Biología, la vida en la tierra con fisiología Tomo 01-páginas-14

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4 8 H i : i l » 7 J H l U v K ia de la célula
ác id o ghitámico (gki) ácido aspártico (osp) fcmlalorwio (pho)
(a) G rupos funcionales hkdrofttcos f} ) G rup os func iona les h idrofób lcos
S H
I
n
H - N - C - C - O H
J I B 
H O
c tttd n a (cis)
(c ) G rupo funcional 
co n azufre
A F IG U R A 3*18 D iv e rs id a d d e lo s a m in o á c id o s La diversidad de los aminoácidos e s causada por el 
variable grupo R (de color azul), que puede ser ( a ) hidrofillco o (b ) hldrofóblco. El grupo R de d s te in a (c ) 
tiene un átomo de azufre q ue puede formar en laces covalentes con el azufre de otras dsteinas, d e modo que 
se crean enlaces disulfuro que pueden doblar una proteina o enlazar cadenas de pollpéptldos contiguas.
U n a proteína puede tener hasta cuatro 
niveles d e estructura
Las proteínas tienen m uchas form as y hasta cuatro niveles d e es­
tructura, cada u n o construido sobre e l an terior, l in a m o lécu la de 
hem og lob ina , la p rote ína q ue transporta e l oxígeno e n los gló­
bulos rojos, e jem p lifica los cuatro niveles estructurales (F IG U R A
3-20). La e s tru c tu ra p r im a r ia se refiere a la secuencia d e am inoá- 
d d o s q ue con fo rm a la p roteína (F IG U R A 3-20a). Ix » grnes d e las 
m o lécu las d e A D N esped fican esta secuenda; diferentes proteínas 
tienen secuendas distintas d e am ino ád do s .
La s e cu e n d a d e a m in o á d d o s h a ce q u e cada ca d e n a d e po- 
iip ép tid o s asum a u n a d e d o s e s tru c tu ra s s e c u n d a r ia s s im p les 
y repetitivas. Las estructuras secundarias se m an tien en p o r e n ­
laces d e h id ró g e n o en tre las partes po lares d e lo s a m in o á d d o s . 
M u d ia s p ro te ínas , co m o la q u e ra tin a d e l cab e llo y las u n id a ­
des d e la m o lécu la d e h e m o g lo b in a , a d q u ie re n u n a estructu ­
ra secundaria enroscada co m o esp ira l l la m a d a h é lic e (F IG U R A
3-20b). Lo s en laces d e h id ró gen o q u e se fo rm an en tre los oxíge­
nos d e los grupos fu n d o n a le s ca rb o n ilo (c o n carga lig e ram e n ­
te n eg a tiva ) y los h id ró gen os d e lo s gm pos fu n d o n a le s a m in o 
(c o n cargas ligeram ente p o s it iv a s ), m an tien en u n id a s la s v u e l­
tas d e las esp ira les . O tras p ro te ín a s co m o la d e seda, co n tie n en 
cadenas d e p o lip é p tid o s q ue se p lieg an repetidam ente sobre s í 
m ism as, y co n tie n en en laces d e h id ró g e n o q ue u n e n segm entos 
adyacentes d e p o lip é p tid o s e n u n a d isp o s id ó n d e lá m in a p le ­
g a d a ( F IG U R A 3-21).
E s t u d io d e c a s o c o n t i n u a c i ó n
Proteínas sorprendentes
Las proteínas p rión icas norm ales, no Infecciosas, tienen una 
estructura secundaria que e s básicam ente helicoidal. Cum plen 
una variedad de funciones beneficiosas e n el organism o de 
los anim ales, incluyendo e l cerebro. En cam b io , los priones 
infecciosos se doblan e n lám inas plegadas y fuerzan a los 
priones normales a doblarse de la m ism a m anera. Las lám inas 
son tan estab les q ue no se desnaturalizan con la e levación de 
h tem peratura n i con la m ayoría d e los agentes quím icos. Lo 
más Im portante es que no los afectan las enzim as que d ividen 
a los priones normales. Com o son tan estab les, los priones 
rifecc losos se acum ulan perjud lclalm enie en el cerebro.
Adem ás d e sus estructuras secundarias, las proteínas asu­
m e n e s tru c tu ra s t e rc ia r ia s q ue consisten e n pliegues determ i­
nados p o r in teraedones d e los grupos fu n d o n a le s d e am ino ác i­
dos e n tre e llos y co n su en to rn o (F IG U R A 3-20c). 1.a estructura 
te rn a r ia está dete rm inada p o r la secundaria d e las p rote ínas y por 
su am b ien te ; p o r e jem p lo , s i las proteínas se d isu e lven e n e l cito- 
so l d e la cé lu la o e n lo s líp id o s d e la m em brana ce lu la r o e n am ­
bos. L in a proteína e n u n m e d io acuoso se d ob la d e m anera que 
expone sus am in o á d d o s h id ro fílicos (po lares, afectos al ag u a ) y 
hace q ue se agrupen e n e l cen tro d e la m o lécu la . E n cam b io , las
toucfoa (lou)
A F IG U R A 3*19 S ín te s is d e la s p ro te ín a s En la síntesis de proteínas, una reacción de deshidratación 
une el carbono del grupo d e l ácido carboxlllco con el nitrógeno del grupo amlno de un segundo aminoácido 
y se libera agua. B enlace covalente que se produce entre los aminoácidos es un enlace peptidlco.
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M o l é c u l a s b r o l ó g i i a » 4 9
t>) Estructu ra secundaria
Mantenida p o r en laces de 
hidrógeno, q ue dan forma 
a la hélice
(d) Estructu ra cuaternaria 
Pohpópbdos individuales 
unidos unos a otros por 
en laces do hidrógeno 
o puentes disulfurohélice
A R G U R A 3-20 L o s c u a t ro n iv e le s d e la e s t ru c tu ra d e la s p ro te ín a s los n iveles estructurales 
de las proteínas se ejemplifican aqui con la hemoglobina, la proteina que transporta e l oxigeno en los 
glóbulos rojos (los d iscos rojos representan e l g rupo hemo- q ue contiene hierro y se une al oxígeno). 
Los niveles estructurales de las proteínas están determ inados por la secuencia d e aminoácidos d e éstas, 
las interacciones d e los grupos R de los aminoácidos y las interacciones de los grupos R d e l entorno.
P R E G U N T A ¿ fb r qué casi todas las proteínas dejan d e funcionar si se callentan?
d e 
hidrógono
lám ina p legada
< F IG U R A 3-21 L a lá m in a p le g a d a e s u n e je m p lo d e 
e s t ru c tu ra p ro te ín ic a s e c u n d a r ia En una lámina plegada, una 
cadena única de pollpéptldos se dobla sobre si misma repetidas 
\eces (no se muestran los espirales de polipéptidos que conectan 
b s extrem os de las cadenas en la lám ina). Los segmentos contiguos 
del poiipéptldo plegado se unen mediante enlaces de hidrógeno 
(lineas punteadas), lo que produce la configuración a modo de 
lámina, lo s grupos R (verde) se proyectan alternativamente arriba y 
abajo d e la lám ina. Pese a su aspecto de acordeón, cada cadena de 
péptidos se encuentra totalmente extendida y no e s fácil estirarla 
rrós. la s hebras de seda están estiradas porque segmentos de la 
lámina plegada están intercalados con regiones de proteínas de 
estructura espiral, que son muy elásticas.
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5 0 H i : i ! » 7 J > a B U v k 1.i d e la c é lu la
p aites d e un a p ro le ína insenas e n la m em brana ce lu lar fosfolíp i- 
d ica exp onen sus lados h íd ro fób icos a la s co las h id ro fób icas del 
fo sfo lip ido . Los en laces d isu lfu ro tam b ién pueden co n trib u ir a la 
estructura terciaria e n laz an d o el am in o ác id o ciate ína para fo rm ar 
d iferentes regiones de un p o li p ép tido e n la p roteína d e l cabe llo 
quera tina (véase la figura E3-3, 'D e cerca: Proteínas y textura del 
cabe llo * ).
E l enan o n iv e l de o rgan izac ión d e las proteínas es la es­
t ru c tu ra c u a te rn a r ia , que se d a e n d e n a s proteínas q ue con tie ­
nen polipép tidos un idos por enlaces d e h id rógeno, d isu lfuro o 
p o r atraedones en tre p an es co n cargas opuestas d e d istintos am i­
n o ád d o s . Po r e jem p lo , la h em o g lob ina consta d e cuatro cadenas 
d e p o lipép tidos unidas m ediante enlaces d e h id ró gen o (F IG U R A
3-20d). Ciada u n o d e los cuatro polipép tidos retiene un a m o lécu la
De cerca Proteínas y textura de l cabello
Arráncate un cabello d e la ca b e ra y m ira la raíz o fo lículo 
que estaba insenado en el cuero cabelludo. El cabe llo está 
compuesto principalm ente por una proteina helicoidal llamada 
queratina . Las cé lu las v ivas del fo lículo piloso producen nueva 
queratina a un ritmo d e 1 0 vueltas de la hélice d e proteina cada 
segundo. Las proteínas d e queratina del cabello se entrelazan 
unas con otras, unidas por enlaces d isu lfuro (F IG U R A E3-3).
SI tiras del cabello , verás q ue e s fuerte y flexible al m ism o 
tiem po. Cuando el cabello se estira, se rom pen los en laces de 
hidrógeno que form an la estructura helicoidal de la queratina 
y por eso se extiende. En cambio, e l estiram iento d istorsiona 
casi todos los en laces covalentes d isu lfuro , pero no se rompen. 
Al liberar la tensión, estos en laces disulfuro devuelven el 
cabello a su longitud normal y se vuelven a form ar los enlaces 
de hidrógeno. Cuando el cabello se m oja, es tá laclo y algo 
m ás largo y e s m ás fácil estirarlo. En el cabello húmedo, los 
en laces de hidrógeno d e las hélices de queratina se rom pen y 
los reem plazan en laces d e hidrógeno entre los am inoácidos 
y las m oléculas de agua del entorno, asi que la proteina se 
desnaturaliza y las hé lices se desbaratan. Si enrollas el cabello 
húmedo en un rtzador y dejas que se seque, los en laces 
de hidrógeno se vuelven a form ar e n lugares ligeramente 
diferentes, de modo q ue se conserva e l rizo. S in em bargo, la 
m ás m ínim a humedad (Incluso el aire húm edo) basta para que 
estos en laces recuperen su configuración natural.
Si tu cabello e s naturalm ente rizado u ondulado (por la 
secuencia d e am inoácidos especificados en tu s genes), los 
en laces d isu lfuro dentro y entre las hélices de queratina se 
forman e n lugares que doblan las m oléculas d e queratina y 
producen los rizos y bucles (F IG U R A E3-4).
En el cabello laclo , los en laces d isu lfuro se encuentran 
e n lugares q ue no distorsionan la queratina (com o se ve en 
la figura E3-3). Cuando se ap lica a l cabe llo lacio un "rizado 
perm anente ' se untan dos lociones: la prim era rom pe los 
en laces disulfuro, lo que desnaturaliza la proteina; luego, el 
cabello se enro lla co n fuerza e n los rizadores y se ap lica la 
segunda solución, q ue restablece los en laces disulfuro.
Los nuevos en laces reconectan la s hélices d e queratina e n los 
nuevos lugares determ inados por los rizadores, com o en 
e l rizo q ue se ve en la figura E3-4. Lo s nuevos en laces son 
perm anentes y transform an el cabello genéticam ente lacio en 
'b ioquím icam ente rizado". 0 cabello rizado puede alaciarse 
con los m ism os com puestos quím icos a l tiem po q ue se peina y 
alisa, e n lugar d e enrollarlo en los rizadores.
A F IG U R A E3-3 E s t ru c tu ra d d ca b e llo En el nivel 
microscópico, un cabello está organizado en haces de protoflbrllo 
dentro de otros haces mayores llamados mlcrofibrllos. Cada 
protofibrilo consta d e moléculas d e queratina que adoptan una 
forma helicoidal por los enlaces de hidrógeno, más enlaces 
disulfuro que unen hebras cruzadas de queratina. Estos enlaces dan 
al cabello elasticidad y fuerza. Aqui se representa el cabello laclo. A F IG U R A E3-4 C a b e llo r iz ad o
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