Estructura secundaria de las proteínas

Es la disposición que adopta en el espacio la estructura primaria.

Destacan dos tipos de estructuras: la HÉLICE-ALFA y la estructura  BETA-EN LÁMINA PLEGADA

MENDELEYEV y el Sistema Periódico de los Elementos

Dimitri Ivanovich Mendeleyev (1834-1907) Estudió en el Instituto Pedagógico de San Petersburgo,  fue profesor de química en la Universidad de San Petersburgo  y en Heidelberg, Trabajo en varias industrias químicas, investigando el punto crítico de presión y temperatura entre los estados líquido y gaseoso y las propiedades de las disoluciones, pero su mayor aportación fue el establecimiento del Sistema Periódico de los Elementos, que ha sido esencial en el avance y desarrollo de las ciencias químicas. En dicha tabla situó los huecos de tres elementos que no se conocían (los situados bajo el aluminio y silicio) y predijo sus propiedades con increíble precisión. Estos elementos fueron descubiertos con posterioridad eran el Galio, el Escandio y el Germanio. Entre sus publicaciones destaca "Principios de Química".
Fue nombrado Doctor Honoris Causa por las Universidades de Oxford y Cambridge y en 1955 se nombró Mendelevio al elemento químico del grupo de los actínidos de número atómico 101 en su honor.
A Mendeleyev se le negó ser miembro en la Academia Imperial Rusa de Ciencias por razones políticas y no se le concedió el Premio Nobel de Química en 1906 para el que había sido propuesto, posiblemente por la influencia del Nobel Svante Arrhenius cuya teoría sobre la disociación electrolítica había sido criticada en su momento por Mendeleyev.

Fagocitosis

Hay algunos protozoos como los Rizópodos, que para desplazarse emiten prolongaciones del citoplasma denominadas pseudópodos. Estos "falsos pies" también son utilizados para captar alimentos del medio y a este modo de alimentarse se le denomina FAGOCITOSIS.
La FAGOCITOSIS descubierta por Metchnikoff, no solo ocurre en algunos protozoos como la ameba, es un proceso muy importante en el funcionamiento de nuestro Sistema Inmune. Los leucocitos neutrófilos y los macrófagos son células especializadas en la captura e ingestión de microorganismos patógenos tras su reconocimiento.

Generalmente, tras una FAGOCITOSIS, se origina una VACUOLA ALIMENTICIA a la que se vierte el contenido de un LISOSOMA y se forma una VACUOLA DIGESTIVA, se absorben luego los productos útiles y los desechos, que forman una VACUOLA RESIDUAL, son eliminados al exterior por EXOCITOSIS.

Diaclasas

En la entrada del día 17 de este mes vimos lo que es una DIACLASA. Hoy vamos a ver dos ejemplos de diaclasas:

Las GRIETAS DE DESECACIÓN DE LAS ARCILLAS

En los terrenos arcillosos húmedos, cuando se va evaporando el agua, las arcillas se van desecando y al perder agua se contraen, el terreno se agrieta y se forman placas todas al mismo nivel.

 




La DISYUNCIÓN COLUMNAR DE LOS BASALTOS

Cuando los volcanes emiten lavas de naturaleza basáltica, la lava se va enfriando. Una vez consolidada, sigue su proceso de enfriamiento y el basalto se contrae formándose columnas generalmente hexagonales. Con la erosión de los agentes geológicos van desprendiéndose las columnas, dando lugar a espectaculares paisajes.

 

Estructura primaria de las proteínas

Se denomina estructura primaria de las proteínas a una sucesión de aminoácidos unidos mediante enlaces peptídicos y colocados en un cierto orden.






















Al comportarse el enlace peptídico como un doble enlace se mantiene en un plano y da lugar a "estructuras rígidas" alternantes, que van a condicionar la estructura secundaria, terciaria y cuaternaria de las proteínas.

METCHNIKOFF y la fagocitosis.

Ilya Ilich Metchnikoff (1845-1916) Biólogo ucraniano, estudió en las Universidades de Járkov, Wurzburgo y Múnich, fue profesor de Universidad en Odessa y Messina e investigó en los Institutos Bacteriológico de Odessa y Pasteur de Paris. Descubrió que en las larvas de los equinodermos había unas células similares a las amebas que ingerían cuerpos extraños a las que denominó fagocitos.
En el Instituto Pasteur comprobó que el proceso de fagocitosis  tenía lugar en todos los seres vivos incluida la especie humana y era de una gran importancia en la defensa contra las infecciones microbianas. Los leucocitos practican la fagocitosis cuando se produce una invasión bacteriana, ayudándonos así a controlar la infección.
Investigó con Roux la sífilis, y también el cólera y la tuberculosis, mas tarde investigó el empleo de lactobacilos para regenerar la flora intestinal dañada.
En el año 1908 recibió, por sus descubrimientos sobre la fagocitosis, el Premio Nobel de Fisiología y Medicina, que compartió con Ehrlich.(ver entrada del 25 de septiembre de 2013)

La muda o ecdisis

El fenómeno de la muda es uno de los procesos más interesantes que tiene lugar en los Artrópodos.
El cuerpo de los artrópodos está recubierto de un exoesqueleto quitinoso rígido y duro que impide el crecimiento.
Para crecer los artrópodos se ven obligados a mudar es decir se desprenden de su exoesqueleto, crecen rápidamente y generan un nuevo exoesqueleto de mayor tamaño que el anterior.

Este proceso de MUDA o ECDISIS sucede varias veces a lo largo de la vida del artrópodo y está regulado por hormonas. La hormona que desencadena todo el proceso es la hormona de la muda o ECDISONA (véase la entrada del día 10 de enero).

En las siguientes imágenes se pueden observar alguno de los momentos mas destacados de este proceso en las orugas de la mariposa del madroño Charaxes jasius:

1.-En esta imagen tenemos dos orugas de distinta edad a punto de mudar. Se ve fácilmente por el pequeño tamaño de su cabeza y por la aparición de una zona oscura detrás de la misma.

2.-El proceso va avanzando y se abandona la cápsula cefálica anterior (en la fotografía adelante), generándose una nueva cápsula de mayor tamaño (atrás), al mismo tiempo se va retirando poco a poco hacia atrás la quitina que constituía  el antiguo exoesqueleto.

3.-En esta tercera imagen se ve sobre la superficie de la hoja del madroño el exoesqueleto quitinoso antiguo del que se ha desprendido la oruga.

4.- En la cuarta fotografía vemos la oruga consolidando su nuevo exoesqueleto, en la parte posterior los restos de la muda y sobre la gran cápsula cefálica nueva permanece aún la vieja cápsula mucho más pequeña.

5.- En la quinta imagen la oruga ya se ha desprendido de la antigua cápsula.

6.- La muda ha concluido. Aun se puede comprobar el excesivo tamaño de la cabeza con relación al cuerpo de la oruga.

7.- En la imagen oruga en reposo entre dos mudas, en esta fase la hormona dominante es la HORMONA JUVENIL (véase la entrada del día 10 de enero).










Si quieres ver la metamorfosis completa (desde el huevo al imago) de esta mariposa visita:
huevo-imago.blogspot.com/

Estratos horizontales e inclinados

Como se indicó en la entrada del 5 de diciembre de 2018, las rocas sedimentarias están formadas por estratos horizontales si no han sido afectadas por procesos tectónicos.

En ocasiones, rocas que han sufrido una orogenia mantienen su disposición en estratos horizontales como sucede en el Valle do Ordesa del pirineo oscense.

Pero lo mas normal es que los estratos al ser sometidos a fuerzas orogénicas pierdan su disposición original y se inclinen un cierto ángulo. La inclinación de un estrato se denomina, como ya hemos visto, BUZAMIENTO.

El BUZAMIENTO es el ángulo que forma la superficie del estrato con la horizontal y ese ángulo varia desde Oº (estratos horizontales) a 90º (estratos verticales)

En las siguientes imágenes podemos ver de menor a mayor buzamiento estratos con distintos grados de inclinación.

Los 20 aminoácidos esenciales

Según su composición química  los 20 αα que forman las proteínas se pueden clasificar en dos grandes grupos: CÍCLICOS y ACÍCLICOS (Estos últimos en PUROS y MIXTOS).

Podemos clasificar también los αα atendiendo a los tipos de radical que poseen, eso nos permitirá distinguir dos grandes grupos: los αα con radicales POLARES (HIDRÓFILOS) de los que dependerá la solubilidad y la actividad de las moléculas proteicas y los αα con radicales NO POLARES (HIDRÓFOBOS) de los que dependerá la estructura tridimensional de la proteína.

En ambas clasificaciones la parte constante y común a todos los αα está en color negro, la parte variable y específica de cada αα  va en color rojo.

GILBERT y la secuenciación de los ácidos nucléicos.

Walter Gilbert (1932) Bioquímico estadounidense, realizó sus estudios en la Universidad de Harvard y se doctoró en matemáticas en la de Cambridge y en Bioquímica en Harvard. Ha sido profesor de diversas materias en la Universidad de Harvard. En colaboración con otros científicos fundó la empresa Biogén y se dedicó preferentemente a la Ingeniería Genética. Ha desarrollado un método para la secuenciación de las bases que forman los ácidos nucleicos y también estudió la disposición espacial de los genes, introduciendo los conceptos de intrón y exón para explicar el mecanismo de la síntesis proteica y ha propuesto la hipótesis de que el barajamiento de los exones permite una enorme variabilidad genética mayor aún que las mutaciones por lo que sería un factor decisivo en los procesos evolutivos. También propuso la hipótesis de un mundo de RNA en sus investigaciones sobre el origen de la vida.
En el año 1980 recibió el Premio Nobel de Química, que compartió con Berg y Sanger. (ver entradas del 11 y 15 de enero)

Los aminoácidos y el enlace peptídico

Las PROTEÍNAS también denominadas PRÓTIDOS (primario, básico, fundamental) tienen función plástica y, como su nombre indica, son los compuestos esenciales de todos los seres vivos. Están formadas por C, H, O y ¡¡¡un 16% de N!!!.

Las proteínas están constituidas por la unión de AMINOÁCIDOS.

Un aminoácido (abreviadamente αα) tiene siempre un grupo amino y un grupo ácido (carboxilo) separados por un átomo de C.

La parte constante del αα interviene en la unión de unos aminoácidos con otros y es muy importante en la estructura espacial de las proteínas

La parte variable es esencial en las propiedades y función de las proteínas




Solamente 20 aminoácidos forman la mayor parte de las proteínas

Los αα son sólidos incoloros, solubles en agua y cristalizables
Excepto la GLICOCOLA o GLYCINA que no posee carbonos asimétricos, los otros 19 αα  presentan ESTEREOISOMERÍA o ISOMERÍA ÓPTICA y por tanto hay formas D y L como en los glúcidos (ver entrada del día  4 de diciembre de 2018).
Al contrario que los monosacáridos, los αα están siempre en la Naturaleza en forma L y como el medio intracelular es líquido, se encuentran en disolución y por lo general a pH neutro, por lo que están ionizados. El grupo carboxilo pierde un protón y queda cargado negativamente y el grupo amino gana un protón y queda cargado positivamente.

Los αα son anfóteros es decir pueden actuar como ácidos y como bases.

Los αα se unen unos a otros por enlaces peptídicos. El enlace peptídico es un enlace covalente de tipo AMIDA SECUNDARIA que se comporta como un enlace doble.

De los enlaces peptídicos depende en gran medida la estructura tridimensional de las moléculas proteicas.

Deformaciones de las rocas: Fallas y Diaclasas

Cuando los materiales de la corteza terrestre son sometidos a fuerzas compresivas o distensivas , durante los procesos orogénicos, pueden sufrir una deformación rígida y fracturarse.
Si los materiales se desplazan unos respecto a otros tenemos una FALLA, por el contrario si los materiales no se desplazan y quedan al mismo nivel tenemos una DIACLASA.

Una FALLA consta de los siguientes elementos:

Las fallas pueden ser también de diferentes tipos:

Una falla en la que el labio hundido reposa sobre el plano de falla es una FALLA NORMAL (Las fallas normales se producen por fuerzas de distensión y el bloque de techo ha descendido).
Una falla en la que el labio hundido está debajo del plano de falla se denomina FALLA INVERSA (Se origina por fuerzas de compresión y el bloque de techo se ha elevado).

Si el plano de falla no está inclinado es una FALLA VERTICAL o RECTA
Si ambos bloques se desplazan lateralmente, no hay labio hundido ni levantado. Ambos quedan al mismo nivel y se trata de una FALLA LONGITUDINAL.
Si los bloques se desplazan más en una zona que en otra es una FALLA ROTACIONAL o EN TIJERA

Las fallas, al igual que los pliegues, es raro que estén aisladas pues lo normal es que aparezcan asociadas a otras fallas
Varias fallas escalonadas  en las que los bloques centrales están más elevados constituyen un MACIZO TECTÓNICO o HORST.
Un conjunto de fallas escalonadas más hundidas en su parte central forman una FOSA TECTÓNICA o GRABEN.

Estructura tridimensional de los polisacáridos de reserva

El ALMIDÓN es el polisacárido de reserva energética en vegetales

Se presenta en forma de gránulos de estructura concéntrica en el citoplasma celular

Está formado por dos fracciones    

• AMILOSA ( α-D-Glucopiranosa (1-4) formando una hélice)

• AMILOPECTINA  ( α-D-Glucopiranosa (1-4) en hélice  con ramificaciones en (1-6) cada 12 restos de glucosa).  
  
   
  

El GLUCÓGENO es el polisacárido de reserva energética en animales.

También se presenta en forma de gránulos, en el citoplasma de las células musculares y hepáticas.
Está formado por α -D-Glucopiranosa (1-4) con ramificaciones en (1-6) cada 8 a 10 restos de glucosa (Es muy similar a la fracción de amilopectina  del almidón, pero más ramificada).

BERG y el DNA recombinante

Paul Berg (1926) Bioquímico estadounidense que estudió en la Universidad Estatal de Pensilvania y en Copenhague, doctorándose en la Universidad de Cleveland. Fue profesor en la Escuela de Medicina de San Luis y en la Facultad de Medicina de la Universidad de Stanford, de donde es Profesor Emérito.
Berg investigó los procesos metabólicos utilizando marcadores radioisotópicos, pero  sus investigaciones mas importantes las realizó utilizando los enzimas de restricción descubiertos por Werner, Nathans y Smith (ver entradas del 9 y 11 de marzo de 2015) para romper en pequeños fragmentos el DNA de un bacteriófago y un virus animal, luego procedió a unirlos mediante enzimas ligasas y obtuvo así una molécula de  DNA híbrido, un DNA recombinante artificial. Este experimento ha supupuesto un paso adelante decisivo en el avance de la Ingeniería Genética y por ello Paul Berg recibió en 1980 el Premio Nobel de Química, que compartió con Sanger (ver entrada del 11 de este mes) y Gilbert por sus investigaciones..

El páncreas

El páncreas es un órgano en forma de hoja situado en el abdomen, su parte mas ancha esta ubicada junto al asa duodenal y su parte distal asciende hacia la izquierda

El páncreas es una glándula de secreción mixta, es decir es una glándula exocrina y endocrina a la vez.
Como glándula exocrina produce en sus tejidos alveolares el jugo pancreático, un conjunto de enzimas que van a intervenir en la digestión intestinal de prótidos y lípidos. El jugo pancreático se incorpora al duodeno a través del conducto de Wirsung, que desemboca en la ampolla de Vater.

Como glándula de secreción interna o endocrina en sus islotes de Langerhans, hay dos tipos de células que vierten directamente a la sangre, dos hormonas: las células alfa segregan INSULINA, un polipéptido de 51 aminoácidos que es hipoglucemiante (disminuye el nivel de glucosa en sangre) y las células beta segregan GLUCAGÓN, un polipéptido de 29 aminoácidos que es hiperglucemiante (aumenta el nivel de glucosa en sangre).
Estas dos hormonas, de acción antagónica, se encargan de mantener en sangre la proporción correcta de glucosa (aproximadamente 1gr por litro).
El funcionamiento del páncreas no está bajo control hipofisario.
El nivel de glucosa en sangre (Glucemia) es muy importante, ya que la glucosa es el principal combustible celular.
Una de las enfermedades mas conocidas debida al desajuste en la producción de insulina por el páncreas es la diabetes que afecta a más de 5 millones de personas solo en España.
Los diabéticos tienen que estar constantemente bajo control médico pues las consecuencias de la diabetes pueden llegar a ser muy graves para la salud.

Deformaciones de las rocas: Pliegues

Las rocas que constituyen la corteza terrestre si son sometidas a enormes presiones en los procesos orogénicos  se deforman plásticamente y se forman pliegues.
En el esquema se representan los principales elementos de un pliegue:

Los pliegues pueden ser de diferentes tipos:
Antiformes (tienen forma de A) y Sinformes (tienen forma de U).
Un pliegue antiforme en cuyo núcleo se encuentran los materiales más antiguos es un ANTICLINAL
Un pliegue sinforme en cuyo núcleo están los materiales más modernos es un SINCLINAL
Si el plano axial de un pliegue es vertical el pliegue es recto.
Si por el contrario el plano axial no es vertical tenemos un pliegue inclinado.
Un caso muy especial es cuando el plano axial de un pliegue es horizontal o casi horizontal, tenemos en ese caso un pliegue tumbado +
La mayor parte de las veces los pliegues tienen dos flancos, pero en ciertas ocasiones podemos encontrar pliegues con un solo flanco, son los pliegues en rodilla o monoclinales ++

Los pueden encontrarse aislados, pero lo más frecuente es que estén asociados con otros pliegues:
Una asociación de anticlinales y sinclinales cuyos planos axiales son paralelos recibe el nombre de SERIE ISOCLINAL.
Una asociación de anticlinales y sinclinales con forma general de anticlinal es un ANTICLINORIO (los planos axiales convergen hacia abajo).
Una asociación de anticlinales y sinclinales con forma global de sinclinal es un SINCLINORIO (los planos axiales convergen hacia arriba)

Polisacáridos

Cuando se unen dos monosacáridos se forma un disacárido (ver entrada del 20 de mayo de 2018), pero si se unen muchos monosacáridos se forma un POLISACÁRIDO.

Los POLISACÁRIDOS o POLIÓSIDOS

• son moléculas enormes y tienen por tanto una elevada masa molecular
• No son dulces, ni solubles en agua, ni cristalizables
• Se pueden hidrolizar en compuestos más sencillos: dextranos, disacáridos y finalmente monosacáridos
• No tienen poder reductor (excepto en los extremos de las cadenas, todos sus carbonos anoméricos están ocupados)
• Al ser moléculas de gran tamaño actúan como ANTÍGENOS.

Pueden ser de dos tipos:

*HOMOPOLISACÁRIDOS (Son los polímeros de un solo monosacárido)

          ALMIDÓN (polímero de α-D-Glucopiranosa) es el material de RESERVA ENERGÉTICA en los vegetales

          GLUCÓGENO (polímero de α -D-Glucopiranosa) es el material de RESERVA ENERGÉTICA en los animales.

          CELULOSA (polímero de β -D-Glucopiranosa) su función es ESTRUCTURAL en vegetales

          QUITINA (polímero de N-Acetil- β -D-Glucosamina) de función ESTRUCTURAL en animales.

¡¡¡¡¡Si los monosacáridos están en forma α el polisacárido será DE RESERVA. Si los monosacáridos están en forma β el polisacárido será ESTRUCTURAL!!!!!

*HETEROPOLISACÁRIDOS ( Son polímeros formados por 2 o más monosacáridos diferentes).

           PEPTIDOGLUCANOS o MUREÍNAS (polímeros de N-Acetilglucosamina y ácido N-Acetilmurámico) de función ESTRUCTURAL en bacterias (Los peptidoglucanos son los componentes mas importantes de la PARED CELULAR BACTERIANA.).

SANGER

Frederick Sanger (1918-2013) Bioquímico británico que estudió en Bryanston y se doctoró en la Universidad de Cambridge. Trabajó en el Consejo de Investigaciones Médicas y fue profesor de Biología Molecular en Cambridge.
Fue el primero en conseguir conocer la estructura molecular exacta de una proteína, concretamente la fórmula de la insulina bovina, hormona formada por dos cadenas de  30 y 21 aminoácidos, que fue esencial para la posterior obtención de insulina humana por ingeniería genética. También trabajó en diversas técnicas de ingeniería genética para secuenciar ácidos nucleicos desarrollando un sistema "el método Sanger" con el que en 1976 obtuvo con su equipo de investigación la secuencia completa del fago φ X174.
Sanger recibió dos Premios Nobel de Química, el primero en solitario en 1958 por descubrir la estructura de la insulina y en 1980 volvió a obtener ese galardón compartiéndolo en esta ocasión con Berg y Gilbert por sus aportaciones a la secuenciación de ácidos nucleicos.

Las hormonas en los invertebrados

Las HORMONAS en INVERTEBRADOS son producidas por neuronas. Entre sus funciones destacan las siguientes:

-          Controlan los procesos de REGENERACIÓN en Cnidarios, Anélidos y Equinodermos.

Es un tipo de reproducción asexual (véase la entrada del 18 de junio de 2018): Cuando un anélido o una estrella de mar se rompen accidentalmente, cada uno de los fragmentos es capaz de regenerar el resto del individuo completo). 

-     Controlan la MUDA en los Artrópodos

Los artrópodos presentan un exoesqueleto quitinoso rígido y duro que impide su crecimiento, por lo que con el tiempo se ven obligados a mudar (Se desprenden de su exoesqueleto antiguo, crecen rápidamente y forman un nuevo esqueleto de mayor tamaño que el anterior).

Los cambios de temperatura y de luz actúan sobre las células neurosecretoras do protocerebro que producen la Hormona encefálica (Corpora cardiaca), esta actúa sobre las Glándulas protorácicas  donde se produce la Hormona de la Muda ECDISONA que es un esteroide y desencadena la muda.

Por otra parte en los Corpora allata  de los ganglios cerebrales se produce la Hormona JUVENIL  que es la hormona que inhibe la muda.

De la interacción entre la hormona de la muda y la hormona juvenil dependerán los diferentes periodos en que se producirá o no la muda.

          -    Controlan también la METAMORFOSIS

                                                   

-         Controlan los cambios de color ( Cefalópodos, Artrópodos) encaminados a la cripsis (MIMETISMO)

-          Controlan la reproducción: Hormonas SEXUAIS 

-          Ciertas hormonas se liberan al exterior como las FEROMONAS

Se utilizan para atraer al sexo contrario. En algunas mariposas nocturnas el macho recibe en los órganos olfativos de sus antenas el olor de las feromonas que emite la hembra a más de 3Km de distancia.