Moléculas biológicas

Las moléculas grandes necesarias para la vida que se construyen a partir de moléculas orgánicas más pequeñas se denominan macromoléculas biológicas. Existen cuatro clases principales de macromoléculas biológicas (carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos), y cada una es un componente importante de la célula y realiza una amplia gama de funciones. Combinadas, estas moléculas constituyen la mayoría de la masa de una célula. Las macromoléculas biológicas son orgánicas, lo que significa que contienen carbono (con algunas excepciones, como el dióxido de carbono). Además, pueden contener hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo, azufre y elementos menores adicionales.

Carbón

A menudo se dice que la vida está "basada en el carbono". Esto significa que los átomos de carbono, unidos a otros átomos de carbono u otros elementos, forman los componentes fundamentales de muchas, si no la mayoría, de las moléculas que se encuentran exclusivamente en los seres vivos. Otros elementos juegan papeles importantes en las moléculas biológicas, pero el carbono ciertamente califica como el elemento "fundamental" para las moléculas en los seres vivos. Son las propiedades de enlace de los átomos de carbono las responsables de su importante papel.

Enlace de carbono

El carbono contiene cuatro electrones en su capa externa. Por lo tanto, puede formar cuatro enlaces covalentes con otros átomos o moléculas. La molécula de carbono orgánico más simple es el metano (CH₄), en el que cuatro átomos de hidrógeno se unen a un átomo de carbono.

El carbono puede formar cuatro enlaces covalentes para crear una molécula orgánica. La molécula de carbono más simple es el metano (CH₄)

Sin embargo, las estructuras que son más complejas se hacen con carbono. Cualquiera de los átomos de hidrógeno se puede reemplazar con otro átomo de carbono unido covalentemente al primer átomo de carbono. De esta manera, se pueden hacer cadenas largas y ramificadas de compuestos de carbono. Los átomos de carbono pueden unirse con átomos de otros elementos, como nitrógeno, oxígeno y fósforo. Las moléculas también pueden formar anillos, que pueden vincularse con otros anillos. Esta diversidad de formas moleculares explica la diversidad de funciones de las macromoléculas biológicas y se basa en gran medida en la capacidad del carbono para formar enlaces múltiples consigo mismo y con otros átomos.

Estos ejemplos muestran tres moléculas (que se encuentran en organismos vivos) que contienen átomos de carbono unidos de varias maneras a otros átomos de carbono y a los átomos de otros elementos. (a) Esta molécula de ácido esteárico tiene una larga cadena de átomos de carbono. (b) La glicina, un componente de proteínas, contiene átomos de carbono, nitrógeno, oxígeno e hidrógeno. (c) La glucosa, un azúcar, tiene un anillo de átomos de carbono y un átomo de oxígeno.

Carbohidratos

Los carbohidratos son macromoléculas con las que la mayoría de los consumidores están algo familiarizados. Para perder peso, algunas personas se adhieren a las dietas "bajas en carbohidratos". Los atletas, por el contrario, a menudo "cargan de carbohidratos" antes de las competiciones importantes para asegurarse de que tienen suficiente energía para competir a un alto nivel. Los carbohidratos son, de hecho, una parte esencial de nuestra dieta; Los granos, las frutas y las verduras son fuentes naturales de carbohidratos. Los carbohidratos proporcionan energía al cuerpo, particularmente a través de la glucosa, un azúcar simple. Los carbohidratos también tienen otras funciones importantes en humanos, animales y plantas.

Los carbohidratos pueden representarse mediante la fórmula (CH₂O)_n, donde n es el número de átomos de carbono en la molécula. En otras palabras, la relación de carbono a hidrógeno a oxígeno es 1: 2: 1 en las moléculas de carbohidratos. Los carbohidratos se clasifican en tres subtipos: monosacáridos, disacáridos y polisacáridos.

Los monosacáridos (mono- = "uno"; sacchar- = "dulce") son azúcares simples, el más común de los cuales es la glucosa. En los monosacáridos, el número de átomos de carbono generalmente oscila entre tres y seis. La mayoría de los nombres de monosacáridos terminan con el sufijo -ose. Dependiendo del número de átomos de carbono en el azúcar, pueden conocerse como trioses (tres átomos de carbono), pentosas (cinco átomos de carbono) y hexosas (seis átomos de carbono).

Los monosacáridos pueden existir como una cadena lineal o como moléculas en forma de anillo; en soluciones acuosas, generalmente se encuentran en forma de anillo.

La fórmula química para la glucosa es C₆H₁₂O₆. En la mayoría de las especies vivas, la glucosa es una fuente importante de energía. Durante la respiración celular, la glucosa libera energía, y esa energía se usa para ayudar a producir adenosina trifosfato (ATP). Las plantas sintetizan glucosa usando dióxido de carbono y agua mediante el proceso de fotosíntesis, y la glucosa, a su vez, se usa para los requerimientos de energía de la planta. El exceso de glucosa sintetizada a menudo se almacena como almidón que se descompone por otros organismos que se alimentan de las plantas.

La galactosa (parte de la lactosa o azúcar de la leche) y la fructosa (que se encuentra en la fruta) son otros monosacáridos comunes. Aunque la glucosa, la galactosa y la fructosa tienen la misma fórmula química (C₆H₁₂O₆), difieren estructural y químicamente (y se conocen como isómeros) debido a las diferentes disposiciones de los átomos en la cadena de carbono.

La glucosa, la galactosa y la fructosa son monosacáridos isoméricos, lo que significa que tienen la misma fórmula química pero estructuras ligeramente diferentes.

Los disacáridos (di- = "dos") se forman cuando dos monosacáridos sufren una reacción de deshidratación (una reacción en la que se produce la eliminación de una molécula de agua). Durante este proceso, el grupo hidroxilo (–OH) de un monosacárido se combina con un átomo de hidrógeno de otro monosacárido, liberando una molécula de agua (H₂O) y formando un enlace covalente entre los átomos en las dos moléculas de azúcar.

Los disacáridos comunes incluyen lactosa, maltosa y sacarosa. La lactosa es un disacárido que consiste en los monómeros glucosa y galactosa. Se encuentra naturalmente en la leche. La maltosa, o azúcar de malta, es un disacárido formado a partir de una reacción de deshidratación entre dos moléculas de glucosa. El disacárido más común es la sacarosa, o azúcar de mesa, que se compone de los monómeros glucosa y fructosa.

Una larga cadena de monosacáridos unidos por enlaces covalentes se conoce como polisacárido (poli- = "muchos"). La cadena puede ser ramificada o no ramificada, y puede contener diferentes tipos de monosacáridos. Los polisacáridos pueden ser moléculas muy grandes. El almidón, el glucógeno, la celulosa y la quitina son ejemplos de polisacáridos.

El almidón es la forma almacenada de azúcares en las plantas y está compuesto de amilosa y amilopectina (ambos polímeros de glucosa). Las plantas pueden sintetizar glucosa, y el exceso de glucosa se almacena como almidón en diferentes partes de la planta, incluidas las raíces y las semillas. El almidón que consumen los animales se descompone en moléculas más pequeñas, como la glucosa. Las células pueden entonces absorber la glucosa.

El glucógeno es la forma de almacenamiento de glucosa en humanos y otros vertebrados, y está compuesto de monómeros de glucosa. El glucógeno es el equivalente animal del almidón y es una molécula altamente ramificada que generalmente se almacena en el hígado y las células musculares. Cada vez que disminuyen los niveles de glucosa, el glucógeno se descompone para liberar glucosa.

La celulosa es uno de los biopolímeros naturales más abundantes. Las paredes celulares de las plantas están hechas principalmente de celulosa, que proporciona soporte estructural a la célula. La madera y el papel son principalmente de naturaleza celulósica. La celulosa está compuesta de monómeros de glucosa que están unidos por enlaces entre átomos de carbono particulares en la molécula de glucosa.

Todos los demás monómeros de glucosa en la celulosa se voltean y se empaquetan firmemente como cadenas largas extendidas. Esto le da a la celulosa su rigidez y alta resistencia a la tracción, que es tan importante para las células vegetales. La celulosa que pasa a través de nuestro sistema digestivo se llama fibra dietética. Si bien los enlaces glucosa-glucosa en la celulosa no pueden ser descompuestos por las enzimas digestivas humanas, los herbívoros como las vacas, los búfalos y los caballos pueden digerir la hierba que es rica en celulosa y usarla como fuente de alimento. En estos animales, ciertas especies de bacterias residen en el sistema digestivo de los herbívoros y secretan la enzima celulasa. El apéndice también contiene bacterias que descomponen la celulosa, dándole un papel importante en el sistema digestivo de algunos rumiantes. Las celulasas pueden descomponer la celulosa en monómeros de glucosa que el animal puede usar como fuente de energía.

Los carbohidratos cumplen otras funciones en diferentes animales. Los artrópodos, como los insectos, las arañas y los cangrejos, tienen un esqueleto externo, llamado exoesqueleto, que protege sus partes internas del cuerpo. Este exoesqueleto está hecho de la macromolécula biológica quitina, que es un carbohidrato nitrogenado. Está hecho de unidades repetidas de un azúcar modificado que contiene nitrógeno.

Por lo tanto, a través de las diferencias en la estructura molecular, los carbohidratos pueden cumplir funciones muy diferentes de almacenamiento de energía (almidón y glucógeno) y soporte estructural y protección (celulosa y quitina).

Aunque sus estructuras y funciones difieren, todos los carbohidratos de polisacárido están formados por monosacáridos y tienen la fórmula química (CH₂O _n.

CONEXIÓN PROFESIONAL: Dietista registrado

La obesidad es un problema de salud mundial, y muchas enfermedades, como la diabetes y las enfermedades cardíacas, son cada vez más frecuentes debido a la obesidad. Esta es una de las razones por las cuales los dietistas registrados son cada vez más buscados para recibir asesoramiento. Los dietistas registrados ayudan a planificar programas de alimentación y nutrición para personas en diversos entornos. A menudo trabajan con pacientes en centros de salud, diseñando planes de nutrición para prevenir y tratar enfermedades. Por ejemplo, los dietistas pueden enseñarle a un paciente con diabetes cómo controlar los niveles de azúcar en la sangre al comer los tipos y cantidades correctos de carbohidratos. Los dietistas también pueden trabajar en hogares de ancianos, escuelas y consultorios privados.

Para convertirse en un dietista registrado, uno necesita obtener al menos una licenciatura en dietética, nutrición, tecnología de alimentos o un campo relacionado. Además, los dietistas registrados deben completar un programa de pasantías supervisadas y aprobar un examen nacional. Quienes siguen carreras en dietética toman cursos de nutrición, química, bioquímica, biología, microbiología y fisiología humana. Los dietistas deben convertirse en expertos en la química y las funciones de los alimentos (proteínas, carbohidratos y grasas).

Lípidos

Los lípidos incluyen un grupo diverso de compuestos que están unidos por una característica común. Los lípidos son hidrófobos ("temerosos del agua") o insolubles en agua, porque son moléculas no polares. Esto se debe a que son hidrocarburos que incluyen solo enlaces no polares carbono-carbono o carbono-hidrógeno. Los lípidos realizan muchas funciones diferentes en una célula. Las células almacenan energía para su uso a largo plazo en forma de lípidos llamados grasas. Los lípidos también proporcionan aislamiento del medio ambiente para plantas y animales. Por ejemplo, ayudan a mantener secos los pájaros y mamíferos acuáticos debido a su naturaleza repelente al agua. Los lípidos también son los componentes básicos de muchas hormonas y son un componente importante de la membrana plasmática. Los lípidos incluyen grasas, aceites, ceras, fosfolípidos y esteroides.

Los lípidos hidrofóbicos en el pelaje de los mamíferos acuáticos, como esta nutria de río, los protegen de los elementos.

Una molécula de grasa, como un triglicérido, consta de dos componentes principales: glicerol y ácidos grasos. El glicerol es un compuesto orgánico con tres átomos de carbono, cinco átomos de hidrógeno y tres grupos hidroxilo (–OH). Los ácidos grasos tienen una larga cadena de hidrocarburos a la que se une un grupo carboxilo ácido, de ahí el nombre de "ácido graso". El número de carbonos en el ácido graso puede variar de 4 a 36; los más comunes son los que contienen de 12 a 18 carbonos. En una molécula de grasa, se une un ácido graso a cada uno de los tres átomos de oxígeno en los grupos –OH de la molécula de glicerol con un enlace covalente.

Los lípidos incluyen grasas, como los triglicéridos, que están formados por ácidos grasos y glicerol, fosfolípidos y esteroides.

Durante esta formación de enlace covalente, se liberan tres moléculas de agua. Los tres ácidos grasos en la grasa pueden ser similares o diferentes. Estas grasas también se llaman triglicéridos porque tienen tres ácidos grasos. Algunos ácidos grasos tienen nombres comunes que especifican su origen. Por ejemplo, el ácido palmítico, un ácido graso saturado, se deriva de la palmera. El ácido araquídico se deriva de Arachis hypogaea, el nombre científico del maní.

Los ácidos grasos pueden estar saturados o insaturados. En una cadena de ácidos grasos, si solo hay enlaces simples entre los carbonos vecinos en la cadena de hidrocarburos, el ácido graso está saturado. Los ácidos grasos saturados están saturados con hidrógeno; en otras palabras, se maximiza el número de átomos de hidrógeno unidos al esqueleto de carbono.

Cuando la cadena de hidrocarburos contiene un doble enlace, el ácido graso es un ácido graso insaturado.

La mayoría de las grasas no saturadas son líquidas a temperatura ambiente y se denominan aceites. Si hay un doble enlace en la molécula, entonces se conoce como grasa monoinsaturada (por ejemplo, aceite de oliva), y si hay más de un doble enlace, entonces se conoce como grasa poliinsaturada (por ejemplo, aceite de canola).

Las grasas saturadas tienden a acumularse fuertemente y son sólidas a temperatura ambiente. Las grasas animales con ácido esteárico y ácido palmítico contenidas en la carne, y las grasas con ácido butírico contenidas en la mantequilla, son ejemplos de grasas saturadas. Los mamíferos almacenan grasas en células especializadas llamadas adipocitos, donde los glóbulos de grasa ocupan la mayor parte de la célula. En las plantas, la grasa o el aceite se almacenan en las semillas y se utilizan como fuente de energía durante el desarrollo embrionario.

Las grasas o aceites insaturados son generalmente de origen vegetal y contienen ácidos grasos insaturados. El doble enlace provoca un doblez o una "torcedura" que evita que los ácidos grasos se acumulen fuertemente, manteniéndolos líquidos a temperatura ambiente. El aceite de oliva, el aceite de maíz, el aceite de canola y el aceite de hígado de bacalao son ejemplos de grasas insaturadas. Las grasas no saturadas ayudan a mejorar los niveles de colesterol en la sangre, mientras que las grasas saturadas contribuyen a la formación de placa en las arterias, lo que aumenta el riesgo de un ataque cardíaco.

En la industria alimentaria, los aceites se hidrogenan artificialmente para hacerlos semisólidos, lo que conduce a un menor deterioro y una mayor vida útil. Simplemente hablando, el gas hidrógeno se burbujea a través de los aceites para solidificarlos. Durante este proceso de hidrogenación, los dobles enlaces de la conformación cis en la cadena de hidrocarburos pueden convertirse en dobles enlaces en la conformación trans. Esto forma una grasa trans a partir de una grasa cis. La orientación de los dobles enlaces afecta las propiedades químicas de la grasa.

Durante el proceso de hidrogenación, se cambia la orientación alrededor de los dobles enlaces, haciendo una grasa trans de una grasa cis. Esto cambia las propiedades químicas de la molécula.

La margarina, algunos tipos de mantequilla de maní y la manteca vegetal son ejemplos de grasas trans hidrogenadas artificialmente. Estudios recientes han demostrado que un aumento de las grasas trans en la dieta humana puede conducir a un aumento en los niveles de lipoproteína de baja densidad (LDL), o colesterol "malo", que, a su vez, puede conducir a la deposición de placa en las arterias. , resultando en enfermedades del corazón. Muchos restaurantes de comida rápida han eliminado recientemente el uso de grasas trans, y ahora se requiere que las etiquetas de alimentos de EE. UU. Indiquen su contenido de grasas trans.

Los ácidos grasos esenciales son ácidos grasos que se requieren pero no son sintetizados por el cuerpo humano. En consecuencia, deben complementarse a través de la dieta. Los ácidos grasos omega-3 entran en esta categoría y son uno de los dos ácidos grasos esenciales conocidos para los humanos (el otro es los ácidos grasos omega-6). Son un tipo de grasa poliinsaturada y se denominan ácidos grasos omega-3 porque el tercer carbono del extremo del ácido graso participa en un doble enlace.

El salmón, la trucha y el atún son buenas fuentes de ácidos grasos omega-3. Los ácidos grasos omega-3 son importantes en la función cerebral y el crecimiento y desarrollo normales. También pueden prevenir enfermedades del corazón y reducir el riesgo de cáncer.

Al igual que los carbohidratos, las grasas han recibido mucha mala publicidad. Es cierto que comer un exceso de alimentos fritos y otros alimentos "grasos" conduce al aumento de peso. Sin embargo, las grasas tienen funciones importantes. Las grasas sirven como almacenamiento de energía a largo plazo. También proporcionan aislamiento para el cuerpo. Por lo tanto, las grasas insaturadas "saludables" en cantidades moderadas deben consumirse regularmente.

Los fosfolípidos son el componente principal de la membrana plasmática. Al igual que las grasas, están compuestas por cadenas de ácidos grasos unidas a un glicerol o estructura principal similar. Sin embargo, en lugar de tres ácidos grasos unidos, hay dos ácidos grasos y el tercer carbono de la cadena principal de glicerol está unido a un grupo fosfato. El grupo fosfato se modifica mediante la adición de un alcohol.

Un fosfolípido tiene regiones hidrofóbicas e hidrofílicas. Las cadenas de ácidos grasos son hidrófobas y se excluyen del agua, mientras que el fosfato es hidrófilo e interactúa con el agua.

Las células están rodeadas por una membrana, que tiene una bicapa de fosfolípidos. Los ácidos grasos de los fosfolípidos se encuentran en el interior, lejos del agua, mientras que el grupo fosfato puede enfrentar el ambiente exterior o el interior de la célula, ambos acuosos.

Esteroides y Ceras

A diferencia de los fosfolípidos y grasas discutidos anteriormente, los esteroides tienen una estructura de anillo. Aunque no se parecen a otros lípidos, se agrupan con ellos porque también son hidrófobos. Todos los esteroides tienen cuatro anillos de carbono unidos y varios de ellos, como el colesterol, tienen una cola corta.

El colesterol es un esteroide. El colesterol se sintetiza principalmente en el hígado y es el precursor de muchas hormonas esteroides, como la testosterona y el estradiol. También es el precursor de las vitaminas E y K. El colesterol es el precursor de las sales biliares, que ayudan en la descomposición de las grasas y su posterior absorción por las células. Aunque a menudo se habla del colesterol en términos negativos, es necesario para el buen funcionamiento del cuerpo. Es un componente clave de las membranas plasmáticas de las células animales.

Las ceras están formadas por una cadena de hidrocarburos con un grupo alcohol (–OH) y un ácido graso. Ejemplos de ceras animales incluyen cera de abejas y lanolina. Las plantas también tienen ceras, como el recubrimiento de sus hojas, que ayuda a evitar que se sequen.

Proteínas

Las proteínas son una de las moléculas orgánicas más abundantes en los sistemas vivos y tienen la gama más diversa de funciones de todas las macromoléculas. Las proteínas pueden ser estructurales, reguladoras, contráctiles o protectoras; pueden servir en transporte, almacenamiento o membranas; o pueden ser toxinas o enzimas. Cada célula en un sistema vivo puede contener miles de proteínas diferentes, cada una con una función única. Sus estructuras, como sus funciones, varían mucho. Sin embargo, todos son polímeros de aminoácidos, dispuestos en una secuencia lineal.

Las funciones de las proteínas son muy diversas porque hay 20 aminoácidos químicamente distintos que forman cadenas largas, y los aminoácidos pueden estar en cualquier orden. Por ejemplo, las proteínas pueden funcionar como enzimas u hormonas. Las enzimas, que son producidas por las células vivas, son catalizadores en reacciones bioquímicas (como la digestión) y generalmente son proteínas. Cada enzima es específica para el sustrato (un reactivo que se une a una enzima) sobre el que actúa. Las enzimas pueden funcionar para romper enlaces moleculares, reorganizar enlaces o formar nuevos enlaces. Un ejemplo de enzima es la amilasa salival, que descompone la amilosa, un componente del almidón.

Las hormonas son moléculas de señalización química, generalmente proteínas o esteroides, secretadas por una glándula endocrina o un grupo de células endocrinas que actúan para controlar o regular procesos fisiológicos específicos, incluidos el crecimiento, el desarrollo, el metabolismo y la reproducción. Por ejemplo, la insulina es una hormona proteica que mantiene los niveles de glucosa en sangre.

Las proteínas tienen diferentes formas y pesos moleculares; Algunas proteínas son de forma globular, mientras que otras son de naturaleza fibrosa. Por ejemplo, la hemoglobina es una proteína globular, pero el colágeno, que se encuentra en nuestra piel, es una proteína fibrosa. La forma de la proteína es crítica para su función. Los cambios en la temperatura, el pH y la exposición a productos químicos pueden conducir a cambios permanentes en la forma de la proteína, lo que lleva a una pérdida de función o desnaturalización (que se analizará con más detalle más adelante). Todas las proteínas están formadas por diferentes disposiciones de los mismos 20 tipos de aminoácidos.

Los aminoácidos son los monómeros que forman las proteínas. Cada aminoácido tiene la misma estructura fundamental, que consiste en un átomo de carbono central unido a un grupo amino (–NH₂

), un grupo carboxilo (–COOH) y un átomo de hidrógeno. Cada aminoácido también tiene otro átomo variable o grupo de átomos unidos al átomo de carbono central conocido como el grupo R. El grupo R es la única diferencia en estructura entre los 20 aminoácidos; de lo contrario, los aminoácidos son idénticos.

Los aminoácidos están formados por un carbono central unido a un grupo amino (–NH₂

), un grupo carboxilo (–COOH) y un átomo de hidrógeno. El cuarto enlace del carbono central varía entre los diferentes aminoácidos, como se ve en estos ejemplos de alanina, valina, lisina y ácido aspártico.

CONEXIÓN DE EVOLUCIÓN: La importancia evolutiva del citocromo c

El citocromo c es un componente importante de la maquinaria molecular que cosecha energía de la glucosa. Debido a que el papel de esta proteína en la producción de energía celular es crucial, ha cambiado muy poco durante millones de años. La secuenciación de proteínas ha demostrado que existe una considerable cantidad de similitud de secuencia entre las moléculas de citocromo c de diferentes especies; las relaciones evolutivas se pueden evaluar midiendo las similitudes o diferencias entre las secuencias de proteínas de varias especies.

Por ejemplo, los científicos han determinado que el citocromo c humano contiene 104 aminoácidos. Para cada molécula de citocromo c que se ha secuenciado hasta la fecha de diferentes organismos, 37 de estos aminoácidos aparecen en la misma posición en cada citocromo c. Esto indica que todos estos organismos descienden de un ancestro común. Al comparar las secuencias de proteína humana y de chimpancé, no se encontró diferencia de secuencia. Cuando se compararon las secuencias de mono humano y rhesus, se encontró una única diferencia en un aminoácido. En contraste, las comparaciones entre humanos y levaduras muestran una diferencia en 44 aminoácidos, lo que sugiere que los humanos y los chimpancés tienen un ancestro común más reciente que los humanos y el mono rhesus, o los humanos y la levadura.

Estructura proteica

Como se discutió anteriormente, la forma de una proteína es crítica para su función. Para comprender cómo la proteína obtiene su forma o conformación final, necesitamos comprender los cuatro niveles de estructura de la proteína: primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria.

La secuencia única y el número de aminoácidos en una cadena de polipéptidos es su estructura primaria. La secuencia única para cada proteína está determinada en última instancia por el gen que codifica la proteína. Cualquier cambio en la secuencia del gen puede llevar a que se agregue un aminoácido diferente a la cadena del polipéptido, causando un cambio en la estructura y función de la proteína. En la anemia de células falciformes, la cadena β de la hemoglobina tiene una única sustitución de aminoácidos, causando un cambio tanto en la estructura como en la función de la proteína. Lo que es más notable de considerar es que una molécula de hemoglobina está compuesta de dos cadenas alfa y dos cadenas beta que consisten en aproximadamente 150 aminoácidos. La molécula, por lo tanto, tiene alrededor de 600 aminoácidos. La diferencia estructural entre una molécula de hemoglobina normal y una molécula de células falciformes, que disminuye drásticamente la esperanza de vida en los individuos afectados, es un solo aminoácido de los 600.

Debido a este cambio de un aminoácido en la cadena, los glóbulos rojos normalmente biconcavos o en forma de disco adoptan una forma de media luna o "hoz", que obstruye las arterias. Esto puede conducir a una miríada de problemas de salud graves, como disnea, mareos, dolores de cabeza y dolor abdominal para quienes padecen esta enfermedad.

Los patrones de plegado resultantes de las interacciones entre las porciones de aminoácidos que no son del grupo R dan lugar a la estructura secundaria de la proteína. Las más comunes son las estructuras de láminas plegadas alfa (α) -helix y beta (β). Ambas estructuras se mantienen en forma por enlaces de hidrógeno. En la hélice alfa, los enlaces se forman entre cada cuarto aminoácido y causan un giro en la cadena de aminoácidos.

En la lámina plisada β, los "pliegues" se forman mediante enlaces de hidrógeno entre los átomos en la cadena principal de la cadena de polipéptidos. Los grupos R están unidos a los carbonos y se extienden por encima y por debajo de los pliegues del pliegue. Los segmentos plisados ​​se alinean paralelos entre sí, y se forman enlaces de hidrógeno entre los mismos pares de átomos en cada uno de los aminoácidos alineados. Las estructuras de lámina α-hélice y β-plisadas se encuentran en muchas proteínas globulares y fibrosas.

La estructura tridimensional única de un polipéptido se conoce como su estructura terciaria. Esta estructura es causada por interacciones químicas entre varios aminoácidos y regiones del polipéptido. Principalmente, las interacciones entre los grupos R crean la compleja estructura terciaria tridimensional de una proteína. Puede haber enlaces iónicos formados entre grupos R en diferentes aminoácidos, o enlaces de hidrógeno más allá de los involucrados en la estructura secundaria. Cuando se produce el plegamiento de proteínas, los grupos R hidrófobos de aminoácidos no polares se encuentran en el interior de la proteína, mientras que los grupos R hidrófilos se encuentran en el exterior. Los primeros tipos de interacciones también se conocen como interacciones hidrofóbicas.

En la naturaleza, algunas proteínas se forman a partir de varios polipéptidos, también conocidos como subunidades, y la interacción de estas subunidades forma la estructura cuaternaria. Las interacciones débiles entre las subunidades ayudan a estabilizar la estructura general. Por ejemplo, la hemoglobina es una combinación de cuatro subunidades de polipéptidos.

Los cuatro niveles de estructura proteica se pueden observar en estas ilustraciones.

Cada proteína tiene su propia secuencia y forma únicas, unidas por interacciones químicas. Si la proteína está sujeta a cambios de temperatura, pH o exposición a químicos, la estructura de la proteína puede cambiar, perdiendo su forma en lo que se conoce como desnaturalización como se discutió anteriormente. La desnaturalización a menudo es reversible porque la estructura primaria se conserva si se elimina el agente desnaturalizante, lo que permite que la proteína reanude su función. A veces la desnaturalización es irreversible, lo que lleva a una pérdida de función. Un ejemplo de desnaturalización de proteínas se puede ver cuando un huevo se fríe o hierve. La proteína de albúmina en la clara de huevo líquida se desnaturaliza cuando se coloca en una sartén caliente, cambiando de una sustancia clara a una sustancia blanca opaca. No todas las proteínas se desnaturalizan a altas temperaturas; Por ejemplo, las bacterias que sobreviven en las aguas termales tienen proteínas que están adaptadas para funcionar a esas temperaturas.

Ácidos nucleicos

Los ácidos nucleicos son macromoléculas clave en la continuidad de la vida. Llevan el plano genético de una célula y llevan instrucciones para el funcionamiento de la célula.

Los dos tipos principales de ácidos nucleicos son el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN). El ADN es el material genético que se encuentra en todos los organismos vivos, desde bacterias unicelulares hasta mamíferos multicelulares.

El otro tipo de ácido nucleico, el ARN, participa principalmente en la síntesis de proteínas. Las moléculas de ADN nunca abandonan el núcleo, sino que utilizan un intermediario de ARN para comunicarse con el resto de la célula. Otros tipos de ARN también están involucrados en la síntesis de proteínas y su regulación.

El ADN y el ARN están formados por monómeros conocidos como nucleótidos. Los nucleótidos se combinan entre sí para formar un polinucleótido, ADN o ARN. Cada nucleótido se compone de tres componentes: una base nitrogenada, un azúcar pentosa (cinco carbonos) y un grupo fosfato. Cada base nitrogenada en un nucleótido está unida a una molécula de azúcar, que está unida a un grupo fosfato.

Un nucleótido está compuesto por tres componentes: una base nitrogenada, un azúcar pentosa y un grupo fosfato.

Estructura de doble hélice de ADN

El ADN tiene una estructura de doble hélice. Se compone de dos hebras, o polímeros, de nucleótidos. Las cadenas se forman con enlaces entre grupos fosfato y azúcar de nucleótidos adyacentes. Las hebras están unidas entre sí en sus bases con enlaces de hidrógeno, y las hebras se enrollan entre sí a lo largo de su longitud, de ahí la descripción de "doble hélice", que significa una doble espiral.

El modelo de doble hélice muestra el ADN como dos cadenas paralelas de moléculas entrelazadas. 

Los grupos alternos de azúcar y fosfato se encuentran en el exterior de cada cadena, formando la columna vertebral del ADN. Las bases nitrogenadas se apilan en el interior, como los escalones de una escalera, y estas bases se emparejan; los pares están unidos entre sí por enlaces de hidrógeno. Las bases se emparejan de tal manera que la distancia entre las cadenas principales de las dos cadenas es la misma a lo largo de la molécula.

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