estatico.

En este caso el músculo se contrae (desarrolla tensión sin acortamiento), lo cual eleva la presión en el tejido muscular, esto comprime los vasos sanguíneos que conducen la sangre arterializada (rica en oxígeno) hacia el músculo. Este tipo de trabajo muscular bloquea el suministro de oxígeno y por lo tanto la combustión de sustancias ricas en energía (glucosa) se torna imposible.

4. Estrés Oxidativo y Nutrición

Las reacciones de óxido reducción tienen una amplia distribución en la naturaleza, y las células de nuestro organismo no están ajenas a estos procesos; muy por el contrario la transformación de los alimentos en sustratos más simples, de los cuales es posible obtener energía, involucra reacciones químicas de óxido reducción. Durante el proceso de respiracióncelular se consume oxígeno, y se genera ATP (adenosin trifosfato), quedando como productos dióxido de carbono y agua. Sin embargo, durante esta normal transformación se producen también otras moléculas residuales, las especies reactivas del oxígeno o radicales libres.

Los radicales libres son átomos o moléculas inestables, altamente reactivas que atacan los enlaces de proteínas de los tejidos, los fosfolípidos poliinsaturados de las membranas celulares, carbohidratos, y los ácidos nucleicos de las células. Al actuar, se activa una reacción en cadena que podría incluso llevar a la muerte de la célula.

5. Las Metas para Controlar el Colesterol

Este año (2001) se produjo el tercer reporte del panel de expertos sobre detección, evaluación y tratamiento del colesterol sanguíneo elevado en adultos, llamado más comunmente ATP (por sus siglas en inglés).
Este reporte actualiza la guía clínica del Programa Nacional de Educación en Colesterol de los Estados Unidos de América, guía que tradicionalmente es una importante fuente de consulta para la mayoría de los médicos latinoamericanos.
El ATP hace énfasis en en el tratamiento estricto para controlar el colesterol que debe seguir el paciente con enfermedad cardiaca coronaria establecida (quien ha sufrido de un infarto cardíaco, por ejemplo) y propone un especial enfoque para aquellas personas con alto riesgo de sufrir de enfermedad cardiaca coronaria porque presentan múltiples factores de riesgo.

El reporte propone que a todo adulto mayor de 20 años se le mida las concentraciones de:

• Colesterol total
• Colesterol LDL (colesterol en lipoproteínas de baja densidad)
• Triglicéridos
• El colesterol HDL (colesterol en lipoproteínas de alta densidad) puede calcularse a partir de los anteriores datos

Debe realizarse en completo ayuno y repetirse una vez cada 5 años si el colesterol total es menor de 200 mg/dl. ó el colesterol HDL es mayor de 40 mg/dl. En caso contrario deberá hacerse un seguimiento de acuerdo a la importancia de cada caso en particular.

6. Como los Nutrientes se Relacionan con la Performance Atletica

La energía es el combustible utilizado para alimentar músculos, huesos, nervios, órganos y todas las actividades metabólicas del organismo. La energía se obtiene de tres fuentes primarias: carbohidratos, grasas y proteínas. Estos nutrientes proveen la energía química en forma de ATP (adenosintrifosfato), permitiendo la contracción de los músculos durante la actividad física.

En descanso y durante actividad de baja intensidad y larga duración (aeróbica) como "endurance" o "trekking" (la prueba completa es un ejercicio aeróbico con picos de anaeróbico) el metabolismo del músculo se alimenta de grasa como fuente principal de energía. En el ejercicio aeróbico, que requiere oxígeno el caballo quema grasa y gasta glucógeno mientras lleva a cabo un trabajo lento, de baja intensidad que puede durar largo tiempo.

El adenosintrifosfato(ATP) se produce en el metabolismo de las grasas, glucógeno y proteína, para proveer energía para la contracción muscular. A medida que crece la intensidad del ejercicio, aumenta la utilización de carbohidratos. En ejercicio de alta intensidad y poca duración (anaeróbico) como carreras de velocidad, carreras de tambores y "cutting" la fuente primordial de energía son los carbohidratos provenientes del glucógeno muscular y no se requiere oxígeno. El ejercicio anaeróbico tiene que ver con alta intensidad en períodos breves. Sin embargo, como se gastan las reservas de glucógeno del músculo en el ejercicio anaeróbico, la glucosa de la sangre será utilizada. La oxidación de la proteína se hace también importante. Sin embargo, la proteína no es el combustible más importante, ni el mas eficiente

7. La Evolución de las Proteínas

Proteína (protos) significa lo primero, lo inicial. Proteo, dios marino de la mitología griega, tenía la capacidad de cambiar de forma cuando quería. Las proteínas son macromoléculas orgánicas formadas por aminoácidos. Toda vida tiene su origen en este principio molecular primigenio y versátil. Desde hace 4 mil millones de años vivimos en la era de las proteínas. Prácticamente todas las funciones que los seres vivos realizan son llevadas a cabo por proteínas (enzimas, anticuerpos, algunas hormonas y toxinas, etcétera). Existen unas 3 mil proteínas distintas en una bacteria, y cerca de 40 mil en un ser humano.

El proceso evolutivo ha estado presente en todos los aspectos del universo: los simples átomos de hidrógeno se fusionaron para transmutarse en helio, carbón, hierro y los demás elementos químicos; las estrellas y las galaxias también evolucionan; los elementos se combinaron para formar desde moléculas simples hasta complejas macromoléculas; los seres vivos más sencillos dieron lugar a organismos complejos y las aldeas primitivas se convirtieron en megalópolis. Las proteínas también evolucionan.

La función de una proteína está determinada por su estructura estereo-química, es decir, por el arreglo de sus átomos en el espacio. En teoría podría haber infinidad de arreglos posibles, pero uno de los hallazgos recientes más importantes en bioquímica es que solo existen unas pocas estructuras estereo-químicas básicas. Se cree que estas estructuras básicas corresponden a proteínas ancestrales que dieron origen a todas las proteínas actuales. Sería difícil exagerar la importancia de este concepto que da las bases para entender la relación estructura-función de las proteínas, para el diseño de proteínas nuevas, y para estudiar la evolución molecular y biológica en tiempos tan remotos que ningún otro enfoque permitiría.

Como producto del proyecto de investigación doctoral de Katy Juárez López, realizado en el laboratorio del doctor Enrique Morett, del Instituto de Biotecnología de la UNAM, apareció en la revista Proceedings of The National Academy of Science (vol. 97, marzo 28) el artículo "Evolución recíproca de los dominios de un transactivador en un espacio de secuencia restringido".

En su compleja estructura, una proteína contemporánea cuenta con secciones específicas, llamadas dominios, que conjuntamente proveen la función global de la proteína. Algunos de estos dominios pueden acoplarse, cual engranes de una rueda dentada, a las secuencias de ADN activando sus genes; otros realizan funciones catalíticas o permiten la transferencia de energía, mediante el rompimiento de un enlace fuerte del ATP (adenosin trifosfato). Hasta ahora se daba como un hecho que el acoplamiento de un "switch" molecular como NifA con su ADN debía ser muy preciso para desencadenar reacciones de síntesis (activación), pero las investigaciones realizadas por Katy Juárez con el ADN demuestran la posibilidad de responder a una mutación que afecta la precisión de ensamble, aumentando su función activadora. Alternativamente, un enlace débil con el ADN pudo haber sido seleccionado en respuesta a una desfavorablemente elevada función de activación. Esto nos indica que ha habido procesos de diferenciación estructural y evolutiva de los dominios iniciales. Una proteína puede mantener su capacidad óptima balanceando dinámicamente las actividades de sus diferentes dominios. A este proceso se le denominó "evolución recíproca de dominios".

8. Sustancias de Interés Biológico

Las sustancias que constituyen los seres vivos presentan una enorme variedad, aunque en su gran mayoría son compuestos del carbono, con estructuras moleculares complejas. Sin embargo, esta variedad de moléculas orgánicas es consecuencia de las combinaciones de un número reducido de moléculas sencillas que se unen entre sí para dar origen a largas cadenas.
Los cuatro grupos principales de macromoléculas que constituyen los seres vivos son: proteínas, polisacáridos, lípidos y ácidos nucleicos. Cada uno de estos grupos cumple una función específica en todas las células.

1. Las proteínas son las macromoléculas más abundantes en el interior de las células, constituyendo el 50 % o más de su peso seco. Unas tienen funciones estructurales en las células y otras, actividades catalíticas específicas.
2. Los polisacáridos son almacén energético y cumplen funciones estructurales extracelulares.
3. Los lípidos también cumplen dos funciones principalmente: son constituyentes de membranas celulares y almacenes ricos en energía.
4. Los ácidos nucleicos actúan almacenando y transmitiendo la información genética.

Dentro de las funciones de los acidos nucleiros tenemos la secuencia de bases del ADN se guarda la información que permite la biosíntesis de las proteínas, determinando la secuencia de aminoácidos. Esta información se denomina código genético.

La estructura de doble hélice permite la duplicación del ADN al abrirse las cadenas y poderse copiar, a partir de cada una, otra con idéntica estructura. Esta propiedad del ADN es la base de la reproducción de los seres vivos.
El ARN participa en la síntesis de proteínas, siendo un intermediario que se crea a partir del ADN.
EL ADENOSINTRIFOSFATO (ATP) se conoce como la «moneda energética» de la célula, ya que los enlaces entre los fosfatos son muy ricos en energía. Cuando se rompen estos enlaces se desprende gran cantidad de energía. De la misma manera, si en un proceso metabólico (por ejemplo, en la glucólisis) se desprende energía, ésta es captada en forma de ATP para su posterior utilización.

Esquema de la Organización Mitocondrial:

El alimento que comemos se oxida para producir electrones de alta energía que se convierten en energía almacenada. Esta energía es almacenada en enlaces fosfato de alta energía, en una molécula llamada adenosin trifosfato o ATP. El ATP proviene de convertir el adenosin difosfato o ADP , mediante la adición de un grupo fosfato con un enlace alta energía. Varias reacciones en la célula pueden o utilizar la energía (en este caso el ATP se convierte en ADP liberando el enlace de alta energía), o producirla (en donde el ATP se produce a partir del ADP.

9. Pasos desde la Glicólisis a la cadena de transporte de electrones. ¿Por qué la Mitocondria es Importante?

Repasemos los pasos de tal manera que se pueda ver como el alimento se transforma en paquetes de energía de ATP y agua. El alimento que ingerimos debe convertirse en los metabolitos básicos que la célula puede utilizar. Por ejemplo el pan (que contiene carbohidratos), debe sufrir la acción de las enzimas digestivas (en el borde del intestino o en la luzintestina) para convertirse en unidades de carbohidratos simples que hemos llamado glucosa. La glucosa debe absorberse y luego debe entrar en la célula mediante moléculas especiales en la membrana celular, que hemos denominado "transportadores de glucosa".

Una vez dentro de la célula la glucosa es procesada (se hacen moléculas mas pequeñas) para hacer ATP por dos vías. La primera vía no requiere oxígeno y es llamado el metabolismo anaerobio. Esta vía es llamada glicólisis y se lleva a cabo el citoplasma, fuera de la mitocondria. Durante la glicólisis de la molécula original de glucosa (6 carbonos) se obtienen dos moléculas de piruvato ( 3 carbonos cada una) (gluco – dulce, lisis-cortar). Otros alimentos como las grasas pueden también ser degradados ("cortados") para ser utilizados como combustible. Cada reacción ha sido diseñada algunos iones de hidrógeno (electrones), que pueden utilizarse para hacer paquetes de energía (ATP). Sin embargo sólo 4 moléculas de ATPs pueden ser hechas a partir de glucosa mediante esta vía (glicólisis). Por esto la mitocondria y el oxígeno son tan importantes. Necesitamos continuar con el proceso de degradación con el ciclo de Krebs o de los ácidos tricarboxílicos, dentro de la mitocondria, para sí conseguir suficiente ATP para que la célula pueda efectuar todas sus funciones.

Los eventos que ocurren dentro y fuera de la mitocondria son dibujados en el diagrama anterior. Piruvato es llevado dentro de la mitocondria, y allí convertido a Acetil Co-A, el cual entra al ciclo de Krebs. La primera reacción produce dióxido de carbono, CO2, puesto esta reacción involucra la remoción de un carbono del piruvato.

10. Cadena de Transporte de Electrones

La tercera bomba en la serie cataliza la transferencia de electrones al oxígeno para hacer agua. Este bombeo quemiosmótico crea un gradiente electroquímico de protones a través de la membrana, el cual es utilizado para potenciar "la maquina productora de energía", o sea a la Sintasa de ATP . .Esta moléculas se encuentra en la pequeñas "partículas elementales"que se proyectan desde la cresta. La ilustración de abajo muestra una partícula elemental

Como se mencionó arriba, este proceso requiere oxígeno, por lo cual se llama "metabolismo aeróbico". La ATP Sintasa utiliza la energía del gradiente de iones hidrógeno (también llamado protón), para hacer ATP a partir de ADP y fosfato. También se produce agua a partir del oxígeno e hidrógeno. Así cada compartimiento en las mitocondrias se especializa en una fase de estas reacciones.

Diagrama de la Sintasa del ATP: 
Revisemos el NAD y FAD remueven electrones que se donan durante algunos de los pasos del cilco del ácido cítrico o de Krebs. Luego ellos llevan los electrones a las bombas de transporte de electrones y donan los electrones a las bombas, así el NAD y el FAD se "oxidan" puesto que ellos pierden iónes hidrógeno que donan a las bombas. Luego las bombas transportan los iones hidrógeno al espacio entre las dos membranas donde alcanzan una concentración suficientemente alta como para servir de combustible a las bombas de ATP. Con suficiente combustible, las bombas "fosforilan"el ADP . Entonces así es como la oxidación"está acoplada con la "fosforilación".

Los hidrógenos que son bombeados nuevamente a la matrix mitocondrial por la bomba de ATP se combinan con el oxígeno para hacer agua. Y esto es muy importante, por que sin oxígeno, los iones de hidrógeno se acumularían, y el gradiente de concentración requerido para correr las bombas de ATP no seria posible. Y por lo tanto no podría trabajar la bomba de ATP.

Por qué Necesitamos a la Mitocondria:
La idea detrás del proceso es obtener el máximo posible de ATP de la glucosa (y de otros productos alimenticios). Si no tenemos oxígeno, por cada molécula de glucosa sólo obtendremos 4 moléculas de ATP – los paquetes de energía (en la glicólisis). Sin embargo, cuando tenemos oxígeno, podemos correr el ciclo de Krebs y producir muchos mas iones hidrógeno que pueden potenciar las bombas de ATP. Del ciclo de Krebs podemos obtener 24-28 moléculas de ATP. De la glicólisis obtenemos 4 moléculas) Entonces Ud. puede ver cuanta más energía podemos obtener de una molécula de glucosa cuando se encuentran trabajando las mitocondrias y tenemos oxígeno.

11. Estructura y Función de la Membrana Interna y de las Partículas Elementales

Ahora podemos apreciar la importancia de las crestas. Ellas no solamente contienen y organizan la cadena de transporte de electrones y las bombas de ATP, si no que también sirven para separar la matrix del espacio intermembrana, en donde se acumulan los iones hidrógenos que permitirán el gradiente necesario para potenciar las bombas de ATP. Cuando se discuta la manera en que las mitocondrias mueven las proteínas hacia la matrix, se verá otra razón por la que este gradiente de iones de hidrógeno (protones) es tan importante.

Ilustración de las Partículas Elementales: (carmelitas)
Con coloraciones apropiadas es posible ver unas proyecciones de la superficie de la membrana interna de la cresta que se han llamado partículas elementales. Estas son moléculas de Sintasa de ATP
Los diagramas anteriores mostraron al Citocromo C, situado justamente hacia fuera de la membrana interna. Es un proteína periférica, pegada sin mucha fuerza, localizada en el espacio contenido por la cresta.
De hecho si la membrana externa es removida, frecuentemente se pierde el Citocromo C, y debe ser remplazado para promover la función del mitoplasto.

Ganadores del Premio Nobel sobre Adenosin Trifosfato:
Boyer, Paul D. (Estados Unidos)
Por su comprensión del mecánismo enzimático subyacente a la síntesis del Adenosin Trifosfato (ATP).
Universidad de California. Los Angeles, CA, Estados Unidos
Skou, Jens C. (Dinamarca)
Por el primer descubrimiento de una enzima transportadora de iones Na+ y K+ en el ATP.
Universidad de Aarhus. Dinamarca
Walker, John E. (Gran Bretaña)
Por su comprensión del mecánismo enzimático subyacente a la síntesis del Adenosin Trifosfato (ATP).
Consejo de Investigación Médica del Laboratorio de Biología Molecular. Cambridge, Gran Bretaña

Autor:

Soto Ojeda Alvaro

Leer más: http://www.monografias.com/trabajos14/adenosin/adenosin.shtml#ixzz3ZKTH5n76

Proteínas fluorescentes

ABRIL 2013
SEBBM DIVULGACIÓN
SEBBM DIVULGACIÓN
LA CIENCIA AL ALCANCE DE LA MANO
Las proteínas fluorescentes, nuevos colores para la biología celular
Lucía Sánchez Ruiloba

Servicio de Microscopía Óptica y Confocal del Instituto de Investigaciones Biomédicas “Alberto Sols”
Biografía
Licenciada en Bioquímica por la Universidad Autónoma de Madrid (2002). Doctora en Ciencias por la Universidad Autónoma de Madrid (2008), título del trabajo: “Localización y función de la proteína quinasa d y kidins220 en células neuronales”.
Durante su periodo de tesis realizó una estancia de 5 meses en la Universidad de Pensilvania (Philadelphia, EEUU). Tiene 8 publicaciones en revistas internacionales. Ha asistido a 4 congresos internacionales, así como a 2 nacionales. Durante algo más de un año trabajó en el laboratorio de microscopía confocal del Servicio Interdepartamental de Investigación de la Universidad Autónoma de Madrid. (octubre 2005-febrero 2007). Desde el 2010 es responsable del servicio de microscopía optica y confocal del Instituto de Investigaciones Biomédicas “Alberto Sols” del Consejo Superior de Investigaciones Científicas, que da soporte a numerosos grupos de investigación.
http://www.sebbm.es/
HEMEROTECA:
http://www.sebbm.es/ES/divulgacion-ciencia-para-todos_10/la-ciencia-al-alcance-de-la-mano-articulos-de-divulgacion_29
Resumen
El descubrimiento y desarrollo de las proteínas fluorescentes supuso una revolución en el campo de la biología celular. La fusión de proteínas fluorescentes con proteínas de interés permite monitorizar multitud de procesos biológicos en tiempo real en células y organismos vivos. Gracias a las proteínas fluorescentes se han desarrollo técnicas específicas para el estudio de la dinámica y movimiento de proteínas (FRAP) así como para el análisis de interacciones proteicas (FRET).
Summary
The discovery and development of fluorescent proteins have revolutionized cell biology. Fluorescent proteins can be incorporated into proteins of interest by genetic fusion. These chimeric proteins allow imaging of a wide range of biological events in living cells and full organisms. New technologies have been developed using fluorescent proteins. These technologies have greatly advanced our understanding of proteins dynamics (FRAP) and protein interactions (FRET).
El descubrimiento de la proteína verde fluorescente por el doctor Osamu Shimomura en 1968 se produjo cuando estudiaba la capacidad de emitir luz verde de la medusa Aequorea victoria. Descubrió que están implicadas dos proteínas. Aequorin, que emite luz azul a través de un proceso de bioluminiscencia, y otra proteína capaz de absorber esta luz azul y emitir fotones de luz verde. A esta proteína se le denominó proteína verde fluorescente o GFP, del inglés Green Fluorescent Protein.
En 1992 se identificó la secuencia de nucleótidos de esta proteína fluorescente y dos años más tarde Martin Chalfie la introdujo en un organismo completo, en el nematodo Caenorabditis Elegans. Así se descubrió que la GFP posee dos características claves que han permitido su posterior aplicación en el campo de la biología celular. Por un lado, se pliega de manera espontánea y adquiere su conformación fluorescente sin necesidad de ningún cofactor. Por otro lado, no produce toxicidad al expresarla en otro organismo.
Tras el descubrimiento de la proteína verde fluorescente muchos investigadores han centrado sus esfuerzos en identificar y desarrollar nuevas proteínas fluorescentes. Se han descubierto proteínas procedentes de otros organismos como la DsRed, proteína con fluorescencia roja que proviene de la anémona Discosoma Striata. Además, realizando sustituciones de aminoácidos en las proteínas ya conocidas se han mejorado características como el brillo o la estabilidad, y se ha modificado su espectro de emisión. La sustitución de la treonina 203 por tirosina en la GFP da lugar a una proteína con fluorescencia amarilla.
ABRIL 2013
SEBBM DIVULGACIÓN
En este campo es especialmente relevante el trabajo de Roger Tsien. Ya que tras dedicarse al estudio de la estructura de la GFP ha sido capaz de crear una gran variedad de proteínas fluorescentes de diferentes colores.
Las proteínas fluorescentes disponibles en la actualidad cubren prácticamente todo el espectro de luz visible. Combinándolas en la misma muestra se pueden realizar marcajes multicolores y estudiar diferentes moléculas simultáneamente.
El descubrimiento y desarrollo de las diferentes variedades de las proteínas fluorescentes supuso una revolución en la biología celular. Tanto es así, que los investigadores Osamu Shimomura, Martin Chalfie y Roger Tsien obtuvieron el premio Nobel de Química en 2008.
Las técnicas y aplicaciones que se han desarrollado gracias al uso de estas proteínas son muy variadas y los objetivos que persiguen son muy diferentes.
Una de las aplicaciones más extendidas de las proteínas fluorescentes es la fusión con proteínas de interés, lo que permite observar la localización de la proteína quimérica manteniendo las células intactas. Se han creado proteínas fluorescentes con secuencias específicas de localización que las sitúan en los diferentes orgánulos celulares, de esta manera se puede realizar un seguimiento de su morfología, fusión y fisión, segregación durante la división celular…Combinando el marcaje de proteínas de interés con el marcaje de orgánulos específicos se pueden realizar estudios de localización, tráfico y movimiento de proteínas a lo largo del tiempo.
Además de moléculas intracelulares las proteínas fluorescentes permiten el marcaje de células o tejidos en animales enteros. El objetivo de estos marcajes es la visualización de la morfología, localización y movimiento de las células o tejidos marcados durante el desarrollo embrionario o procesos tumorales, entre otros.
Un subgrupo dentro de las proteínas fluorescentes lo componen las fotoactivables y las fotoconvertibles. Las proteínas fotoactivables en su estado basal no son fluorescentes pero tras su iluminación con una determinada longitud de onda sufren un cambio conformacional y adquieren capacidades fluorescentes. Las fotoconvertibles se comportan igual que las anteriores pero su fluorescencia es reversible si se vuelven a iluminar con la longitud de onda precisa. Estas proteínas permiten la monitorización de moléculas o células en el espacio y en el tiempo. Presentan la ventaja de que se pueden activar regiones de interés y así discernir el comportamiento de determinados subgrupos de proteínas o células.
Las proteínas fluorescentes han permitido el desarrollo de técnicas microscópicas basadas en las propiedades de sus cromóforos.
Entre ellas cabe destacar la técnica de FRAP que estudia la recuperación de la fluorescencia después del fotoblanqueado. Consiste en excitar con luz de alta intensidad las proteínas fluorescentes de una región concreta de manera que pierdan su fluorescencia. A continuación se analiza cómo se recupera la fluorescencia en esa región. Esta recuperación será debida al movimiento de las partículas fluorescentes que se encontraban fuera de la región sobre-excitada. Así se obtienen datos sobre el movimiento o la difusión de las moléculas marcadas fluorescentemente.
Otra técnica ampliamente utilizada es el FRET (Föster Resonance Energy Transfer). Se basa en el uso simultáneo de una pareja de moléculas fluorescentes, en la cual la primera de ellas emite luz de una longitud de onda capaz de excitar a la segunda. Si estas moléculas se encuentran a menos de 10 nanómetros, iluminando la primera de ellas podremos observar fluorescencia emitida por la segunda. Esto es debido a que ha sido excitada con la luz de emisión de la primera. Usando esta técnica podemos identificar inequívocamente interacciones entre las proteínas estudiadas.
Las proteínas fluorescentes, así como las técnicas derivadas de ellas, han supuesto un gran avance en el área de la biología celular, pero este campo está en continuo desarrollo y en los próximos años aparecerán nuevas técnicas y proteínas que nos permitirán mejorar nuestros conocimientos y responder a nuevas preguntas.
Referencias
1.Handbook of Biological Confocal Microscopy. Second edition. James B. Pawley.
2.http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/nobelguide_che.pdf
3.Páginas web con información de microscopía. http://micro.magnet.fsu.edu/primer/techniques/livecellimaging/index.html
http://www.microscopyu.com/articles/livecellimaging/fpintro.html
http://www.olympusconfocal.com/applications/index.html

Figura. Cultivo de neuronas corticales de embrión de rata transfectadas con un plásmido que codifica para la proteína verde fluorescente (GFP). La tinción en azul corresponde con el marcador de ácidos nucléicos DAPI a través del cual se puede detectar el núcleo de todas las células presentes en el campo. Como se puede observar solo una de ellas expresa la proteína verde fluorescente. La barra de escala corresponde a 50 micras. Imagen cedida por la Dra. Teresa Iglesias Vacas del Instituto de Investigaciones Biomédicas "Alberto Sols" de Madrid.

Funcion de los organelos celulares

Organelos celulares

Los cloroplastos son los orgánulos  celulares que en los organismos eucariontes foto sintetizadores se ocupan de la fotosíntesis. Están limitados por una envoltura formada por dos membranas concéntricas y contienen vesículas, los pinacoides, donde se encuentran organizados los pigmentos y demás moléculas que convierten la energía luminosa en energía química, como la clorofila.

El término cloroplastos sirve alternativamente para designar a cualquier plasto dedicado a la fotosíntesis, o específicamente a los plastos verdes propios de las algas verdes y las plantas.

Los peroxisomas son orgánulos citoplasmáticos muy comunes en forma de vesículas que contienen oxidasas y catalasas. Estas enzimas cumplen funciones de detoxificación celular. Como la mayoría de los orgánulos, los peroxisomas solo se encuentran en células eucariotas. Fueron descubiertos en 1965 por Christian deDuve y sus colaboradores. Inicialmente recibieron el nombre de micro cuerpos y están presentes en todas las células eucariotas

Los peroxisomas tienen un papel esencial en el metabolismo lipidio, en especial en el acortamiento de los ácidos grasos de cadena muy larga, para su completa oxidación en las mitocondrias, y en la oxidación de la cadena lateral del colesterol, necesaria para la síntesis de ácidos biliares; también interviene en la síntesis de glicerolípidos, ásteres ripidios del glicerol (plasmógenos) e isoprenoides; también contienen enzimas que oxidan aminoácidos, ácido úrico y otros sustratos utilizando oxígeno molecular con formación de agua oxigenada

El aparato de Golgi es un orgánulo presente en todas las células eucariotas excepto los glóbulos rojos y las células epidérmicas. Pertenece al sistema de endomembranas del citoplasma celular. Está formado por unos 80 dictiosomas

Funciona como una planta empaquetadora, modificando vesículas del retículo endoplasma tico rugoso. El material nuevo de las membranas se forma en varias cisternas del Golgi. Dentro de las funciones que posee el aparato de Golgi se encuentran la glicosilación de proteínas, selección, destinación, glicosilación de lípidos, almacenamiento y distribución de lisosomas y la síntesis de polisacáridos

El cito esqueleto es un entramado tridimensional de proteínas que provee soporte interno en las células, organiza las estructuras internas de la misma e interviene en los fenómenos de transporte, tráfico y división celular. En las células eucariontes, consta de micro filamentos, filamentos intermedios y micro túbulos, mientras que en las procariotas está constituido principalmente por las proteínas estructurales FtsZ y MreB. El cito esqueleto es una estructura dinámica que mantiene la forma de la célula, facilita la movilidad celular (usando estructuras como los cilios los flagelos), y desempeña un importante papel tanto en el tráfico intracelular (por ejemplo, los movimientos de vesículas y orgánulos) y en la división celular

Las mitocondrias son los orgánulos celulares encargados de suministrar la mayor parte de la energía necesaria para la actividad celular. Actúan, por lo tanto, como centrales energéticas de la célula y sintetizan ATP a expensas de los carburantes metabólicos (glucosa, ácidos grasos y aminoácidos). La mitocondria presenta una membrana exterior permeable a iones, metabólicos y muchos poli péptidos

La principal función de las mitocondrias es la oxidación de meta bolitos (ciclo de Krebs, beta-oxidación de ácidos grasos) y la obtención de ATP mediante la fosforilación exudativa, que es dependiente de la cadena transportadora de electrones; el ATP producido en la mitocondria supone un porcentaje muy alto del ATP sintetizado por la célula. También sirve de almacén de sustancias como iones, agua y algunas partículas como restos de virus y proteínas.

RER(reticulo endoplasmatico rugoso) es un orgánulo propio de la célula eucariota que participa en la síntesis y el transporte de proteínas en general

En su interior se realiza la circulación de sustancias que no se liberan al citoplasma.

Su principal función es la de participar en la síntesis de todas las proteínas que deben empacarse o trasladarse a la membrana plasmática o de la membrana de algún orgánulo. También lleva a cabo modificaciones postranscripcionales de estas proteínas, entre ellas sulfacion, plegamiento y glucosilación. Además, los lípidos y proteínas integrales de todas las membranas de la célula son elaboradas por RER. Entre las enzimas producidas, se encuentran las lipasas, las fosfatasas, las ADN asas, ARN asas y otras.

El retículo endoplasmático rugoso suele estar muy desarrollado en las células con alta actividad secretora de proteínas como son los plasmocitos, las células pancreáticas

REL(reticulo endoplasmatico liso) es un orgánulo celular formado por cisternas, tubos aplanados y sáculos membranosos que forman un sistema de tuberías que participa en el transporte celular y en la síntesis de triglicéridos, fosfolípidos y esteroides. También dispone de enzimas destoxificantes, que metabolizan el alcohol y otras sustancias químicas. A diferencia del retículo endoplasmático rugoso, carece de ribosomas adosados a su membrana. En realidad los retículos endoplasmáticos lisos tienen diferentes variantes funcionales que sólo tienen en común su aspecto y la ausencia de ribosomas.

En el REL se lleva a cabo la síntesis de la mayor parte de los lípidos celulares: triglicéridos, fosfoglicéridos, caramidas, esteroides (testosterona, es trona, estradiol…), lípidos derivados del colesterol (ácidos biliares, progesterona, estrógenos, testosterona, vitamina D...) etc. En las membranas del REL se encuentran las enzimas que catalizan las actividades de síntesis (los precursores para la síntesis proviene del cito sol) hacia el cual se orientan los sitios activos de las respectivas enzimas.

Los ribosomas son complejos macromoleculares de proteínas y ácido ribonucleico (ARN) que se encuentran en el citoplasma, en las mitocondrias, en retículo endoplasma tico y en los cloroplastos. Son un complejo molecular encargado de sintetizar proteínas a partir de la información genética que les llega del ADN transcrita

En células eucariotas, los ribosomas se elaboran en el núcleo pero desempeñan su función de síntesis en el cito sol. Están formados por ARN ribosómico (ARN) y por proteínas. Estructuralmente, tienen dos subunidades. En las células, estos orgánulos aparecen en diferentes estados de disociación

Una vacuola es un orgánulo celular presente en plantas y en algunas células protistas eucariotas. Las vacuolas son compartimentos cerrados o limitados por membrana plasmática que contienen diferentes fluidos, como agua o enzimas, aunque en algunos casos puede contener sólidos. La mayoría de las vacuolas se forman por la fusión de múltiples vesículas membranosas. El orgánulo no posee una forma definida, su estructura varía según las necesidades de la célula.

Las vacuolas que se encuentran en las células vegetales son regiones rodeadas de una membrana (tono plasto o membrana vacuolar) y llenas de un líquido muy particular llamado jugo celular

La célula vegetal inmadura contiene una gran cantidad de vacuolas pequeñas que aumentan de tamaño y se van fusionando en una sola y grande, a medida en que la célula va creciendo. En la célula madura, el 90 % de su volumen puede estar ocupado por una vacuola, con el citoplasma reducido a una capa muy estrecha apretada contra la pared celular

La pared celular es una capa rígida que se localiza en el exterior de la membrana plasmática en las células de bacterias hongos, algas y plantas. La pared celular protege los contenidos de la célula, da rigidez a la estructura celular, funciona como mediadora en todas las relaciones de la célula con el entorno y actúa como compartimiento celular. Además, en el caso de hongos y plantas, define la estructura y otorga soporte a los tejidos

La pared celular se construye de diversos materiales dependiendo de la clase de organismo. En las plantas, la pared celular se compone sobre todo de un polímero de carbohidrato denominado celulosa, un polisacárido, y puede actuar también como almacén de carbohidratos para la célula

Fuentes de Vitaminas

Fuentes de vitaminas

Vitamina A	Hígado de pescado, de buey, de ternera y de cerdo. Espinacas, zanahorias, brócoli, achicoria, calabaza amarilla, maíz amarillo. Levaduras, mantequilla, quesos. Albaricoque, caquis, melocotón y melón.
Vitamina B1	Levadura, carne de cerdo, legumbres secas, pan integral, yema de huevo, harina de maíz, cacahuetes, nueces.
Vitamina B2	Hígado de cerdo, de ternera, de buey. Quesos, jamón crudo, setas frescas, carne, huevos, almendras, pescado, leche y legumbres.
Vitamina B6	Levadura, harina integral, huevos, hígado, pescado, carne con nervio. Semillas de cacahuete, de soja. Patatas, espinacas y legumbres.
Vitamina B12	Hígado, riñones (especialmente crudos), pescados, huevos, quesos fermentados.
BIOTINA12	Levadura, hígado, riñones, yema de huevo, leche.
Vitamina C	Naranjas, limones, mandarinas, tomates, berzas, pimientos, patatas, perejil, nabos, espinacas, fresas y melones.
Vitamina D	Aceite de hígado de pescado, pescado de mar, yema de huevo, leche y derivados.
Vitamina E	Aceite de semillas, de grano, de maíz, de girasol. Espinacas, lechuga, hojas verdes en general y yema de huevo.
Ácido Fólico	Copos de maíz, espinacas, hígado, plátanos, almendras, cacahuetes naranjas, tomates, leche, huevos, patatas y albaricoques.
Vitamina K	Hojas verdes, espinacas, coles, tomates, guisantes, hígado de buey, huevos.
Vitamina P	Agrios (especialmente la corteza), pimientos, tomates, uvas, albaricoques, trigo morisco.
Vitamina PP	Hígado, carnes en general, pescado, arroz, pan integral, setas frescas, dátiles, melocotones y almendras.
Ácido Pantoténico	Hígado y riñones de buey (especialmente crudos), cáscara de cereales, huevo crudo, coliflor, verduras verdes y leche.

Componentes orgánicos

Componentes orgánicos

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. 

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.

Existen cuatro grandes grupos de biomoléculas:

l        Prótidos

Las proteínas consisten de cadenas lineales de aminoácidos caracterizadas por la subestructura-CH (NH₂) COOH. Un átomo de nitrógeno y dos de hidrógenos forman el grupo amino (-NH₂) y el ácido es un grupo carboxilo (-COOH). Los aminoácidos son los constituyentes básicos de las enzimas, hormonas, proteínas, y tejidos del cuerpo.

Muchas estructuras del cuerpo están formadas de proteínas. El cabello y las uñas consisten de queratinas o keratinas que son cadenas largas de proteínas con un alto porcentaje (15% -17%) del aminoácido cisteína. Las queratinas son también componentes de las garras, cuernos, plumas, escamas, y pezuñas de los animales. El colágeno es la proteína más común en el cuerpo y comprende aproximadamente el 20-30% de todas las proteínas del organismo. Se encuentra en tendones, ligamentos, y muchos tejidos que tienen funciones estructurales o mecánicos. El colágeno consiste de residuos de aminoácidos que se enrollan en una triple hélice para formar fibras muy fuertes. Los residuos de glicina y prolina representan aproximadamente el 50% de los aminoácidos del colágeno. La gelatina se produce hirviendo colágeno durante un largo tiempo hasta que se hace pegajoso y soluble en agua. El esmalte dental y los huesos están compuestos de una matriz proteica (principalmente de colágeno) con dispersión de cristales minerales como la apatita, que es un fosfato de calcio.

 Los "aminoácidos esenciales" son los que se requieren para satisfacer las necesidades fisiológicas y deben incluirse en la dieta. La arginina es sintetizada por el cuerpo, pero a un nivel que es insuficiente para satisfacer las necesidades de crecimiento. La metionina es necesaria en grandes cantidades para producir cisteína cuando éste aminoácido no está adecuadamente suministrados en la dieta. La fenilalanina puede convertirse en tirosina, pero se requiere en grandes cantidades cuando la alimentación es deficiente en tirosina. La tirosina es esencial para las personas con la enfermedad fenilcetonuria (PKU), cuyo metabolismo no puede convertir la fenilalanina a tirosina. Los aminoácidos isoleucina, leucina, y valina se llaman "aminoácidos de cadena ramificada" (AACR) debido a que sus cadenas de carbono son ramificadas.

Aminoácidos naturales, sus abreviaturas y fórmulas estructurales

* Aminoácidos esenciales

En el reino animal, los péptidos y las proteínas regulan el metabolismo y proporcionan apoyo estructural. Las células y los órganos del cuerpo son controlados por hormonas peptídicas

Algunas Hormonas Peptídicas Importantes

Hormona	Número de aminoácidos	Función
Insulina	51	Reduce el nivel de glucosa en la sangre, promueve el almacenamiento de glucosa como glucógeno y grasa. El ayuno disminuye la producción de insulina.
Glucagón	29	Aumenta el nivel de glucosa en la sangre. El ayuno aumenta la producción de glucagón.
Ghrelin	28	Estimula la liberación de la hormona del crecimiento, aumenta la sensación de hambre.
Leptina	167	Su presencia suprime la sensación de hambre. El ayuno disminuye los niveles de leptina
Hormona del crecimiento	191	La Hormona de Crecimiento Humano (HGH), también llamada somatotropina, promueve la absorción de aminoácidos por las células y regula el desarrollo del cuerpo. Los niveles de la hormona de crecimiento aumentan durante el ayuno.
Prolactina	198	Inicia y mantiene la lactancia en los mamíferos
Lactógeno placental humano (HPL)	191	Producido por la placenta en las etapas finales de la gestación
Hormona luteinizante	204	Induce la secreción de testosterona
Hormona foliculoestimulante (FSH)	204	Induce la secreción de testosterona y dihidrotestosterona
Gonadotropina coriónica	237	Producido después de la implantación de un huevo en la placenta
Hormona estimulante del tiroides (tirotropina)	201	Estimula la secreción de tiroxina y triyodotironina
Hormona Adrenocorticotrópica	39	Estimula la producción de esteroides por la corteza suprarrenal (cortisol y corticosterona)
Vasopresina	9	Aumenta la reabsorción de agua en las células de los túbulos renales (hormona antidiurética) Cys-Tyr-Phe-Gln-Asn-Cys-Pro-Arg-Gly
Oxitocina	9	Provoca la contracción de las células en las glándulas mamarias para producir leche y estimula los músculos uterinos durante el parto Cys-Tyr-Ile-Gln-Asn-Cys-Pro-Leu-Gly
Angiotensina II	8	Regula la presión arterial a través de la vasoconstricción Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe
Hormona paratiroidea	84	Aumenta los niveles de iones de calcio en los fluidos extracelulares
Gastrina	14	Regula la secreción de ácido gástrico y pepsina, una enzima digestiva que consta de 326 aminoácidos

l        Lípidos

Constituyen un grupo de compuestos muy heterogéneo, cuya única característica común es la insolubilidad en agua.  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:

  

Las grasas dietéticas suministran energía, transportan vitaminas solubles en grasa (A, D, E, K), y son una fuente de antioxidantes y compuestos bioactivos. Las grasas también son componentes estructurales del cerebro y de las membranas celulares.

Ácidos Grasos Comunes

Nombres químicos y descripciones de Ácidos Grasos Comunes
Nombre Común	Carbonos	Enlaces Dobles	Nomenclatura Química	Fuentes
Ácido Butírico	4	0	ácido butanoico	mantequilla
Ácido Caproico	6	0	ácido hexanoico	mantequilla
Ácido Caprílico	8	0	ácido octanoico	aceite de coco
Ácido Cáprico	10	0	ácido decanoico	aceite de coco
Ácido Láurico	12	0	ácido dodecanoico	aceite de coco
Ácido Mirístico	14	0	ácido tetradecanoico	aceite de palmiste
Ácido Palmítico	16	0	ácido hexadecanoico	aceite de palma
Ácido Palmitoleico	16	1	ácido 9-hexadecenoico	grasas animales
Ácido Esteárico	18	0	ácido octadecanoico	grasas animales
Ácido Oleico	18	1	ácido 9-octadecenoico	aceite de oliva
Ácido Ricinoleico	18	1	ácido 12-hidroxi-9-octadecenoico	aceite de ricino
Ácido Vaccénico	18	1	ácido 11-octadecenoico	mantequilla
Ácido Linoleico	18	2	ácido 9,12-octadecadienoico	aceite de semilla de uva
Ácido Alfa-Linolénico (ALA)	18	3	ácido 9,12,15-octadecatrienoico	aceite de lino (linaza)
Ácido Gamma-Linolénico (GLA)	18	3	ácido 6,9,12-octadecatrienoico	aceite de borraja
Ácido Araquídico	20	0	ácido eicosanoico	aceite de cacahuete, aceite de pescado
Ácido Gadoleico	20	1	ácido 9-eicosenoico	aceite de pescado
Ácido Araquidónico (AA)	20	4	ácido 5,8,11,14-eicosatetraenoico	grasas del hígado
EPA	20	5	ácido 5,8,11,14,17-eicosapentaenoico	aceite de pescado
Ácido Behénico	22	0	ácido docosanoico	aceite de colza (canola)
Ácido Erucico	22	1	ácido 13-docosenoico	aceite de colza (canola)
DHA	22	6	ácido 4,7,10,13,16,19-docosahexaenoico	aceite de pescado
Ácido Lignocerico	24	0	ácido tetracosanoico	pequeñas cantidades en muchas grasas

¿Que son los triglicéridos?

Los triglicéridos son los constituyentes principales de los aceites vegetales y las grasas animales. Los triglicéridos tienen densidades más bajas que el agua (flotan sobre el agua), y pueden ser sólidos o líquidos a la temperatura normal del ambiente. Cuando son sólidos se llaman "grasas", y cuando son líquidos se llaman "aceites". Un triglicérido, también llamado triacilglicérido, es un compuesto químico que consiste de una molécula de glicerol y tres ácidos grasos.

Funciones biológicas

Las 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 transpiración

Ceras

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 protectora 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

Son 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.

  Fosfolipido

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 biológicas

• Son componentes principales de las membranas biológicas.
• Forman parte de la vaina de mielina que recubre a los axones de las células nerviosas.

GLUCOLÍPIDOS y esfingolípidos

Estos lípidos están formados por una ceramida, es decir, un ácido graso unido a un alcohol llamado esfingosina por medio de una unión amida.

Si 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.

Cerebrósido

Los glupolípidos están formados por la ceramida unida a un monosacárido u oligosacárido. Los cerebrósidos son los más sencillos.

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.

Lipoproteínas

Resultan 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 triglicéridos 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 ateromas

Prostaglandinas (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

Están constituidos por unidades múltiples del hidrocarburo de cinco átomos de carbono isopreno.

 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 retinol, 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.

Funciones biológicas

El esteroide más conocido es el colesterol, presente en las membranas biológicas de todas 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 suprarrenal (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.

La 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.

Esteroles de origen vegetal se denominan "fitoesteroles" y tienen la misma estructura básica del colesterol, pero se diferencian en las cadenas laterales conectadas al carbono 17. Los fitoesteroles, como el estigmasterol del aceite de soja, son de interés científico porque disminuyen los niveles de colesterol en la sangre. Los esteroles que están totalmente saturados (sin enlaces dobles) se denominan "estanoles". Por ejemplo, el estigmastanol tiene la misma estructura que el estigmasterol, pero sin los enlaces dobles. Los productos de la reacción de ácidos grasos con el grupo hidroxilo en el carbono 3 se llaman "ésteres de esterol".

l        Glúcidos

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.

l        Oligosacáridos: Resultantes de la unión de 2 a 10 unidades de monosacáridos.

l        Polisacáridos: formados por cadenas compuestas de muchas unidades de monosacáridos (más de 10). Estas cadenas pueden ser lineales o ramificadas.

Monosacáridos

Clasificación de monosacáridos basado en el número de carbonos

Número de Carbonos	Categoría	Ejemplos
4	Tetrosa	Eritrosa, Treosa
5	Pentosa	Arabinosa, Ribosa, Ribulosa, Xilosa, Xilulosa, Lixosa
6	Hexosa	Alosa, Altrosa, Fructosa, Galactosa, Glucosa, Gulosa, Idosa, Manosa, Sorbosa, Talosa, Tagatosa
7	Heptosa	Sedoheptulosa, Manoheptulosa

Son los monómeros de los glúcidos. Son polialcoholes con una función aldehído o cetona.

Además se les agrega el prefijo ceto o aldo de acuerdo a la función que posean.

  

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.

Pentosas

D-Ribosa	D-Arabinosa	D-Xilosa	D-Lixosa

La forma anular de la ribosa es un componente del ácido ribonucleico (ARN). La desoxirribosa, que se distingue de la ribosa por no tener un oxígeno en la posición 2, es un componente del ácido desoxirribonucleico (ADN). En los ácidos nucleicos, el grupo hidroxilo en el carbono número 1 se reemplaza con bases nucleótidas.

Hexosas

Las Hexosas, tienen la fórmula molecularC₆H₁₂O₆. El químico alemán Emil Fischer (1852-1919) identificó los estereoisómeros de estas aldohexosas en 1894. Por este trabajo recibió un Premio Nobel en 1902.

Los monosacáridos, especialmente la glucosa, constituyen la principal fuente de energía celular. Por ejemplo la oxidación completa de un mol de glucosa  produce 673 kilocalorías.

También forman parte de moléculas más complejas. Por ejemplo la ribosa y desoxirribosa, componentes de los ácidos nucleicos.

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.

Los disacáridos son carbohidratos formados por dos azúcares simples.

Descripción y componentes de los disacáridos

Disacárido	Descripción	Componentes
sucrosa	azúcar común	glucosa 1α→2 fructosa
maltosa	producto de la hidrólisis del almidón	glucosa 1α→4 glucosa
trehalosa	se encuentra en los hongos	glucosa 1α→1 glucosa
lactosa	el azúcar principal de la leche	galactosa 1β→4 glucosa
melibiosa	se encuentra en plantas leguminosas	galactosa 1α→6 glucosa

Los Oligosacáridos

Se 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 biológicas

Son  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.

Polisacáridos

Están 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.

                  

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.

Glucógeno

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

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

Celulosa

Es 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.

 

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 polisacáridoS

Además 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).

                                                 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. Los disacáridos constituyentes están formados por una molécula de ácido glucurónico y un azúcar 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 óseos, lo que resulta en la formación de una molécula compleja aún de mayor tamaño. 

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.

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. 

 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. 

La 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 determinado 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. 

l        Ácidos Nucleicos 

Los ácidos nucleicos son grandes moléculas formadas por la repetición de un monómero llamado nucleótido. Estos se unen entre sí por un grupo fosfato, formando largas cadenas. Pueden alcanzar tamaños gigantes, siendo las moléculas más grandes que se conocen, constituidas por millones de nucleótidos. 

Los ácidos nucleicos almacenan la información genética de los organismos vivos y son las responsables de su transmisión hereditaria. 

Existen dos tipos de ácidos nucleicos, ADN y ARN, que se diferencian en:

• El azúcar (pentosa) que contienen: la desoxirribosa en el ADN y ribosa en el ARN.

• Las bases nitrogenadas que contienen, adenina, guanina, citosina y timina, en el ADN; y adenina, guanina, citosina y uracilo en el ARN.

• En los eucariotas la estructura del ADN es de doble cadena, mientras que la estructura del ARN es monocatenaria aunque puede presentarse en forma lineal como el ARNm o en forma plegada cruciforme como ARNt y ARNr.

Tipos de ácidos nucleicos:

• ácido ribonucleico = ARN

• ácido desoxirribonucleico = ADN