15 cambios que nos hicieron humanos

Los humanos somos probablemente la especie más rara que jamás ha existido.

Tenemos cerebros extravagantemente grandes que nos permiten construir complicados artefactos, entender conceptos abstractos y comunicarnos usando el lenguaje.

También somos casi lampiños, tenemos mandíbulas débiles y nos cuesta dar a luz. ¿Cómo evolucionó una criatura tan estrafalaria?

1 - Vivir en grupo

Hace 60-30 millones de años
Los primeros primates, el grupo que incluye a monos y humanos, evolucionaron poco después de la desaparición de los dinosaurios.

Muchos comenzaron rápidamente a vivir en grupos. Eso supuso que cada animal debía moverse en una compleja red de amistades, jerarquías y rivalidades.

Así que vivir en grupos puede haber impulsado un aumento sostenido de la capacidad intelectual.

2- Más sangre al cerebro

Hace 15-10 millones de años
Humanos, chimpancés y gorilas descienden todos de una especie desconocida de homínido extinguida.

En este ancestro, un gen llamado RNF213 comenzó a evolucionar rápidamente.

Esto puede haber estimulado el flujo de sangre hacia el cerebro al ensanchar la arteria carótida.

En humanos, las mutaciones de RNF213 causan la enfermedad de Moyamoya, en la que la arteria es demasiado estrecha, una condición que conduce al deterioro de la capacidad cerebral por falla de irrigación.

3 – La división de los primates: primeros cambios de genes

Hace 13-7 millones de años

Nuestros ancestros se separaron de sus parientes parecidos a los chimpacés hace unos 7 millones de años.

En un principio, tendrían una apariencia similar. Pero dentro de sus células, el cambio ya estaba en marcha.

Después de la división, los genes ASPM y ARHGAP11B empezaron a mutar, así como un segmento del genoma humano denominado región HAR1.

No está claro que provocó estas modificaciones, pero HAR1 y ARHGAP11B están involucrados en el crecimiento del córtex cerebral.

4 – Subidón de azúcar: energía para el cerebro

Hace menos de 7 millones de años

Después de que la línea evolutiva humana se separó de la línea de los chimpancés, dos genes mutaron.

SLC2A1 y SLC2A4 forman proteínas que transportan glucosa dentro y fuera de las células.

Las modificaciones pueden haber desviado glucosa de los músculos hacia el cerebro de aquellos homínidos primitivos, y es posible que esta glucosa los haya estimulado y permitido que crecieran los cerebros.

5 – Las manos más hábiles

Hace menos de 7 millones de años
Nuestras manos son inusualmente hábiles y nos permiten hacer bellas herramientas de piedra o escribir palabras.

Eso puede deberse en parte a un fragmento de ADN llamado HACNS1, que ha evolucionado rápidamente desde que nuestros ancestros se dividieron de los ancestros de los chimpancés.

No sabemos qué hace HACNS1, pero se activa cuando se desarrollan nuestros brazos y manos.

6 – Mandíbulas débiles: más lugar para el cerebro

Hace 5,3 - 2,4 millones de años

En comparación con otros primates, los humanos no pueden morder con demasiada fuerza porque tienen músculos delgados en la mandíbula.

Esto parece deberse fundamentalmente a una mutación del gen MYH16, que controla producción de tejido muscular.

Este cambio ocurrió hace entre 5,3 y 2,4 millones de años. Las mandíbulas más pequeñas pueden haber liberado espacio para que crezca el cerebro.

7 – Dieta variada: carne en el menú

Hace 3,5 – 1,8 millones de años
Nuestros ancestros primates más antiguos comían principalmente fruta, pero especies posteriores como el Australopithecus ampliaron su gusto.

Además de alimentarse con una variedad más grande de plantas, como las hierbas, parece que comieron mucha más carne e incluso que la troceaban con herramientas de piedra.

Más carne supuso más calorías y menos tiempo de masticación.

8 – Pelados: no más vello corporal

Hace 3,3 millones de años
Los humanos son primates casi lampiños. Nadie sabe por qué, pero ocurrió hace entre 3 y 4 millones de años.

Fue entonces fue cuando evolucionaron las ladillas, que solo pudieron infectar el pubis cuando el resto del pelo había desaparecido.

Expuesta al sol, la piel se oscureció. A partir de entonces, todos nuestros ancestros fueron negros, hasta que algunos humanos modernos dejaron los trópicos.

9 - Conexiones: un gen de inteligencia

Hace 3,2 – 2,5 millones de años
Un gen llamado SRGAP2 fue duplicado tres veces.
Como resultado, nuestros ancestros tuvieron varias copias, algunas de las cuales podrían haber evolucionado libremente.

Una de las copias mutadas resultó ser mejor que la original.

Es probable que haya provocado que las células del cerebro modelaran más prolongaciones, permitiéndoles formar más conexiones.

10 – Cerebros más grandes: primates pensantes

Hace 2,8 millones de años
Los humanos modernos pertenecen a un grupo o género de animales conocido como Homo.

El fósil de Homo más antiguo conocido fue hallado en Etiopía y tiene 2,8 millones de años.

La primera especie fue probablemente Homo habilis, aunque este supuesto ha sido disputado.

En comparación con sus ancestros, estos nuevos homínidos tenían cerebros mucho más grandes.

11 – Parto complicado: una cabeza muy grande

Hace 2,5 millones – 200.000 años
Para los humanos, el parto es difícil y peligroso.
A diferencia de otros primates, las madres casi siempre necesitan ayuda.

Esto es porque caminar en dos piernas supone un canal pélvico más estrecho para el paso de un bebé humano, cuya cabeza ha crecido en relación a sus ancestros.

Para compensar el parto dificultoso, los bebés nacen más pequeños e indefensos.

12 - Control del fuego

¿Hace 1 millón de años?
Nadie sabe cuándo nuestros ancestros aprendieron a controlar el fuego.
La prueba directa más antigua proviene de la Cueva Wonderwerk, en Sudáfrica, que contiene cenizas y huesos quemados de hace 1 millón de años.

Pero hay evidencias de que los homínidos procesaban los alimentos incluso antes y de que eso podía incluir cocinar con fuego.

13 – El don de la charla

Hace 1,6 millones – 600.000
Todos los grandes homínidos tienen sacos de aire en sus tractos vocales que les permiten lanzar fuertes bramidos.
Pero los humanos no, porque esos sacos de aire hacen que sea imposible producir diferentes sonidos vocales.

Nuestros ancestros los perdieron aparentemente antes de que nos bifurcáramos de nuestros primos Neandertales, lo que sugiere que ellos también podían hablar.

14 - Un gen para el lenguaje

Hace 500.000 años
Algunas personas tienen una mutación en un gen llamado FOXP2.
Como resultado, les cuesta entender gramática y pronunciar palabras.

Eso sugiere que FOXP2 es crucial para aprender y usar el lenguaje.

El gen moderno se desarrolló en el ancestro común de los humanos y los Neandertales: el FOXP2 neandertal es igual al nuestro.

15 – Saliva reforzada para comer carbohidratos

La saliva contiene una enzima llamada amilasa, fabricada por el gen AMY1, que digiere el almidón.

Los humanos modernos cuyos ancestros fueron agricultores tienen más copias AMY1 que aquellos cuyos ancestros siguieron siendo cazadores recolectores.

Este refuerzo digestivo puede haber ayudado para dar inicio a los cultivos, los poblados y las sociedades modernas.

Cultivan tomates con ayuda de la revolucionaria técnica de edición genética CRISPR

Teniendo en cuenta el cambio climático y la disminución de los recursos del agua dulce, los investigadores partieron de que ha aumentado la demanda de cultivos agrícolas que requieran menos agua.

Investigadores de la Universidad de Tel Aviv lograron cultivar tomates implementando la tecnología de edición genética CRISPR, que permite “cortar” o “editar” (o en otras palabras, eliminar o reemplazar) partes del ADN entre las células de cualquier organismo. Teniendo en cuenta el cambio climático y la disminución de los recursos del agua dulce, los investigadores partieron de que ha aumentado la demanda de cultivos agrícolas que requieran menos agua.

Para el estudio, publicado en el Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, los científicos optaron por una modificación en el tomate mediante el método CRISPR, dirigido a un gen conocido como ROP9. Las ROP son proteínas que funcionan como una suerte interruptores, es decir, que alternan entre un estado activo e inactivo.

Por medio del proceso de transpiración, las plantas evaporan el agua de sus hojas. Al tiempo, el dióxido de carbono ingresa a las hojas y se asimila en azúcar mediante el proceso de la fotosíntesis, que también tiene lugar en las hojas. Tanto la transpiración como la absorción de dióxido de carbono tienen lugar simultáneamente gracias a aberturas especiales en la superficie de las hojas llamadas estomas, que pueden abrirse y cerrarse, siendo un mecanismo por medio del cual las plantas regulan su estado hídrico.

En condiciones de sequía, por ejemplo, las plantas cierran sus estomas y así reducen la pérdida de agua debida a la transpiración. “Descubrimos que la eliminación de ROP9 mediante la tecnología CRISPR causa un cierre parcial de los estomas. Este efecto es particularmente pronunciado durante el mediodía, cuando la tasa de pérdida de agua de las plantas en el proceso de transpiración es más alta”, señaló el investigador Shaul Yalovsky.

“Por el contrario, en la mañana y en la tarde, cuando la tasa de transpiración es menor, no hubo una diferencia significativa en la tasa de pérdida de agua entre las plantas de control y las plantas modificadas con ROP9. Debido a que los estomas permanecieron abiertos en la mañana y en la tarde, las plantas fueron capaces de absorber suficiente dióxido de carbono, evitando cualquier disminución en la producción de azúcar mediante la fotosíntesis incluso durante las horas de la tarde, cuando los estomas estaban más cerrados en las plantas modificadas con ROP9″, agregó el científico

Al evaluar los resultados de los cultivos, los científicos encontraron que aunque las plantas con ROP9 pierden menos agua en el proceso de transpiración, no hay ningún efecto negativo en la fotosíntesis, la cantidad o la calidad de los cultivos, que se reflejan en la cantidad de azúcar de los frutos.

Por su parte, el investigador Nir Sade añadió que existe una similitud entre la ROP9 en los tomates y las proteínas ROP “que se encuentran en otras plantas de cultivo como el pimiento, la berenjena y el trigo”, por lo que los descubrimientos detallados en el artículo “podrían constituir la base para el desarrollo de plantas de cultivo adicionales, con una mayor eficiencia en el uso del agua y para una comprensión más profunda de los mecanismos detrás de la apertura y el cierre de los estomas”.

New DNA test can detect 18 different types of early stage cancers

Enviado por

Luisa Fernanda Gonzalez Castillo

Scientists have developed a new DNA test that could detect 18 different types of early-stage cancers in a concept study representing all the major organs of the human body.

The new findings could kick-start a new generation of screening tests for early detection of cancer, researchers say.

The test can particularly help pick up many sex-specific differences in cancer, including variations of the disease among men and women in terms of age at occurrence, cancer types, and genetic alterations, the study, published in the journal BMJ Oncology noted.

Cancer currently accounts for one in every six deaths around the globe, with 60 per cent of these deaths caused by cancer types that have no screening test.

Existing screening tests also have drawbacks such as invasiveness, expense, and low levels of accuracy for the early stages of the disease.

While specific blood proteins could be used as markers for early detection and monitoring, researchers say the currently available test options dependent on such proteins lack sensitivity as well as accuracy of excluding those without cancer.

In the new study, scientists collected blood plasma samples from 440 people diagnosed with 18 different types of cancer before treatment, and from 44 healthy blood donors.

They measured over 3000 proteins strongly associated with cancer chemical pathways in each sample.

Researchers followed a two-step process for this – first detecting the biological signature of any cancer, and then identifying the tissue of origin and cancer subtypes.

By following a process of elimination, they identified a panel of 10 sex-specific proteins that differed across the plasma samples from cancer patients and healthy people.

The variation of these protein signatures between men and women suggests they are most likely sex-specific for all cancers, scientists say.

Almost all of the protein signatures were present at very low levels, pointing to the importance of such low-level proteins to pick up early-stage cancer before a tumour grows and causes substantial health impact.

Scientists acknowledge that the study has a relatively small sample size, likely limiting the wider applicability of the findings.

However, they say the new generation protein-based plasma test has high sensitivity in detecting a variety of early-stage tumours in patients showing no symptoms.

They say this makes the test a strong candidate for use as a population-wide screening tool that is not currently achievable with existing tests or techniques.

Fósiles (2)

¿Qué son los fósiles?
Los fósiles son los restos de animales y plantas con más de 10.000 años de antigüedad, que están conservados en las rocas sedimentarias, en el ámbar o en el hielo. En la mayoría de los casos, se trata de seres vivos ya extintos y no suelen encontrarse fósiles del organismo completo, sino su esqueleto, cuernos, dientes o huellas.

No todos los organismos muertos o extintos se convierten en fósiles. Además, existen distintos tipos de fosilización, que son procesos complejos que solo se dan cuando ocurren ciertas características químicas que permiten que el organismo o parte de él se conserve. Tal es el caso de la permineralización, la preservación o la compresión.

Los fósiles pueden ser: macrofósiles, cuando tienen tamaño grande (como el fósil de un dinosaurio), o microfósiles, cuando solo pueden ser apreciados por microscopios (como los organismos fósiles unicelulares), y son de gran importancia porque permiten conocer las características y el entorno de seres vivos que habitaron el planeta en otras eras geológicas.

La ciencia que estudia a los fósiles se llama paleontología y una de las especialidades dentro de esta disciplina es la tafonomía, que estudia los procesos de fosilización. Algunos fósiles encontrados a lo largo de la historia permitieron estudiar a organismos como los dinosaurios, los primates y comunidades de bacterias.

Fósiles guías

Los fósiles deben tener más de 10.000 años de antigüedad.

Los fósiles guías, también llamados fósiles director, son aquellos restos de organismos que habitaron la Tierra en un período geológico determinado y que permiten conocer información sobre el estrato rocoso en el que fueron encontrados y entender el proceso geológico del planeta.

Sus características son:Deben poder hallarse en un determinado territorio geográfico y de forma abundante.
Deben tener cierta distribución estrecha temporal, es decir, surgir en un período histórico determinado.
Deben haberse fosilizado hace más de 10.000 años.
En general, son especies que evolucionaron con rapidez y luego se extinguieron en un período corto de tiempo.
Proceso de fosilización

Las huellas que deja un organismo pueden convertirse en fósiles.

La fosilización es un proceso que no suele darse con frecuencia porque, luego de la muerte de un organismo, lo que comúnmente sucede es que comienza a descomponerse y luego emprende el proceso de putrefacción. En casos excepcionales y, sobre todo por condiciones ambientales diversas como la aparición de lava, pantano u otros fenómenos, se puede producir la fosilización.

El proceso de fosilización es muy lento y existen distintos tipos. Uno de los más representativos es la permineralización, un proceso que comienza cuando los restos de un organismo se cubren de sedimento, lo que los protege de las inclemencias del clima y del paso del oxígeno. Es importante mencionar que solamente se suelen fosilizar las partes duras del organismo como dientes, huesos y caparazones, y las partes blandas se desintegran. Una vez eliminadas las partes blandas, los minerales presentes en el sedimento ocupan estos huecos y permiten la fosilización.

También existen las llamadas trazas fósiles, que son los registros o marcas que deja un animal aún con vida, como las huellas o los senderos. El estudio de estas huellas es fundamental para la paleontología ya que permite conocer características e información de los seres que habitaron el planeta Tierra.

En otros casos, puede ocurrir la fosilización del organismo completo, cuando se conserva bajo hielo o queda atrapado en ámbar (resina de los vegetales que se fosiliza y puede atrapar pequeños organismos como insectos o arañas).

Hallazgos fósiles

Pueden encontrarse fragmentos de animales de gran tamaño o fósiles pequeños.

La paleontología trabaja en diferentes lugares del mundo recolectando los restos fósiles que permiten conocer y descubrir algunas verdades acerca de la vida en la Tierra. Al conjunto de fósiles encontrados se lo llama “registro fósil” y la mayoría de estas piezas están expuestas en museos a lo largo del mundo.

Los fósiles suelen hallarse en lechos de rocas sedimentarias y algunas de las zonas del mundo en las que se encontraron fósiles son Messel (en Alemania), el gran valle del Rift (en África), los yacimientos de Liaoning (en China), el parque provincial de los dinosaurios (en Canadá), la zona de la Patagonia (en el sur de América del Sur), entre muchas otras.

Entre los hallazgos de fósiles más destacados están:

Lucy. Es un esqueleto homínido, con más de 3,2 millones de años, que fue encontrado en 1974 en Etiopía, África. Era un ser que se desplazaba de forma bípeda y se encontraron fósiles de más de 50 huesos.
Ardi. Es un esqueleto de una hembra y es el hallazgo de homínido más antiguo. Se encontraron restos del cráneo, pies, tobillos y manos en el desierto de Afar en Etiopía, África.
Megalosaurus. Fue el primer dinosaurio en ser nombrado y fue descubierto en el siglo XVIII. Habitó durante el periodo Jurásico en el actual territorio europeo y fue una especie bípeda y depredadora.
Iguanodon. Fue el segundo dinosaurio en ser nombrado y los primeros restos de esta especie se encontraron en 1822. Habitó en Europa y fue un dinosaurio herbívoro.
Diplodocus. Fue un dinosaurio que habitó durante la era Jurásica en el actual territorio de América del Norte. Los primeros restos fueron descubiertos en 1877 y fue una especie de gran tamaño y con cuatro patas.
Tiranosaurio Rex. Fue un dinosaurio carnívoro y bípedo que habitó el actual territorio de América del Norte durante el período Cretácico. El primer fósil fue descubierto a principios del siglo XX y existe una gran cantidad de restos descubiertos de esta especie.
Patagotitan mayorum. Fue un dinosaurio que vivió durante el período Cretácico en el actual territorio de América del Sur. Fue descubierto en 2014 y es el dinosaurio más grande conocido hasta la actualidad. Tenía cuatro patas y era herbívoro.
Archaeopteryx. Fue una especie con alas y plumaje descubierta en 1861 en el actual territorio de Europa. Vivió durante el período Jurásico y su descubrimiento supuso un hito porque marcó una relación entre los dinosaurios y las aves modernas.
Yuka. Es el nombre que se le dio a una cría de mammuthus (animal de gran tamaño similar al elefante) hallada en Siberia en perfecto estado de conservación producto del hielo.

Tipos de fosilización

Los huevos y nidos fosilizados son difíciles de hallar.

Los principales procesos de fosilización son:

Permineralización. Es el proceso de fosilización en el que se precipitan minerales en los poros o huecos de caparazones, huesos o tejidos, lo que permite la conservación de la estructura del animal o vegetal. Estos minerales luego se petrifican.

Moldes naturales. Es el proceso que ocurre cuando queda asentada sobre una roca la forma o estructura de un organismo. En este caso no se fosiliza el organismo en sí sino una impresión, por lo que no se puede hacer un estudio completo del ejemplar, y estos moldes luego suelen rellenarse con otras sustancias. Es un tipo de fosilización que se puede ver en conchas marinas.

Preservación. Es el proceso en el que los restos de un organismo se conservan de forma casi íntegra ya que se recubren de hielo o ámbar. En muchos casos, se conservan tanto las partes duras como los tejidos blandos del animal, por lo que es posible estudiar de forma más profunda al ejemplar.

Compresión. Es el proceso que se da cuando el organismo queda asentado sobre un fondo blando, como arena, y luego es cubierto por otra capa de sedimento.

Tipos de fósiles
Se pueden usar distintos criterios para distinguir los diferentes tipos de fósiles que se encontraron a lo largo de la historia.

De acuerdo a la parte del cuerpo o rastro del ser vivo que se fosiliza, pueden ser:

Cuerpos fósiles. Son los restos de un ser vivo (suelen ser huesos, dientes o conchas) que atravesaron un proceso de fosilización y son encontrados mucho tiempo después.

Gastrolitos. Son piedras que ciertos animales, especialmente las aves, ingieren para favorecer su digestión y que son encontradas en el interior del tracto digestivo del animal fosilizado.

Coprolitos. Son el excremento de animal que se fosilizó y que permite estudiar los comportamientos alimenticios del individuo.

Icnofósiles. Son los rastros fosilizados que quedan de un organismo, como huellas, pisadas, huevos, madrigueras o nidos. Este tipo de fósiles permite el estudio del comportamiento de los seres vivos que habitaron la Tierra en otros períodos.

De acuerdo a su tamaño, los fósiles pueden ser:

Microfósil. Es el fósil que solo puede ser observado a través de un instrumento, como un microscopio.

Macrofósil. Es el fósil que tiene un tamaño mediano o grande y puede ser observado de forma directa sin el uso de un instrumento de observación.

Importancia de los fósiles

El primer paso de algunos tipos de fosilización es la desintegración de las partes blandas.

Los fósiles son una de las principales fuentes de conocimiento para obtener información acerca de la vida en el planeta Tierra durante otras eras. Gracias a ellos, se pudo develar la existencia de especies vegetales y animales ya extintas y se pudo conocer acerca de su comportamiento, modo de vida y distribución territorial. Además, otorgaron información acerca del clima y el ecosistema en el que habitaba cada ser vivo hallado.

La paleontología es la ciencia que se encargó, a lo largo de los siglos, de estudiar a los fósiles y, basándose en la información que los fósiles guías brindaban, pudo establecer cierto orden cronológico en la evolución de la fauna y flora del planeta y obtener información geológica sobre las características de la Tierra a lo largo de los años. Muchos de estos descubrimientos permitieron conocer la existencia de un único supercontinente en el planeta.

Además, los fósiles brindan información que permite deducir las circunstancias ambientales que provocaron la extinción de los organismos encontrados. Así, se cree que algunas de las especies halladas pudieron haberse extinguido por períodos de lluvia intensa, tornados o vientos huracanados, erupciones volcánicas o períodos de enfriamiento o calentamiento global.

La trágica historia de Cupido

Enviado por

Daniel Hernandez Mendoza

Cupido tuvo un padre mensajero y una madre de belleza apabullante. El primero fue Hermes: el vocero de los dioses en el panteón griego. Ella era Afrodita: diosa del amor, la belleza y la estética, según relata la tradición oral antigua. De la unión entre ambos nació un niño alado, con puntería acertada y una gran necesidad de atención.

Por parte de su madre, Cupido recibió una instrucción severa para atacar sin piedad a sus rivales políticos y amorosos. La diosa de la belleza se caracterizaba por ser una mujer celosa y revanchista, que disfrutaba de hacer plañir a sus adversarios. Entre burlas e intenciones genuinas de unir a las parejas para siempre, al hijo de la diosa del amor se le otorgó un arco con flechas únicas: quienes fueran víctimas del arquero alado caerían perpetuamente enamorados de la primera persona con la que se encontraran.

Fue así como Cupido se ganó fama como un joven dios molesto, que disfrutaba de hacer sufrir a los seres humanos con sus flechas hechizadas. Tuvieron que pasar eras antes de que la misma maldición que él imprimía en sus víctimas cayera sobre sí mismo, con una intensidad inconmensurable. Ésta es su historia.

Durante años, Cupido flechó a miles de parejas con descuido. Instado por su madre, Afrodita, obligaba a los mortales a caer en un hechizo de amor irreversible. Por esta razón, se ganó fama en el Olimpo como un dios travieso y poco considerado con los sentimientos de los demás. Sabiendo que podía infundir una pasión inapagable en sus víctimas, decidía hacerlo de todas formas, a pesar del dolor que pudiera causarles.

“A veces se le representaba con una armadura como la de Marte, el dios de la guerra, quizás para sugerir paralelismos irónicos entre la guerra y el romance o para simbolizar la invencibilidad del amor”, documenta Britannica.<

Seguido, las víctimas de Cupido eran mujeres hermosas, que se ganaban la atención de Afrodita. Por su belleza, la diosa temía ser opacada por ellas. Por esta razón, mandaba a su hijo a flecharlas con amores imposibles. La estrategia funcionó durante algún tiempo, hasta que dio con la hija de unos reyes de una isla sin nombre.

Tenían tres hijas. Todas ellas tenían fama por sus atributos físicos. Especialmente, la mejor: Psique. La amplia lista de admiradores que tenía la joven habían renunciado a adorar a Afrodita, por lo que la diosa le guardaba un rencor especial. Por esta razón, la diosa del amor mandó a su hijo a flecharla para que se enamorara de algún ser espectral, horroroso, imposible de unirse a ella.

En el camino a flecharla, sin embargo, Cupido se raspó a sí mismo con la punta de su propia flecha. Al encontrarse con Psique, quedó irremediablemente enamorado.

Contra la furia de Afrodita

Afrodita no contaba con que su propio hijo cayera con el maleficio pasional que le infundía a los demás. Por el contrario, confiaba en su destreza como arquero veloz y preciso. Sin embargo, ante la visión hermosa de Psique, Cupido decidió sencillamente desobedecer a su madre —a pesar de que sabía perfectamente de lo que ella era capaz al entrar el cólera.

Por su parte, angustiado porque su hija todavía no había encontrado un marido adecuado, el rey de la isla decidió consultar al oráculo de Apolo. Los místicos le dijeron que, por órdenes de Afrodita, ella tendría que casarse con una bestia malformada, similar a un dragón, que habitaba los confines más oscuros del inframundo. Petrificado por la pena, el monarca no tuvo más opción que vestir a Psique con un atuendo mortuorio: sólo así podría estar a la altura de una boda fúnebre, como a la que estaba destinada.

Horrorizado por los designios de su madre, Cupido decidió intervenir. En lugar de permitir que Psique se casara con un monstruo de las tinieblas en el Hades, diseña un plan para que contraiga matrimonio con él mismo, en medio de una noche brumosa. Sin saber a dónde iba, la mujer se halló a sí misma en un palacio ornamentado con oro y mármol. Pasó largas horas en unos aposentos decorados con lujo que nunca antes había visto. Al caer la noche, sintió el calor de otro cuerpo, que le hacía el amor suavemente.

Supuso que era su nuevo marido.
Al despertar, Psique se encontró a sí misma completamente sola. Pasó el día descubriendo regalos que su nuevo esposo había dejado para ella: joyería vistosa, prendas caras, vasijas y platos elaborados con maestría. Sin saberlo, Cupido se las había dejado antes de que saliera el sol.

Sólo así, el hijo de Afrodita podría garantizar que su mujer no se diera cuenta de quién era él. Sin oponer resistencia, con el paso de los días Psique se acostumbró a recibir el calor de Cupido por las noches. Anhelaba su presencia, aunque no conocía su rostro: la noche todo lo consume.

Un día, sus hermanas decidieron visitarla. Asombradas por el lujo con el que vivía ahora, sintieron envidia por la nueva vida que llevaba Psique. A pesar de que ellas mismas tenían esposos influyentes, nunca podrían haber soñado con tanto lujo, tanta riqueza. En medio de esa cólera, una de ellas le preguntó que cómo era su esposo: su rostro, sus manos, sus vestiduras.

A la sombra de miradas ajenas, Psique no supo contestar.

Nueva luz
Al caer la noche, Psique tenía la convicción de que finalmente vería el rostro de su marido. En ese momento, ella pensaba todavía que estaba casada con un monstruo del inframundo. Para protegerse de su reacción, buscó una daga para finalmente deshacerse de él y regresar con su familia.

Después de hacer el amor, cuando Cupido ya se había dormido, la mujer encendió una lámpara y empuñó el cuchillo con el que planeaba matarlo. Con el fulgor de la vela, la mujer alumbra el rostro más hermoso que había visto en su vida. Se quedó sin aliento y, con la impresión, derramó sobre el cuerpo desnudo del dios del amor la cera caliente.

La quemadura lo despertó. Para evitar que lo reconociera, todavía dormido, Cupido saltó de la cama y se cubrió el rostro. Completamente confundido, salió de la habitación por la ventana. A pesar de que Psique intentó perseguirlo, no logró alcanzarlo. Durante días, la mujer continuó su búsqueda en medio del bosque y entre los templos a diferentes diosas. Sus caminatas solitarias fueron infructuosas.

Aunque pidió el auxilio de algunas diosas, ellas sabían que no se les permitía contradecir los designios de Afrodita. Por ello, Psique se vio forzada a acudir a su suegra celosa.

Contra corriente
Mientras Psique acudía a Afrodita, Cupido se quedó encerrado en casa de su madre. Ante su desobediencia, la diosa decidió mantenerlo cautivo para evitar que interfiriera con los planes que tenía para su nueva nuera. Cuando finalmente estuvieron frente a frente, la diosa de la belleza impuso pruebas insoportables a la princesa de la isla sin nombre.

Azotes, días de hambre, travesías por el inframundo estuvieron entre los obstáculos que Psique tuvo que librar para reencontrarse con su esposo. Hubo un momento en el que sencillamente pensó en dejarse morir. Desde las profundidades de la Laguna Estigia, la mujer prefería no volver a salir nunca que enfrentarse a la cólera de Afrodita.

En cada ocasión, Psique regresó a la vida por la intervención de Afrodita. Bajo la mirada de la diosa enfurecida, le sería imposible librarse de sus castigos. En lugar de eso, prefirió infundirle un sueño similar a la muerte, que le impidió moverse. A la par, la herida de Cupido ya había sanado: sus músculos se restablecieron y, angustiado por el paradero de su esposa, estaba determinado a encontrarla.

Cupido y Psique ante la corte de dioses griegos
Así como escapó de sus aposentos nupciales, salió de la prisión en casa de su madre. Ante la visión de su mujer dormida, Cupido rompió el hechizo y la saca de ahí. Para librarse de las maquinaciones de Afrodita, el dios del amor llevó el caso ante Zeus, quien le había concedido la libertad de desposar a quien él quisiera. Encolerizado por los abusos de Afrodita, el dios del trueno decide convocar una reunión con todo el panteón griego en el Olimpo.

Ante la corte de dioses griegos, Zeus concedió que Cupido y Psique se casaran formalmente. En lugar de orquestar un evento fúnebre, como originalmente había sido, el dios del rayo decidió organizar un evento de celebración con vino, comida y música. Antes de consumar el matrimonio, le pidió a la princesa de la isla sin nombre que tomara una copa entera de Ambrosía: la bebida que le otorgaría la vida eterna.

Sin ella, le sería imposible acompañar a Cupido a través de los tiempos. Él siendo un dios, y ella, una mortal, estarían destinados a separarse cuando la vida de Psique llegara a su fin. Una vez que ella bebió todo el contenido de la copa sagrada, el dios del amor la tomó entre sus brazos. Con la fuerza de sus alas, se elevaron juntos hasta las estrellas.

Darwin y Wallace, los padres de la evolución

La Teoría de la Evolución explica la formación y variabilidad de las especies biológicas y fue formulada por ambos de forma independiente y casi simultánea. A pesar de que la fama haya hecho que el nombre más conocido sea el de Darwin, Wallace hizo aportaciones muy importantes y en la misma línea, en algunos casos incluso antes. La relación entre ambos siempre fue cordial. Del origen de las especies y de naturalistas hablamos en la sección “A Ciencia Cierta” con Federico Zurita Martínez, profesor del Departamento de Genética de la Universidad de Granada y coordinador del curso La evolución de los seres vivos. Un proceso sin finalidad.

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La microbiota

Gaby Vargas · microbiota el ecosistema que habita en nosotros

Para diversos microorganismos, el cuerpo humano representa un planeta entero que tiene la oportunidad de colonizar en sus diferentes regiones, paisajes y ambientes en beneficio o perjuicio del hospedero. Se estima que en una persona habitan 39 trillones de microbios, la mayoría bacterias que conforman la microbiota, la cifra varía por factores como el sexo, edad, genética, lugar de residencia o condiciones ambientales.

En una persona con un peso de 70 kilos, el 3.5 por ciento, es decir, dos kilos, pertenecen a células de microorganismos; también se reporta que entre uno a tres por ciento de su peso total pertenece al conjunto de esas formas de vida microscópica; específicamente la microbiota del intestino puede pesar 2.3 kilos y un tercio de su composición es común a la diversidad de la mayoría de los individuos, mientras dos terceras partes son específicas de cada sujeto. Cerca de cien trillones de microorganismos componen la microbiota humana, donde se incluyen al menos mil tipos de especies de bacterias conocidas; el número de estos organismos supera 10 veces al de las células.

La microbiota humana es la comunidad de microorganismos que residen en diversas partes del cuerpo, como el tracto gastrointestinal, genitourinario, cavidad oral, ducto nasofaringe, tracto respiratorio y piel, entre otras. Esta vasta comunidad contiene en sus células, la cuales conforman bacterias, virus o levaduras, un conjunto de genes que conforman al microbioma.

Los microbiomas muestran una gran diversidad de microorganismos, en cada uno de ellos su variabilidad, límites y mantenimiento juegan un papel importante en la salud o diagnóstico de enfermedades; uno de los más importantes es el del tracto gastrointestinal, el cual es una interfaz dinámica y funcional entre el entorno externo, los alimentos y el cuerpo humano, que puede presentar cambios influenciados por edad, dieta o consumo de medicamentos.

Un desequilibrio en el tipo o número de colonias bacterianas que habitan el organismo puede causar problemas de salud como diabetes, obesidad, enfermedades cardiovasculares o inflamatorias del intestino, y se han vinculado con enfermedades neuropsiquiátricas como el autismo. Una función importante de los microorganismos son la producción de metabolitos que entran al torrente sanguíneo logrando un efecto positivo en el cuerpo.

La primera interacción microbiana del ser humano inicia durante la fertilización, cuando las bacterias componentes de la microbiota del cérvix acompañan al esperma y alcanzan el óvulo durante la fecundación; sin embargo, el sistema inmunológico de la madre impide la colonización microbiana en este punto; durante el parto ocurre la primera y la mayor exposición a una microbiota diversa, es la vía principal de transferencia intergeneracional de la microbiota en mamíferos. La ruptura de la membrana amniótica expone al bebé a los microorganismos de la vagina y la región perianal materna.

Al nacer un individuo, sus intestinos son estériles, pero en pocas horas, las bacterias aparecen y el tracto gastrointestinal es colonizado por ellas. Después del nacimiento el desarrollo de la microbiota se orquesta bajo el efecto nutricional, inmunológico, hormonal y prebiótico de la leche materna; también influye la prematuridad, medidas de higiene y el tipo de alimentación del lactante; desde esta etapa hasta los 3 años, la diversidad microbiana se incrementa por el alimento y el entorno ambiental; este núcleo de la microbiota se establece hasta la adolescencia.

Las bacterias presentes en la microbiota tienen distintas funciones en el cuerpo que se relacionan con el metabolismo, la modulación de la respuesta inmune o la regulación de procesos en el sistema nervioso, además de actuar en la fermentación anaerobia de carbohidratos provenientes de fibra dietética, que conducen a la formación de ácidos grasos de cadena corta y también participan en la absorción de iones. Asimismo, la microbiota produce vitamina K y B12, importantes para la actividad del organismo, y limita el crecimiento de otras bacterias con potencial patógeno, evitando con ello las infecciones.

Existen diferencias en la microbiota entre hombres y mujeres, la variación radica en los contrastes anatómicos de ambos géneros y en la heterogeneidad interindividual (cambios fisiológicos resultado del envejecimiento que los hace diferentes) a la que está expuesta la microbiota intestinal, influenciada por factores ambientales como la dieta, el metabolismo del hospedero o factores hormonales. En tanto, la microbiota intestinal contrasta por el género en su tipo de microorganismos y se relaciona con el índice de masa de corporal.

El estudio de la microbiota humana ha identificado grandes poblaciones de microorganismos que habitan diversas zonas del cuerpo; por ejemplo, la piel, considerada como un órgano extenso, se encuentra expuesta al ambiente, condición que favorece el desarrollo de millones de microorganismos, por tanto, esa abundancia depende de la humedad del lugar y el nivel de su exposición al ambiente como en el caso de la ingle, pliegues axilares y glúteos; la dermis tiene una de las mayores diversidades microbianas del cuerpo. En contraste, la vagina es uno de los sitios menos diversos, en esta región las comunidades microbianas tienen poblaciones dominadas por bacterias del género Lactobacillus; su ambiente es principalmente anaerobio y ácido.

La microbiota del tracto digestivo superior inicialmente es parecida a la de la piel porque se encuentra expuesta al aire ambiental, pero cuando ese aire entra, el estómago se calienta y humedece, produciendo cambios en sus condiciones; en esta región se encuentran zonas que concentran distintos tipos de microbiota, por ejemplo, la cavidad oral tiene entre 200 y 500 especies bacterianas únicas; en cambio en el estómago, el pH demasiado bajo propicia un ambiente extremo y selectivo que limita la diversidad bacteriana capaz de sobrevivir; por su parte, en el duodeno, al tener una rápida motilidad (facilidad de movimiento), se le dificulta la adherencia y el establecimiento de la mayoría de bacterias.

Un lugar notable para el desarrollo de la microbiota en el organismo es el colon, donde se estima una densidad en escalas que van de 1010 (100000000000) a 1012 bacterias/ml, es decir, en la zona se encuentran más microbios que en el resto de los sitios del cuerpo combinados; cuenta con una importante diversidad de microorganismos, simbiontes microbianos capaces de realizar la fermentación anaerobia de sustratos fibrosos como la celulosas, pectina, inulina, almidones y glucanos derivados de la mucosa del huésped, lo cual produce ácidos grasos de cadena corta que contribuyen del cinco al 10 por ciento de los requerimientos calóricos humanos.

Distintos factores influyen en las comunidades de bacterias del organismo e intervienen en la salud o resultan perjudiciales para la microbiota; el nacimiento por cesárea y la alimentación con fórmula láctea pueden alterar el establecimiento de las primeras bacterias en el intestino del neonato trayendo consecuencias en su salud y vida adulta. Además, la exposición del infante a distintos ambientes determina las bacterias que tendrá y se ha reportado cómo niños con poca exposición a mascotas o en condiciones de mucha limpieza, pueden desarrollar mayor susceptibilidad a las alergias.

En el transcurso de la vida la composición microbiana cambia de acuerdo con la edad y la dieta, el consumo de alimentos ricos en grasas, azúcares y pobres en fibra puede favorecer a microorganismos implicados en obesidad, inflamación intestinal y reduce la presencia de bacterias productoras de metabolitos que fomentan la salud intestinal. Factores como la genética del individuo, la región geográfica donde vive y las condiciones ambientales, hasta elementos cotidianos como la dieta, un estilo de vida saludable, consumo de antibióticos o actividad física influyen en los cambios que puede presentar la microbiota.

La dieta es el principal factor para el control de la microbiota y se relaciona con horarios, frecuencia, cantidad y calidad de alimento, una rica en fibra promueve su funcionamiento adecuado, las basadas en frutas y verduras son abundantes en nutrientes como la fibra, grasas insaturadas, polifenoles, micronutrientes y proteínas que proporcionan efectos antipatogénicos y antiinflamatorios e incrementan la generación de bacterias lácticas.

La investigación científica sugiere que la microbiota intestinal contribuye a la salud metabólica de su hospedero, un desequilibrio en ella involucra desórdenes como obesidad, diabetes tipo 2, padecimientos hepáticos, cardio-metabólicas y desnutrición; también participa en el funcionamiento del eje intestino-cerebro y se ha visto modificada en presencia de males crónico-neurodegenerativos; además el cáncer tiene un efecto dañino sobre las barreras de los tejidos del cuerpo, alterando el balance de la microbiota en distintas zonas del cuerpo.

Algunos productos pueden equilibrar los organismos que componen la microbiota; por ejemplo, los probióticos son microorganismos vivos que al ser administrados en cantidades adecuadas benefician la salud del hospedero y su función modifica el ecosistema microbiano intestinal para favorecer su balance, además, contribuyen a la homeostasis del individuo. En cambio, un prebiótico es un sustrato utilizado selectivamente por los microorganismos del hospedero que también confiere un beneficio para la salud y fungen como nutrimento para favorecer el crecimiento bacteriano de ciertas cepas con propiedades positivas para el organismo al promover un estado de equilibrio en la microbiota; en contraste, se ha reportado que el uso desmedido de los antibióticos está relacionado con trastornos digestivos e intestinales.

En el plano internacional, los primeros estudios relacionados con la microbiota humana se presentaron a principios de la década los años 70 del siglo XX, y con el advenimiento de la secuenciación masiva de ADN, desde hace 12 años se desarrollan investigaciones para su caracterización. En 2007 el Instituto Nacional de Salud de Estados Unidos emprendió el Proyecto Microbioma Humano, iniciativa realizada a gran escala con el objetivo de responder preguntas respecto a la microbiota y su interacción con el cuerpo humano.

En el país, las primeras publicaciones científicas sobre la microbiota del tracto digestivo datan de 2015, e investigaciones sobre el microbioma del 2019. En Cinvestav se han realizado por lo menos 15 estudios para la caracterización de la microbiota en población mexicana; su relación con el sobrepeso u obesidad infantil, asociada a la diabetes tipo2; en leche materna y colonización neonatal; con cáncer en un modelo preclínico; enfermedad de Alzheimer; y plantas medicinales, entre otras.

Titanoboa: la serpiente de una tonelada

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Daniel Hernandez Mendoza

En el vasto escenario del Paleoceno latinoamericano, hace aproximadamente 60 millones de años, un reptil gigante serpenteaba silenciosamente marcando su territorio como el depredador supremo de su tiempo: la Titanoboa.

La colosal serpiente de una tonelada, emerge de las páginas del pasado para asombrar con su tamaño imponente y su lugar único en la historia de la evolución.

Titanoboa: su descubrimiento en Colombia

El sorprendente descubrimiento de Titanoboa fue realizado por un equipo de científicos que trabajó en una de las minas de carbón a cielo abierto más grandes del mundo en la región de La Guajira, Colombia, según publica Smithsonian Institution en un documento.

En primera instancia, en el lugar se encontraron restos de animales como cocodrilos, tortugas gigantes y peces pulmonados tres veces más grandes de los actuales.

Luego, al toparse con una vértebra enorme en 2007, los investigadores decidieron intensificar las excavaciones en ese sitio. Si bien en un principio los paleontólogos supusieron que se trataba de los restos de un cocodrilo, el equipo determinó más tarde que se trataba de la serpiente más grande jamás descubierta.

Estos hallazgos sorprendentes ofrecieron una visión sin igual del período conocido como el Paleoceno.

¿Cuáles eran las dimensiones de la Titanoboa?

La Encyclopedia Britannica (EB), señala en su sitio web que los paleontólogos han estimado que la longitud corporal de esta serpiente adulta promedio era de aproximadamente 13 metros (42,7 pies) y el peso rondaba los 1.135 kilos (1,25 toneladas).

En comparación, las anacondas adultas miden en promedio unos 6,5 metros (21,3 pies) de largo, mientras que las anacondas que baten récords alcanzan alrededor de 9 metros (unos 29,5 pies) de largo.

Nunca se ha encontrado ninguna serpiente viva con una longitud verificada superior a 9,6 metros (aproximadamente 31,5 pies), consigna la misma fuente (EB).

El ambiente selvático de hace 58 millones de años revela que esta serpiente se comportaba como una anaconda, moviéndose con facilidad tanto en la corriente de ríos como en pantanos: se trataba del mayor depredador de la selva del Paleoceno.

Robot de dos patas impulsado por tejido muscular

Enviado por

Maria Jose Contreras Bernal

La revista Matter publicó un trabajo de investigadores japoneses que han creado un robot biohíbrido de dos patas combinando tejidos musculares y materiales artificiales.

El autómata de dos patas del equipo de investigación, un innovador diseño bípedo, se basa en el legado de los androides biohíbridos que aprovechan los músculos. Los tejidos musculares los han impulsado a gatear, nadar hacia adelante y hacer giros, pero no bruscos.

Sin embargo, poder girar y realizar rotaciones bruscas es una característica esencial para que los robots eviten obstáculos. Para construir un autómata más ágil con movimientos finos y delicados, los investigadores diseñaron un androide biohíbrido que imita la marcha humana y opera en el agua.

El robot tiene una parte superior de boya de espuma y patas con peso para ayudarlo a mantenerse erguido bajo el agua. El esqueleto del robot está hecho principalmente de caucho de silicona que puede doblarse y flexionarse para adaptarse a los movimientos de los músculos.

Luego, los investigadores colocaron tiras de tejido de músculo esquelético cultivado en laboratorio en la goma de silicona y en cada pierna. Cuando los investigadores aplicaron electricidad al tejido muscular, el músculo se contrajo y levantó la pierna. Luego, el talón de la pierna aterrizó hacia adelante cuando la electricidad se disipó.

Al alternar la estimulación eléctrica entre la pierna izquierda y derecha cada 5 segundos, el robot biohíbrido caminó con éxito a una velocidad de 5.4 milímetros por minuto (0.002 metros por hora).

Para girar, los investigadores golpearon repetidamente la pierna derecha cada 5 segundos mientras la izquierda servía como ancla. El robot giró 90 grados a la izquierda en 62 segundos.

Los hallazgos mostraron que el robot bípedo impulsado por músculos puede caminar, detenerse y realizar movimientos de giro afinados. Actualmente, los científicos deben mover manualmente un par de electrodos para aplicar un campo eléctrico individualmente a las piernas, lo que lleva tiempo.

Por ello, en el futuro, al integrar los electrodos en el robot, se espera aumentar la velocidad de manera más eficiente. El equipo también planea dotar de articulaciones y tejidos musculares más gruesos al autómata bípedo para permitir movimientos más sofisticados y potentes.

Pero antes de actualizar el robot con más componentes biológicos, el equipo tendrá que integrar un sistema de suministro de nutrientes para sostener los tejidos vivos y las estructuras de los dispositivos que permiten al robot operar en el aire.

Biología 4.3 Organización y funciones

1.-INTRODUCCIÓN.

El término proteína deriva del griego "proteos" (lo primero, lo principal) y habla de su gran importancia para los seres vivos. La importancia de las proteínas es, en un primer análisis, cuantitativa: constituyen el 50% del peso seco de la célula (15% del peso total) por lo que representan la categoría de biomoléculas más abundante después del agua.

Sin embargo su gran importancia biológica reside, más que en su abundancia en la materia viva, en el elevado número de funciones biológicas que desempeñan, en su gran versatilidad funcional y sobre todo en la particular relación que las une con los ácidos nucleicos, ya que constituyen el vehículo habitual de expresión de la información genética contenida en éstos últimos.

2.-COMPOSICIÓN DE LAS PROTEÍNAS.
Desde el punto de vista de su composición elemental todas las proteínas contienen carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, mientras que casi todas contienen además azufre (Cabe resaltar que en azúcares y lípidos el nitrógeno sólo aparece en algunos de ellos). Hay otros elementos que aparecen solamente en algunas proteínas (fósforo, cobre, zinc, hierro, etc.).

Las proteínas son biomoléculas de elevado peso molecular (macromoléculas) y presentan una estructura química compleja. Sin embargo, cuando se someten a hidrólisis ácida, se descomponen en una serie de compuestos orgánicos sencillos de bajo peso molecular: los α-aminoácidos. Este rasgo lo comparten las proteínas con otros tipos de macromoléculas: todas son polímeros complejos formados por la unión de unos pocos monómeros o sillares estructurales de bajo peso molecular. Existen 20 α-aminoácidos diferentes que forman parte de las proteínas.

En las moléculas proteicas los sucesivos restos aminoácidos se hallan unidos covalentemente entre sí formando largos polímeros no ramificados. El tipo de enlace que los une recibe el nombre de enlace peptídico. Las cadenas de aminoácidos de las proteínas no son polímeros al azar, de longitud indefinida, cada una de ellas posee una determinada composición química, un peso molecular y una secuencia ordenada de aminoácidos.

3.-CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS.
Las proteínas se clasifican en dos clases principales atendiendo a su composición. Las proteínas simples u holoproteínas son las que están compuestas exclusivamente por aminoácidos. Las proteínas conjugadas o heteroproteínas son las que están compuestas por aminoácidos y otra sustancia de naturaleza no proteica que recibe el nombre de grupo prostético. Las proteínas conjugadas pueden a su vez clasificarse en función de la naturaleza de su grupo prostético. Así, se habla de glucoproteínas, cuando el grupo prostético es un glúcido, lipoproteínas cuando es un lípido, metaloproteínas cuando es un ion metálico, fosfoproteínas cuando es un grupo fosfato, etc.

Otro criterio de clasificación de las proteínas es la forma tridimensional de su molécula. Las proteínas fibrosas son de forma alargada, generalmente son insolubles en agua y suelen tener una función estructural, mientras que las proteínas globulares forman arrollamientos compactos de forma globular y suelen tener funciones de naturaleza dinámica (catalíticas, de transporte, etc).

4.-TAMAÑO DE LAS MOLÉCULAS PROTEICAS.


Las proteínas presentan tamaños moleculares muy variables (desde unos pocos miles de daltons a más de un millón) (ver Figura 8.1). Algunas proteínas están formadas por una sola cadena de aminoácidos, mientras que otras, llamadas proteínas oligoméricas, están formadas por varias cadenas individuales denominadas protómeros o subunidades. Se ha podido comprobar que en la mayor parte de los casos las cadenas individuales de aminoácidos presentan pesos moleculares que oscilan entre los 12.000 y los 36.000 daltons, lo que se corresponde con una longitud de entre 100 y 300 restos aminoácidos. Sin embargo existen moléculas proteicas más pequeñas como la insulina (51 aminoácidos y 5.700 daltons) y mucho más grandes como la apolipoproteína B, una proteína transportadora de colesterol, con 4.536 aminoácidos y 513.000 daltons, que representa la cadena individual de aminoácidos más grande conocida hasta la fecha. Las proteínas de mayor tamaño están formadas invariablemente por varias cadenas de aminoácidos.

5.-AMINOÁCIDOS: LOS SILLARES ESTRUCTURALES.
5.1.-CONCEPTO.

Los aminoácidos son compuestos orgánicos que poseen un grupo carboxilo y un grupo amino. Pueden ser α, β, γ, δ....aminoácidos, según el grupo amino esté unido respectivamente al primero, segundo, tercero, cuarto... átomo de carbono contando a partir del átomo de carbono del grupo carboxilo. En la naturaleza existen distintos tipos de aminoácidos que desempeñan diferentes funciones, sin embargo, los aminoácidos que forman parte de las proteínas son todos ellos α-aminoácidos.

Existen 20 α-aminoácidos diferentes que forman parte de las proteínas. Todos ellos tienen una parte de su molécula en común (formada por el átomo de carbono α unido a los grupos amino y carboxilo) y difieren entre sí en la naturaleza de la cadena lateral (habitualmente llamada grupo R). En la Figura 8.2 aparece la fórmula estructural de un α-aminoácido; en ella "R" representa la cadena lateral que difiere entre los distintos aminoácidos.

5.2.-ESTEREOISOMERÍA DE LOS AMINOÁCIDOS.
Los α-aminoácidos son compuestos quirales. En todos ellos, con la única excepción de la glicocola, el átomo de carbono α (el contiguo al grupo carboxilo) es un carbono asimétrico, es decir, un átomo de carbono unido a cuatro sustituyentes distintos. Debido a esta circunstancia, cada α-aminoácido puede existir en dos formas estereoisómeras cada una de ellas con una diferente ordenación espacial de los cuatro sustituyentes que rodean, en disposición tetraédrica, al carbono α (Figura 8.3). Estas dos formas estereoisómeras son además enantiómeros (imágenes especulares no superponibles una de la otra). La nomenclatura de las formas estereoisómeras de los α-aminoácidos se establece por convenio relacionando sus fórmulas en proyección de Fisher con la de un compuesto de referencia que es el gliceraldehido. Así, la forma D de un α-aminoácido es la que, en la fórmula en proyección de Fisher, tiene el grupo amino hacia la derecha (por analogía con el grupo hidroxilo del D-gliceraldehido), mientras que la forma L es la que lo tiene hacia la izquierda (ver Figura 8.3). Aunque existen en la naturaleza aminoácidos con configuración D que desempeñan diferentes funciones en las células, todos los aminoácidos presentes en las proteínas presentan configuración L.

Los α-aminoácidos, como todos los compuestos quirales, presentan actividad óptica, es decir, hacen girar en uno u otro sentido el plano de vibración de la luz polarizada. Así, algunos α-aminoácidos en disolución hacen girar dicho plano de vibración hacia la derecha, y se dice que son dextrógiros (+), mientras que otros lo hacen hacia la izquierda, y se dice que son levógiros (-). El carácter dextrógiro o levógiro de un α-aminoácido es independiente de la configuración D o L que presente.

5.3.-COMPORTAMIENTO ÁCIDO-BASE.

Los aminoácidos son compuestos sólidos, cristalinos, que presentan un punto de fusión y una solubilidad en agua muy superiores a lo que cabría esperar dado su peso molecular. Ello se debe a que los aminoácidos existen en disolución, y cristalizan a partir de las disoluciones, en forma de iones dipolares (Figura 8.4). A pH neutro el grupo carboxilo cede un protón y queda cargado negativamente y el grupo amino capta un protón y queda cargado positivamente. Así, los aminoácidos pueden comportarse como ácidos o como bases según el pH del medio; se dice que son sustancias anfóteras. Existe un valor de pH llamado punto isoeléctrico (pI) para el cual el aminoácido está compensado eléctricamente (carga neta = 0).

Las curvas de titulación de los aminoácidos son más complejas que las de los pares conjugados ácido-base corrientes. Esto se debe a que cada aminoácido posee dos grupos funcionales capaces de aceptar o ceder protones (amino y carboxilo), cada uno de los cuales tiene su propio pK y comportamiento ácido-base característico. Por otra parte, algunos aminoácidos presentan cadenas laterales (R) con grupos funcionales que son potenciales dadores o aceptores de protones, y que por lo tanto también influyen de manera determinante en sus propiedades ácido-base.

El comportamiento ácido-base de los aminoácidos reviste una gran importancia biológica, ya que influye a su vez en las propiedades de las proteínas de las que forman parte. Además, las técnicas para separar y analizar los aminoácidos componentes de una proteína se basan en gran medida en su comportamiento ácido-base.

5.4.-CLASIFICACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS.
Existen distintos criterios para clasificar los α-aminoácidos de las proteínas. Sin embargo, el más utilizado, dada su relación con la determinación de la estructura tridimensional de las mismas, es el que se basa en la naturaleza polar o no polar, con carga eléctrica o sin ella de su cadena lateral o grupo R. Así se distinguen:

a) Aminoácidos con grupo R no polar (alifáticos y aromáticos).

b) Aminoácidos con grupo R polar sin carga .

c) Aminoácidos con grupo R con carga positiva.

d) Aminoácidos con grupo R con carga negativa.

En la Tabla 8.1 se representan las fórmulas estructurales de los 20 α-aminoácidos presentes en las proteínas en las formas iónicas en las que aparecen a pH fisiológico. Todos los α-aminoácidos tienen, además de sus nombres sistemáticos, nombres simplificados apropiados para su uso común, que, en algunos casos, provienen de la fuente biológica de la cual fueron aislados inicialmente; así, la asparagina se encontró por primera vez en el espárrago, el ácido glutámico se aisló del gluten de trigo, la tirosina fue identificada en el queso (del griego tyros = queso), y la glicocola debe su nombre a su sabor dulce (del griego glycos = dulce).

Además de los 20 α-aminoácidos que son comunes a todas las proteínas existen en algunas de ellas otros aminoácidos, denominados aminoácidos no estándar. Todos ellos derivan de alguno de los 20 aminoácidos estándar través de transformaciones químicas sencillas que se operan una vez el aminoácido de origen ha sido incorporado a la proteína. Entre ellos cabe citar la hidroxiprolina, la N-metil-lisina y la desmosina.

Por otra parte, se han encontrado en las células vivas alrededor de otros 300 aminoácidos que desempeñan diferentes funciones pero que no forman parte de las proteínas. Algunos de ellos presentan configuración D y no todos son α-aminoácidos.

6.-EL ENLACE PEPTÍDICO. LOS PÉPTIDOS.
Los aminoácidos se enlazan para formar proteínas mediante enlace peptídico. Los péptidos son compuestos formados por la unión de aminoácidos mediante enlace peptídico. El enlace peptídico es una unión covalente tipo amida sustituida que se da al reaccionar el grupo amino de un aminoácido con el grupo carboxilo de otro aminoácido con desprendimiento de una molécula de agua En la siguiente animación se puede apreciar como es el proceso de formación de un enlace peptídico.

Cuando dos aminoácidos reaccionan para formar un enlace peptídico el compuesto resultante recibe el nombre de dipéptido. Por ser el enlace peptídico una unión "cabeza-cola" (grupo amino con grupo carboxilo) un dipéptido conserva siempre un grupo amino libre, que puede reaccionar con el grupo carboxilo de otro aminoácido, y un grupo carboxilo libre, que puede reaccionar con el grupo amino de otro aminoácido (Figura 8.5). Esta circunstancia permite que mediante enlaces peptídicos se puedan enlazar un número elevado de aminoácidos formando largas cadenas que siempre tendrán en un extremo un grupo amino libre (extremo amino terminal) y en el otro un grupo carboxilo libre (extremo carboxi-terminal).

Los péptidos se clasifican según el número de restos de aminoácidos que los forman. Así los péptidos formados por 2, 3, 4,.... aminoácidos se denominan respectivamente dipéptidos, tripéptidos, tetrapéptidos... En general cuando el número de aminoácidos implicados es menor o igual a 10 decimos que se trata de un oligopéptido, cuando es mayor que 10 decimos que se trata de un polipéptido. Es también frecuente el uso del la expresión cadena polipeptídica en lugar de polipéptido. Cuando una cadena polipeptídica tiene más de 100 restos de aminoácidos (es un límite arbitrario y que no hay que tomar al pie de la letra) decimos que se trata de una proteína. Sin embargo hay que tener en cuenta que existen proteínas, llamadas oligoméricas, que están formadas por varias cadenas polipeptídicas, por lo que los términos cadena polipeptídica y proteína no pueden considerarse sinónimos en todos los casos.

Aunque en los sucesivo nos ocuparemos fundamentalmente de proteínas formadas por centenares de residuos de aminoácidos, es conveniente resaltar que algunos péptidos cortos presentan actividades biológicas importantes. Entre ellos cabe citar algunas hormonas como la oxitocina (nueve residuos aminoácidos), que estimula las contracciones del útero durante el parto, o la bradiquinina (nueve residuos), que inhibe la inflamación de los tejidos. También son dignas de mención las encefalinas, péptidos cortos sintetizados en el sistema nervioso central que actúan sobre el cerebro produciendo analgesia (eliminación del dolor). Los venenos extremadamente tóxicos producidos por algunas setas como Amanita phaloides también son péptidos, al igual que muchos antibióticos.

7.-PROTEÍNAS: CONFORMACIÓN TRIDIMENSIONAL.
Las proteínas, como ya se dijo anteriormente, no son polímeros al azar de longitud indefinida, sino que cada una de ellas tiene una determinada composición en aminoácidos y estos están ordenados en una determinada secuencia. Hay que añadir a ello que en las células vivas las cadenas polipeptídicas de las proteínas no se encuentran extendidas ni plegadas al azar adoptando estructuras caprichosas o variables, sino que cada una de ellas se encuentra plegada de un modo característico, que es igual para todas las moléculas de una misma proteína, y que recibe el nombre de estructura o conformación tridimensional nativa de la proteína. Una clara evidencia en favor de esta idea la constituye el hecho de que las proteínas puedan cristalizar, ya que la disposición ordenada de la materia cristalina sólo es posible cuando las unidades moleculares individuales que componen el cristal son idénticas. Desde que en 1926 James Sumner consiguió obtener cristales del enzima ureasa, centenares de proteínas han sido obtenidas en estado cristalino.

El plegamiento de una cadena polipeptídica se realiza mediante rotaciones de los enlaces simples del esqueleto. En principio, los sustituyentes de los átomos que se encuentran a ambos lados de un enlace simple pueden adoptar infinitas posiciones (conformaciones) mediante simples rotaciones de dicho enlace. Dado que el esqueleto de una cadena polipeptídica consta de centenares de enlaces simples, cabría esperar que dicha cadena pudiera adoptar un número elevadísimo de conformaciones diferentes. Sin embargo, existen una serie de restricciones a la libertad de giro de estos enlaces (la mayoría de ellas derivadas de la interacción de la cadena polipeptídica con las moléculas de agua que la rodean) las cuales determinan que sólo sea posible una conformación tridimensional estable.

La conformación tridimensional de una proteína es un hecho biológico de una gran complejidad: existen distintos niveles de plegamiento que se superponen unos a otros. Debido a ello, para sistematizar el conocimiento acerca de este fenómeno, se establecen una serie de niveles dentro de la estructura de la proteína que se conocen como estructuras primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria (Figura 8.6). Los continuos avances en la comprensión de la estructura y el plegamiento de las proteínas han hecho necesaria en los últimos años la definición de dos niveles estructurales adicionales: la estructura supersecundaria y el dominio.



7.1.-ESTRUCTURA PRIMARIA.

La estructura primaria de una proteína es su secuencia de aminoácidos, es decir, vendría especificada por los aminoácidos que la forman y el orden de colocación de los mismos a lo largo de la cadena polipeptídica. La secuencia de aminoácidos de una proteína se escribe empezando por el extremo amino terminal y finalizando por el carboxi-terminal.

Si analizamos en detalle la estructura primaria de una proteína (ver Figura 8.7) observaremos, dado que el enlace peptídico implica a los grupos amino y carboxilo de cada aminoácido, y que éstos están unidos a su vez al mismo átomo de carbono (Cα), el esqueleto de la cadena polipeptídica es una sucesión monótona de estos tres tipos de enlace:

C α ------- C carboxílico

C carbox --- N amino(enlace peptídico)

N amino ---- C α

También observamos que las cadenas laterales o grupos R de los distintos restos aminoácidos, que no están implicadas en el enlace peptídico, surgen lateralmente hacia afuera de este esqueleto monótono (ver Figura 8.7).

Los estudios realizados acerca de la estructura primaria de proteínas procedentes de diferentes especies de seres vivos revelan que aquellas proteínas que desempeñan funciones similares en diferentes especies tienen secuencias de aminoácidos parecidas entre sí. Por otra parte, se ha comprobado que cuanto más emparentadas evolutivamente estén dos especies mayor es el grado de similitud entre las secuencias de aminoácidos de sus proteínas homólogas. Estos datos sugieren que debe existir algún tipo de relación entre la secuencia de aminoácidos y la función de las proteínas.
7.2.-ESTRUCTURA SECUNDARIA.
La estructura secundaria de una proteína es el modo característico de plegarse la misma a lo largo de un eje. Es el primer nivel de plegamiento, en el que los distintos restos de aminoácidos se disponen de un modo ordenado y repetitivo siguiendo una determinada dirección. En las proteínas fibrosas (aquéllas cuyas cadenas polipeptídicas están ordenadas formando largos filamentos u hojas planas) las estructuras primaria y secundaria especifican completamente la conformación tridimensional; estas proteínas no presentan por lo tanto niveles superiores de complejidad

Fue precisamente en las proteínas fibrosas, dada su mayor simplicidad estructural, donde fue estudiada inicialmente la estructura secundaria; particularmente en dos tipos de proteínas de origen animal muy abundantes: las queratinas y los colágenos. Ambas son proteínas insolubles que desempeñan importantes funciones de tipo estructural en los animales superiores. Existen dos tipos de queratinas de diferente dureza y consistencia, las α-queratinas (por ejemplo las que abundan en el pelo o en las uñas) y las β-queratinas (telas de araña, seda, etc.).

El análisis de la estructura secundaria de las proteínas fibrosas fue abordado inicialmente mediante la técnica de difracción de rayos X (basada en la capacidad de los átomos de difractar los RX en función de su tamaño). Esta técnica es aplicable al análisis de estructuras cristalinas, sin embargo, la microscopía electrónica reveló que las proteínas fibrosas presentaban estructuras repetitivas que eran susceptibles de análisis mediante esta técnica.

Los primeros análisis de difracción de rayos X de las queratinas, realizados por Willian Atsbury (Figura 8.8) en la década de los años 30, proporcionaron datos acerca de estructuras que se repetían con una periodicidad fija a lo largo de sus cadenas polipeptídicas, siendo estas periodicidades diferentes según se tratase de α o de β-queratinas. Dado que las cadenas polipeptídicas extendidas no presentan estructuras repetitivas que puedan dar lugar a estas periodicidades, se concluyó que dichas cadenas debían encontrarse plegadas de un modo regular que era diferente en cada tipo de queratinas. Pocos años más tarde, L. Pauling y R. Corey (Figura 8.9), dos investigadores norteamericanos, obtuvieron con gran precisión la longitud de estas periodicidades (0,56 nm en las α y 0,70 nm en las β-queratinas).

Por otra parte, aplicando la técnica DRX a pequeños péptidos (dos o tres residuos aminoácidos) en estado cristalino Pauling y Corey pudieron conocer la estructura íntima del enlace peptídico. Observaron que este enlace era ligeramente más corto de lo que sería un enlace simple C-N, lo que les permitió deducir que poseía un carácter parcial de doble enlace. Ello es debido a que el nitrógeno del grupo peptídico posee un orbital vacante que le permite compartir en resonancia un par de electrones del doble enlace C-O. El carácter parcial de doble enlace impide que el enlace peptídico pueda girar sobre sí mismo; los cuatro átomos del grupo peptídico son coplanares, estando el oxígeno y el hidrógeno en posición trans (Figura 8.10). Esta falta de libertad de giro supone una primera restricción en el número de conformaciones posibles de la cadena polipeptídica, que estaría entonces constituida por una serie de planos rígidos formados por los diferentes grupos peptídicos, los cuales podrían adoptar diferentes posiciones unos con respecto a otros mediante giros de los enlaces sencillos que flanquean cada uno de estos planos (ver Figura 8.11).

Pauling y Corey construyeron modelos moleculares de gran precisión (con bolas y varillas) hasta que encontraron unos que encajaban con los datos experimentales, es decir, hasta que encontraron modelos que, respetando las restricciones de giro del enlace peptídico, explicaban las periodicidades obtenidas. A la vista de estos modelos pudieron observar (suponemos que con gran regocijo) que no sólo eran posibles, sino que, de ser reales, presentarían una gran estabilidad, ya que todos los grupos peptídicos del esqueleto quedaban colocados en la relación geométrica adecuada para poder establecer puentes de hidrógeno entre ellos, circunstancia esta que proporcionaría una gran estabilidad a la estructura.



Los modelos encontrados fueron denominados respectivamente hélice α (que es la estructura secundaria de las α-queratinas) y conformación β (que es la estructura secundaria de las β-queratinas). Con posterioridad se descubrió la estructura secundaria del colágeno, la cual se denominó hélice del colágeno.

En la hélice-α (ver Figura 8.12) el esqueleto de la cadena polipeptídica se encuentra arrollado de manera compacta alrededor del eje longitudinal de la molécula, y los grupos R de los distintos restos aminoácidos sobresalen de esta estructura helicoidal, que tiene forma de escalera de caracol. Cada giro de la hélice abarca 3,6 residuos aminoácidos, ocupando unos 0,56 nm del eje longitudinal, lo que se corresponde con la periodicidad observada por DRX. El rasgo más sobresaliente de esta estructura es que todos los grupos peptídicos de los diferentes restos aminoácidos quedan enfrentados en la relación geométrica adecuada para formar puentes de hidrógeno entre sí; estos puentes se establecen entre el oxígeno del grupo carboxilo de cada residuo aminoácido y el hidrógeno del grupo amino que se encuentra cuatro residuos más allá en dirección carboxi-terminal (algo más de una vuelta completa de hélice). Así, cada vuelta sucesiva de la hélice α se mantiene unida a las vueltas adyacentes mediante varios puentes de hidrógeno intracatenarios que, actuando cooperativamente, proporcionan a la estructura una considerable estabilidad.

En la conformación β, también llamada hoja plegada, el esqueleto de la cadena polipeptídica se dispone en zig-zag con los grupos R de los distintos aminoácidos proyectándose alternativamente a uno y otro lado de dicho esqueleto (ver Figura 8.13). Cada zig-zag representa 0,70 nm

de longitud de la cadena, coincidiendo con la periodicidad observada por DRX. Muchas de estas cadenas colocadas paralelamente unas a otras forman una estructura que recuerda a una hoja de papel plegada, en la que los grupos R de los aminoácidos se encuentran sobresaliendo por ambas caras de dicha hoja. En este caso, los grupos peptídicos de los diferentes restos aminoácidos establecen puentes de hidrógeno con los de las cadenas vecinas (puentes de hidrógeno intercatenarios).

La hélice del colágeno (Figura 8.14) es un tipo de estructura secundaria que sólo aparece en esta proteína. Se trata de un arrollamiento helicoidal con tres residuos aminoácidos por vuelta en el que la cadena polipeptídica se encuentra más extendida que en la hélice α. Tres de estas hélices se encuentran a su vez arrolladas en una estructura superhelicoidal que da lugar a la molécula de tropocolágeno, que es la unidad que se repite a lo largo de las fibras de colágeno.



La hélice-α y la conformación β son las estructuras secundarias más frecuentes no sólo en la proteínas fibrosas sino en todo tipo de proteínas. Existen otros tipos de estructura secundaria cuya presencia se encuentra limitada a algunas proteínas especializadas.

En las proteínas globulares se han descubierto estructuras secundarias características de los puntos en que la cadena polipeptídica cambia abruptamente de dirección. Se les ha denominado giros o codos. El más extendido es el codo β, que consta de cuatro residuos aminoácidos formando un bucle cerrado con diferentes grupos peptídicos unidos por puente de hidrógeno (Figura 8.15).

Ahora bien, ¿qué es lo que determina que una cadena polipeptídica adopte una u otra de estas posibles estructuras secundarias conocidas? Los estudios realizados acerca de la estructura de cadenas polipeptídicas formadas por un solo tipo aminoácido (poliaminoácidos), así como diversas consideraciones teóricas (basadas en el tamaño o carga eléctrica de los grupos R de los distintos aminoácidos de una cadena), llevaron a la conclusión de que es la secuencia de aminoácidos, es decir, la estructura primaria, lo que determina el modo en que una cadena polipeptídica ha de plegarse a lo largo de un eje, es decir, su estructura secundaria. Es la naturaleza y posición de los grupos R a lo largo de la cadena, es decir, su secuencia, lo que propicia o impide el plegamiento según uno u otro modelo.

7.3.-ESTRUCTURA TERCIARIA.

Existen proteínas cuya conformación tridimensional no puede especificarse totalmente considerando sólo sus estructuras primaria y secundaria. Son las llamadas proteínas globulares cuyas cadenas polipeptídicas se hallan plegadas de un modo complejo formando arrollamientos globulares compactos que tienden a adoptar una forma aproximadamente esférica. La proteínas globulares son generalmente solubles en agua y desempeñan un gran número de funciones biológicas (por ejemplo los enzimas son proteínas globulares). Se conoce como estructura terciaria el modo característico de plegarse una cadena polipeptídica para formar un arrollamiento globular compacto.

El estudio de la estructura terciaria de las proteínas globulares se abordó también mediante la aplicación de la técnica de difracción de rayos X. Un paso previo necesario fue la obtención de proteínas globulares en estado cristalino muy puro a partir de disoluciones, ya que la técnica DRX sólo se puede aplicar a estructuras cristalinas o "paracristalinas" (como las proteínas fibrosas). Una vez solventado este problema pudo conocerse la estructura terciaria de algunas proteínas globulares (tras años de trabajo para conseguir interpretar los complejos difractogramas de RX que estas proteínas producían. Véase la Figura 8.16). Los cristalógrafos ingleses John Kendrew y Max Perutz (Figura 8.16b) obtuvieron grandes éxitos en la elucidación de la estructura tridimensional de proteínas globulares. La primera proteína cuya estructura terciaria fue conocida fue la mioglobina (una proteína que transporta oxígeno en el músculo), concretamente la del cachalote (ver Figura 8.17). En ella se pueden apreciar ocho segmentos rectilíneos con estructura secundaria en hélice α separados por curvaturas sin estructura secundaria aparente. Alrededor del 70% de la cadena polipeptídica se encuentra en las regiones plegadas en hélice α. La molécula es muy compacta, sin apenas espacio para moléculas de agua en su interior. Los grupos R de residuos aminoácidos con carácter polar o iónico se proyectan hacia la periferia de la molécula, mientras que los de carácter no polar se encuentran enterrados en el interior de la misma, aislados del contacto con el agua. La estructura se encuentra estabilizada por diferentes tipos de interacciones débiles entre los grupos R de diferentes aminoácidos; estas interacciones son de largo alcance, afectando a grupos R de residuos aminoácidos que pueden ocupar posiciones muy alejadas en la cadena polipeptídica.

En los últimos años se ha podido descifrar la estructura terciaria de miles de proteínas globulares. De estos estudios se deduce que el caso de la mioglobina representa sólo una de las múltiples posibilidades de plegamiento de una proteína globular. La variedad de estructuras terciarias posibles es inmensa. Sin embargo se pueden hacer algunas generalizaciones interesantes. En todas ellas...

a) La cadena polipeptídica está plegada de un modo muy compacto, sin apenas espacio para moléculas de agua en el interior del plegamiento.

b) Existen tramos rectilíneos que presentan estructura secundaria en hélice-α o en conformación β; en la mayoría de las proteínas estudiadas coexisten zonas con uno y otro tipo de estructura (Figura 8.18). Estos tramos están separados por curvaturas sin estructura secundaria aparente en unos casos o por codos β en otros. Las cantidades relativas que representan los diferentes tipos de estructura secundaria varían considerablemente de unas proteínas a otras.

c) Se han detectado agrupamientos estables de estructuras secundarias que dan lugar a motivos estructurales que se repiten en multitud de proteínas diferentes. Entre estos agrupamientos, denominados estructuras supersecundarias, cabe citar el "barril α/β", la "silla β", el "haz de cuatro hélices", el "lazo βαβ" o el "sandwich ββ".

d) En algunas proteínas se han detectado dos o más regiones globulares densamente empaquetadas que se hallan conectadas entre sí por un corto tramo de cadena polipeptídica extendida o plegada en hélice α. Estas regiones globulares, denominadas dominios, presentan una gran estabilidad, y aparecen repetidas en muchas proteínas diferentes.

e) Los restos de aminoácidos con grupos R polares o con carga se proyectan hacia el exterior de la estructura, expuestos al contacto con las moléculas de agua.

f) Los restos de aminoácidos con grupos R no polares (hidrófobos) se encuentran en el interior de la estructura, aislados del contacto con el agua y ejerciendo interacciones hidrofóbicas entre sí.

Por otra parte se observó que en todas las proteínas estudiadas existe una serie de fuerzas intramoleculares que tienden a estabilizar la estructura terciaria (Figura 8.19). Estas fuerzas son de dos tipos: a) enlaces covalentes (puentes disulfuro entre los grupos -SH de los restos de cisteína); b) interacciones débiles entre los grupos R de distintos aminoácidos que ocupan posiciones muy distantes a lo largo de la cadena polipeptídica (puentes de hidrógeno, interacciones iónicas, fuerzas de Van der Waals).


A la vista de estos datos se llegó a la conclusión de que es la naturaleza (polar o no polar) de los distintos grupos R, las posibilidades de formación de interacciones débiles o covalentes entre los mismos, y su posición en la cadena polipeptídica, es decir, la secuencia de aminoácidos lo que determina el hecho de que ésta adopte una u otra disposición en el espacio, o lo que es lo mismo, una determinada estructura terciaria. Hay que tener en cuenta que en su estado nativo las moléculas proteicas se encuentran en el seno del agua y que, por lo tanto, el plegamiento de la cadena polipeptídica será una respuesta a la interacción de los distintos grupos R (polares o no polares) con las moléculas de agua; además, la posibilidad de que se establezcan interacciones que estabilicen la estructura entre los distintos grupos R a lo largo de la cadena polipeptídica también dependerá de la naturaleza y posición de los mismos en la cadena. En la actualidad todo parece indicar que las interacciones hidrofóbicas entre los grupos R no polares enterrados en el interior de la estructura constituyen la verdadera fuerza directriz del plegamiento de una cadena polipeptídica, contribuyendo los demás tipos de interacciones débiles y covalentes a su mayor estabilidad.

Vemos, pues, que, al igual que sucede con la estructura secundaria, la estructura primaria determina la estructura terciaria de las proteínas globulares.

7.4.-ESTRUCTURA CUATERNARIA.

Existen proteínas que están formadas por varias cadenas polipeptídicas: son las llamadas proteínas oligoméricas. En ellas, la proteína completa (oligómero) está formada por un número variable de subunidades o protómeros. Los oligómeros pueden ser dímeros, trímeros, tetrámeros, pentámeros, hexámeros...., según estén formados por 2, 3, 4, 5, 6.... protómeros. Los oligómeros más frecuentes están formados por un número par de cadenas polipeptídicas.

En estas proteínas las distintas subunidades están asociadas de un modo característico al que llamamos estructura cuaternaria.

El estudio de la estructura cuaternaria de las proteínas oligoméricas también fue abordado mediante la aplicación de la técnica DRX tras la obtención de las mismas en estado cristalino puro. En este caso la interpretación de los difractogramas de RX resultó tan compleja que algunos cristalógrafos de proteínas emplearon en este esfuerzo hasta 25 años de trabajo antes de poder publicar resultados.

La primera proteína cuya estructura cuaternaria fue conocida (Figura 8.20) fue la hemoglobina humana (la proteína encargada de transportar el oxígeno en la sangre).

También se pueden hacer algunas generalizaciones acerca de la estructura cuaternaria de algunas proteínas oligoméricas conocidas. En todas ellas.....

a) Cada una de las subunidades o protómeros presenta una estructura terciaria determinada con rasgos similares a los de las proteínas globulares formadas por una sola cadena polipeptídica.

b) La estructura terciaria de las diferentes subunidades de una proteína oligomérica es muy semejante a la de proteínas globulares que desempeñan la misma o parecida función (la estructura terciaria de cada una de las subunidades de la hemoglobina es casi idéntica a la estructura terciaria de la mioglobina. Ambas proteínas desempeñan la función de transportar oxígeno, una en la sangre, la otra en el músculo. Se percibe pues una clara relación entre estructura y función.

c) Las distintas subunidades se encuentran asociadas de un modo característico, estableciéndose entre ellas puntos de contacto que son los mismos para todas las moléculas de una misma proteína. Estos puntos de contacto se ven estabilizados por interacciones débiles (puentes de hidrógeno, fuerzas de Van der Waals, interacciones iónicas) entre los grupos R de determinados aminoácidos.

A la vista de estos resultados se dedujo que también en este caso es la naturaleza y posición de los grupos R de los distintos aminoácidos en las diferentes subunidades la que determina cuáles han de ser los puntos de contacto entre las mismas, y, por lo tanto, el modo característico de asociarse unas con otras, es decir, la estructura cuaternaria; los puntos de contacto vendrán dados por las posibilidades de formación de interacciones débiles del tipo de las citadas y éstas a su vez de la naturaleza y posición de los distintos grupos R.

Deducimos, pues, que es la estructura primaria de las distintas subunidades la que determina la estructura cuaternaria de una proteína oligomérica.

Como conclusión podemos afirmar que la secuencia de aminoácidos (estructura primaria) contiene la información necesaria y suficiente para determinar la conformación tridimensional de una proteína a sus diferentes niveles de complejidad (estructuras secundaria, terciaria y cuaternaria).

8.-PROTEÍNAS. RELACIÓN ESTRUCTURA-FUNCIÓN.
Las proteínas son las macromoléculas más versátiles de cuantas existen en la materia viva: desempeñan un elevado número de funciones biológicas diferentes. Cada proteína está especializada en llevar a cabo una determinada función.

Entre las funciones de las proteínas cabe destacar las siguientes: catalíticas, estructurales, de transporte, nutrientes y de reserva, contráctiles o mótiles, de defensa, reguladoras del metabolismo, y otras muchas que determinadas proteínas desempeñan en organismos concretos.

La función de una proteína depende de la interacción de la misma con una molécula a la que llamamos ligando (en el caso particular de los enzimas el ligando recibe el nombre de sustrato). El ligando es específico de cada proteína. A su vez, la interacción entre proteína y ligando reside en un principio de complementariedad estructural: el ligando debe encajar en un hueco existente en la superficie de la proteína (el centro activo) tal y como lo haría una llave en una cerradura (ver Figura 8.21). Sólo aquel o aquellos ligandos capaces de acoplarse en el centro activo de la proteína serán susceptibles de interactuar con ella. Hay que tener en cuenta que este acoplamiento no es meramente espacial, sino que la proteína "ve" en su ligando, además de la forma, la distribución de cargas eléctricas, sus distintos grupos funcionales, y, en general, las posibilidades de establecer interacciones débiles con él a través de los grupos R de los aminoácidos que rodean el centro activo (el ligando "atraca" en el centro activo como lo haría un barco en un muelle, se establecen entre ambos "amarras" en forma de interacciones débiles que hacen más estable la asociación).

De lo anteriormente expuesto es fácil deducir que para que una proteína desempeñe su función biológica debe permanecer intacta su conformación tridimensional nativa. Si se pierde dicha conformación, y por lo tanto se altera la estructura del centro activo, ya no habrá acoplamiento entre proteína y ligando (no se "reconocerán") y la interacción entre ambos, de la que depende la función, ya no tendrá lugar. Como corolario de este razonamiento podemos afirmar que la función biológica de una proteína depende de su conformación tridimensional.

En resumen, la secuencia de aminoácidos de una proteína determina su conformación tridimensional, y ésta, a su vez, su función biológica.

9.-DESNATURALIZACIÓN DE LAS PROTEÍNAS.
Se entiende por desnaturalización de una proteína la pérdida de la conformación tridimensional nativa de la misma, pérdida que suele ir acompañada de un descenso en la solubilidad (las cadenas polipeptídicas de la proteína desnaturalizada se agregan unas a otras y forman un precipitado que se separa de la disolución). Durante el proceso de desnaturalización se rompen las interacciones débiles que mantienen estable la conformación pero se mantienen los enlaces covalentes del esqueleto polipeptídico, es decir, se pierden las estructuras secundaria, terciaria y, en su caso, cuaternaria, pero permanece intacta la secuencia de aminoácidos.

La desnaturalización puede ser provocada por diferentes causas o agentes desnaturalizantes de tipo físico o químico. Destacaremos dos de ellos: uno físico (aumento de temperatura) y otro químico (alteración del pH).

a) Aumento de temperatura.- Los aumentos de temperatura provocan una mayor agitación molecular que hace que las interacciones débiles que mantienen estable la conformación de la proteína terminen por ceder con la consiguiente desnaturalización.

b) Alteración del pH.- Estas alteraciones causan variación en el grado de ionización de distintos grupos funcionales (carboxilo, amino, hidroxilo, etc.) implicados en interacciones débiles que estabilizan la conformación. Estas variaciones provocan la rotura de dichas interacciones (sobre todo enlaces iónicos y también puentes de hidrógeno) y por lo tanto la desnaturalización (debido a ello son tan importantes los tampones que mantienen estable el pH de los fluidos biológicos).

El proceso de desnaturalización, si se lleva a cabo en condiciones suaves (variaciones moderadas y graduales de temperatura o pH), es reversible: la proteína puede recuperar su conformación tridimensional nativa si se restituyen las condiciones iniciales. Este proceso recibe el nombre de renaturalización. En la Figura 8.22 se ilustra el proceso de desnaturalización reversible de una cadena polipeptídica. Se ha comprobado en multitud de experimentos que el proceso de renaturalización conlleva una recuperación de la función biológica de la proteína (que se había perdido durante la desnaturalización), lo cual constituye una prueba irrefutable de la singular relación existente entre la secuencia de aminoácidos, la conformación tridimensional, y la función biológica de una proteína: la secuencia de aminoácidos, que es lo único que permanece al final del proceso de desnaturalización, contiene la información suficiente para que se recupere la conformación tridimensional, y con ella la función biológica, en el proceso de renaturalización.