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RESUMEN 1. BASES DE LA QUIMICA BIOLOGICA APLICABLES A LA BIOLOGIA.
1. Metabolismo - todos los procesos biológicos relacionados con la
alimentación, que ocurren con exoenzimas (cerca y afuera de la pared
celular) y endoenzimas (en el interior de la célula).
2. anabolismo - metabolismo constructivo; armado de biomoléculas a
partir de piezas menores. Ocurre en el interior de la célula.
3. catabolismo - (cata se usa en catástrofe)
4. síntesis de proteínas - es un anabolismo celular universal (regla
3)
4.a. las proteínas son ladrillos constitutivos básicos para la estructuración
de una célula (citoplasma, membranas e inclusiones entre célula y
célula)
4.b. las enzimas están hechas de proteína y son catalizadores de reacciones
bioquímicas muy específicas
4.c. las proteínas se construyen en el interior de los ribosomas por
la vía de traducir un listado, en el idioma del RNA, proveniente del
núcleo celular. Los genes del DNA se traducen a proteínas de la célula
o, aún, a exoenzimas liberadas al ambiente.
4.c.1.) el DNA es el depositario del mensaje total de todas las construcciones
que alguna vez - muchas veces nunca - se necesitarán; su estructura
está autoorganizada para la duplicación, de manera que la célula hija
pueda llevarse un ejemplar de ese mensaje.
4.c.2.) el RNA transporta la parte cuya construcción urge.
4.c.3.) el organismo se ayuda con proteínas para la construcción de
tejidos que no son enteramente proteínas, tales como los tejidos óseos,
las paredes de celulosa de las células de plantas, o las piezas de
magnetita. (Lecturas 1 y 13)
5. La energía celular para realizar funciones metabólicas se obtiene
de la fotosíntesis (en las plantas) y de la "respiración" o "combustión"
en los animales y durante la noche, también en las plantas.
6. Fotosíntesis: proceso de captura de fotones solares para armar
azúcares a partir de CO2y H2 O (es un anabolismo).
7. Respiracion celular (ejemplo de catabolismo)
7.a. La energía se libera en una célula con motivo de la respiración
en forma similar a una lámpara de aceite quemando aceite (lectura
1); específicamente en las mitocondrias de la célula se oxida la glucosa.
7.b. Tres productos resultan de la oxidación de la glucosa, a saber,
fragmentos del combustible, hidrógeno y energía.
7.b.1.) si la respiración es completa, el fragmento del combustible
es CO2
7.b.2.) el ácido pirúvico es un intermediario.
7.c. El hidrógeno liberado durante la respiración de la glucosa (en
una palabra, la glicólisis) se combina con un receptor de hidrógeno,
papel que suele cumplir el oxígeno.
7.c.1.) El hidrógeno es el material en déficit; aunque agreguemos
más oxígeno no vamos a acelerar la glicólisis.
7.c.2.) En la vida asociada con escapes de gases submarinos y otros
casos, el papel del oxígeno lo cumple el azufre.
7.d. la energía liberada es atrapada en el ATP (como moneda de energía
atrapada o ligada)
7.d.1.) El ADP es el producto de la desconstrucción de la glucosa. La
adición de un grupo fosfato reacciona dando la moneda de energía ATP.
7.d.2.) El ATP puede difundir hacia cualquier parte de la célula donde
haga falta energía; esa difusión está autoorganizada. Cuando se desconstruye
el ATP, se libera la energía. Esto resulta ser la energía disponible
resultante de la mayoría del metabolismo celular.
8. Las membranas de la célula deben en general ser fluidas, aunque
en los vegetales las paredes son rígidas. Se organizan para dejar
pasar los nutrientes beneficiosos y mantener acotadas a las toxinas
que logren identificar por sus señales. La probabilidad de supervivencia
depende, en parte, de la precisión de esos controles.
8.a. Si llegan a ser perforadas por genes desnudos extraños, es de
su conveniencia que se desencadenen una serie de medidas de defensa
que impidan la muerte celular.
8.b. Las membranas deben estar preparadas para la evacuación de desechos
de metabolismo.
MODULO 1 UNIDAD 3 CAPITULO 2
2. AUTOORGANIZACION Y PROTEINAS
A los efectos de la ciencia biológica, las proteínas pueden ser consideradas
como las estructuras para la autoorganización. Resultan ser autoorganizables.
Reconocemos que al final de un proceso de selección natural de formación
de proteínas, ellas pueden servir como
* proteínas estructurales, como el colágeno, la seda, los cápsides
virales, los microtúbulos, que interconectan y arman células.
* factores de transcripción destinados a ligarse quimicamente a sectores
perfectamente identificados del mensaje genético para activar o apagar
genes que mandan señales, como la proteína bicoide.
*proteínas reguladoras, que son señales, como la insulina, el ACTH,
las hormonas del crecimiento, la proteína cdc2 que regula la duplicación
o meyosis de una célula germinal
*proteínas contráctiles, como la miosina y la actina de la sangre
*proteínas transportadoras, como la hemoglobina y la mioglobina
*proteínas de almacenamiento, como la clara de huevo (ovalbúmina)
y la proteína del germen de las semillas
*proteínas con función inmunológica en sangre de vertebrados, como
los anticuerpos que sondan los antígenos extraños, que suelen ser
proteínas nocivas
*proteínas que forman parte de una membrana, como las proteínas de
transporte entre la zona exterior y la interior de una célula (proteínas
canal), proteínas que consumen energía (ATP) para bombear iones desde
zonas donde hay pocos a zonas donde abundan (proteínas bomba), proteínas
que proporcionan dianas para ser sondeadas (proteínas receptoras),
etc.
*proteínas tóxicas, de defensa, como la toxina botulínica, la diftérica
y la del cólera
*chaperonas, que son proteínas que en una proporción de una chaperona
por cada proteína monitoreada, cuidan que ellas se plieguen bien y
que no se aglutinen con otras que nada tienen que ver con su comportamiento
deseado.
[ROGER PAIN Protein Folding, Nature, 23 april 1992, Vol. 356, N§ 6371,
p. 664]
*enzimas, como la pepsina, la tripsina, las diversas amilasas y las
del pardeamiento enzimático de alimentos (polifenol-oxidasas) , entre
decenas de miles de otros ejemplos, que sondan sitios frágiles de
las moléculas en estado activado y muchas veces se alojan tambien
en las membranas.
La base es un solo tipo de macromolécula, la proteína, que se puede
comparar inicialmente a un largo tren armado con vagones que empiezan
a enmarañarse y ligarse en forma cruzada y en serie-paralelo, hasta
adoptar una estructura globular, llamada nativa, esto es, soluble
y esférica. (Los trenes que se ligan y desligan de vagón de un tren
a vagón de otro tren lo hacen sobre todo con uniones cistina/cisteína,
aunque hay otras opciones).
¿A qué se deben estas funciones tan divergentes? Si pudiéramos contestar
esta pregunta primordial en pocos párrafos, habríamos dado un paso
gigantesco en nuestro objetivo, Chou. Porque recordará usted de la
lectura 13, sobre la natación en microorganismos, que si sabemos lo
que hacen las proteínas sabemos todo lo que hace falta explicar. Las
proteínas rigen indirecta o directamente miles de actos vitales, el
color de nuestros ojos, nuestra digestión, nuestro aspecto anatómico
en más de un sentido, nuestro comportamiento social y nuestro razonamiento,
nuestra capacidad de abstracción, nuestros defectos de lenguaje, la
señal para empezar a hablar siendo lactantes, nuestra selección de
palabras para aprobar los exámenes y nuestra memoria. [Sci Am nov
91 p 40].
Casi nada hay en biología que no pase por una proteína en su mecanismo.
Estas macromoléculas tan versátiles exhiben sus propios niveles de
organización y de autoorganización. Se construye hoy la ingeniería
de las proteínas, rama de la tecnología de alimentos (y otras tecnologías)
que busca modificar a las proteínas existentes naturalmente para mejorar
propiedades útiles al ser humano (por ejemplo un tipo de caseína -
que es una proteína de alto valor nutricional - más emulsionable y
digerible). Esa tecnología se fundamenta en que las proteínas tienen
una estructura primaria, complementada por una secundaria, que a su
vez se enriquece y pliega por una terciaria, la cual por ultimo combina
fragmentos o partes y los pliega juntos en una cuaternaria. Las estructuras
ternaria y cuaternaria, les confieren la gran mayoría de sus propiedades
útiles. La estructura primaria semeja un tren secuencial con sus vagones
dirigiendose a los sitios donde hay obras en construcción en una célula. Los
enganches debido a la cistina se aprecian en la figura á.
aqui Va la fig 3.20
La estructura terciaria se explica con motivo de otros grupos diferentes,
R y R', existentes en diferentes "vagones de un tren". Así si R es
hidrofóbico (rechazante del agua) y R' es hidrofílico (amante del
agua) y el tren se ubica en la interfase entre aceite y agua (aceite
de un lado y agua del otro), R' se orienta hacia el agua y R hacia
el aceite. Con eso la estructura de este tren se orienta escapándose
de los rieles que lo mantendrían rígido. En un postre o una crema
helada, la caseína de la leche, que es una proteína, ¿ayuda o dificulta
a la estabilización del conjunto? Estabilizar quiere decir evitar
que se separe la zona aceitosa (la crema) de la zona acuosa (el agua)
de la crema helada.
Fig AAC aqui Va la fig 3.21
La estructura terciaria es la que le da a las proteínas biológicas
su aspecto globular nativo, típico de toda enzima o de todo anticuerpo.
La estructura cuaternaria es la que combina a todo lo anterior dos
cadenas o dos trenes diferentes para formar un conjunto de ambas ligadas
en forma muy característica. La hemoglobina es, por ejemplo, un conjunto
formado por cuatro trenes o cadenas, dos de un tipo y dos de otro.
Como resumen, se esquematizan los tipos de estructuras en la figura
AAD
aqui va la fig 3.22
La conclusión lógica que ahora anotamos es de la máxima importancia:
Las estructuras secundaria, terciaria y cuaternaria ya están implícitas
en la estructura lineal primaria, que oculta en sí las ligaduras
cruzadas y los grupos R o R' que luego dan origen a esas formas autoorganizadas
(lectura --).
El motivo de la gran importancia de esta conclusión es doble. Por
un lado el mensaje genético, que es un conjunto de rosarios de genes,
se expresa en una proteína por cada gen (regla 22). En el momento
de esa expresión, el hilo de la proteína es del mismo largo que el
hilo del gen del cual se expresó. Como hay ligaduras secundarias,
el hilo se liga programadamente con otros hilos. Así garante que el
mensaje genético pueda tener una disposición encadenada linealmente,
sin bifurcaciones ni unificaciones. Por otro permite que esa cadena
pueda ramificarse, volverse a unir, puentear y plegarse sobre sí misma,
incluso acompañarse de cadenas correlacionadas de tal forma que unas
machimbren espontaneamente con otras. Las cadenas están entonces preparadas
para la autoorganización, no necesitan un reglamento de armado, pues
ya está implícito en la secuencia de algunos o todos los veinte tipos
de eslabones (amino ácidos).
Otro tema muy relacionado con las proteínas es el de la inhibición
por contacto de los tejidos constituidos por proteínas. Esto se puede
verificar
Una línea primaria de cultivo de tejidos se transforma en línea establecida
o cancerosa cuando pierde la posibilidad de inhibirse por contacto,
continuando en su crecimiento en forma irrestricta. En 1953 se logró
esto por primera vez y las repiques de frasco con crecimiento a frasco
sin sembrar, siguen vivos. Ya ocupada la primera capa superficial,
avanzan hacia segundas, terceras, etc. capas unas encima de las otras,
sin freno. La autoorganización deseada se ha perdido, como resultado
de un error heredable en el mecanismo que debe tomar la decisión de
duplicar (1 = cáncer)o nó (0 = salud). El nó ya no funciona más y
las células descendientes heredan esas instrucciones sin funcionar.
Los sistemas autoorganizados de origen biológico a veces disponen
de
CONCLUSIONES RAZONADAS
La autoorganización a nivel molecular, está sobre todo en los materiales
usados. Si la vida es un sistema complejo autoorganizado, la condición
indispensable y previa es que disponga de un material al cual se le
puedan requerir atributos muy especiales. Ese material existe y es
la proteína, armable a partir de veinte aminoácidos "naturales" (regla
3).
NOTA: la acción y efecto de ligarse quimicamente a ciertas estructuras
se denomina "sondar", donde un dado grupo químico sonda o "busca una
diana" para unirse a ella. Por "diana" entendemos un aviso biológico
receptor y atractor de moléculas específicas que son su sonda.
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