LÍPIDOS
Los lípidos son un grupo heterogéneo de sustancias orgánicas
que tienen en común el ser moléculas no polares, insolubles en el agua,
solubles en los solventes orgánicos, estar formadas de Carbono,
Hidrogeno, Oxigeno y en ocasiones Fósforo, Nitrogeno y Azufre y que son ésteres
reales o potenciales de los ácidos grasos.
Los solventes orgánicos o solventes de las grasas, incluyen
el éter, cloroformo, acetona, etanol, sulfuro y tetracolruro de carbono usados
a menudo para extraer los lipidos de los tejidos y preparaciones biológicas.
LÍPIDOS SIMPLES
ÁCIDOS GRASOS
Son ácidos monocarboxílicos de cadena lineal R-COOH,
donde R es una cadena alquilo formáda sólo por átomos de carbono e
hidrógeno. Como parte de los triglicéridos existen más de 20 ácidos grasos
diferentes. La longitud de la cadena de carbonos varía entre 4 y 24 aunque los
más comunes contienen 16 o 18 átomos de carbono. Además de la longitud, la
cadena carbonos puede ser saturada o insaturada, es decir, que tiene
generalmente de uno a cuatro dobles enlaces carbono-carbono. La insaturación de
los ácidos grasos repercute en las propiedades físicas de la grasa pues los
ácidos grasos insaturados tienen puntos de fusión más bajos que los saturados
correspondientes. Las grasas que tienen en su mayoría ácidos grasos
saturados son sólidas o semisólidas a temperatura ambiente: sebo de res o de
cordero, manteca de cerdo, la mantequilla o la margarina; en cambio los aceites
que son líquidos a temperatura ambiente están formados en su mayor parte por
ácidos grasos con una o varias insaturaciones (poliinsaturados).
Debido a su mecanismo de síntesis, los ácidos grasos
naturales tienen un número par de carbonos sin que esto quiera decir que no los
haya de números impares, ramificados y sustituidos con grupos funcionales.
Los ácidos grasos más abundantes en la naturaleza son el
ácido oleico (~30 % del total de ácidos grasos) y el palmítico que representa
por lo general de 10 a 50 % del total de ácidos grasos.
TRIACILGLICEROLES
También llamados triglicéridos o grasas neutras, son los
lípidos más abundantes en los organismos vivos y están formados por el alcohol
glicerol esterificado con tres ácidos grasos. Las moléculas de
triacilgliceroles en las grasas naturales son muy variadas pues cada uno de los
tres ácidos grasos puede ser alguno de los cerca de 10 ácidos grasos más
frecuentes, lo cual hace posible las características observadas en la grasa de
las distintas especies, por ejemplo: el sebo, la manteca, la mantequilla y los
aceites.
Las principales funciones de los triacilgriceroles es la de
constituir la reserva más grande de energía en el organismo humano y la única
que permite la sobrevida durante el ayuno prolongado y la función nutricional
pues las grasas figuran en la dieta diaria aportanto alrededor del 30% de las
kilocalorias necesarias para el mantenimiento del organismo; cada gramo de
grasa aporta 9 Kcal.
Las grasas corporales
funcionan también como amortiguador mecánico para proteger a los tejidos, por
ejemplo: la grasa que rodea a los riñones, el corazón y el intestino. La grasa
subcutánea protege también al cuerpo de los agentes mecánicos externos y además
funciona como un aislante térmico que protege a los organismos de las bajas
temperaturas.
NOMENCLATURA
Nomenclatura sistemática. Los ácidos grasos se denominan de
acuerdo al hidrocarburo del que provienen más el sufijo “oico”. El ácido graso
de 16 carbonos se llama hexadecanoico.
El nombre común o trivial generalmente relacionado con la
fuente natural del cual proviene con la terminación “ico”. El hexadecanoico, se
llama más a menudo palmítico porque se obtiene del áceite de palma.
La representación más práctica de los ácidos grasos señala
el número de carbonos de la cadena seguido de dos puntos y del número de dobles
enlaces por ejemplo: ácido palmítico 16:0 y el ácido oleico 18:1.
En algunos casos se menciona con la letra delta la posición
de los dobles enlaces empezando por el carbono del carboxilo, el ácido oleico
sería 18:1 delta 9. Si empezamos por el carbono terminal, el mismo ácido sería
18:1 delta 9; el ácido linoleico sería 18:2 delta 9,12 y 18:2 delta 6.
CERAS
Presentes en los vegetales y en los animales marinos, las
ceras también se encuentran en los mamíferos como sustancias de protección y en
funciones especiales. Las ceras están formadas por un ácido graso de cadena larga,
esterificado con un alcohol, también de cadena larga. A diferencia de las
grasas no son asimilables por el organismo humano. Las más conocidas son la
cera de abeja, la cera de ovejas (la lanolina) y la del aceite de ballena. Son
altamente insolubles en agua y son sólidos y duros a temperatura ambiente.
LÍPIDOS COMPUESTOS
GLICEROFOSFOLIPIDOS
Son un grupo numeroso de lípidos
compuestos, importantes en la estructura de las membranas y derivados del ácido
fosfatídico, que tienen como alcohol al glicerol y que incluyen las lecitinas,
cefalinas, plasmalógenos y algunos otros lípidos menos frecuentes.
LECITINAS
También llamadas fosfatidilcolinas,
están formadas por glicerol, dos ácidos grasos, ácido fosfórico y la base
nitrogenada colina. Las lecitinas son los fosfolípidos, así llamados porque
contienen fosfato, los más abundantes en las membranas celulares y en el plasma
sanguíneo.
CEFALINAS
También se
llaman fosfatidilserinas y fosfatidiletanolaminas, son fosfolípidos importantes
que contienen un glicerol, dos ácidos grasos, un ácido fosfórico y la base
nitrogenada serina o etanolamina.
PLASMALOGENOS
Son
fosfolípidos de estructura muy semejante a las lecitinas y las cefalinas pero
que tienen el ácido graso de la posición 1 bajo la forma de un aldehído
alfa-beta insaturado. Están formados por un glicerol, un aldehído graso, un
ácido graso, ácido fosfórico y una base nitrogenada que puede ser colina,
etanolamina o serina.
ESFINGOLÍPIDOS
Son un grupo de lípidos compuestos derivados del alcohol
aminado esfingosina. La unidad fundamental de los esfingolípidos está formada
por una esfingosina unida en enlace amida con un ácido graso de cadena larga
para formar la ceramida, a la cual se une algún grupo polar que sirve de cabeza.
ESFINGOMIELINAS
CEREBROSIDOS
Al igual que las esfingomielinas, son lípidos complejos,
especializados y abundantes en el tejido nervioso. Están formados por una
ceramida en enlace glucosídico con el monosacárido galactosa, menos
frecuentemente la glucosa o algún oligosacárido (gangliósidos).
LÍPIDOS ASOCIADOS
Los lípidos simples y los compuestos comparten entre sí una
de las propiedades más generales de los lípidos, que es la de ser todos ellos
ésteres de los ácidos grasos; mientras que los lípidos asociados pueden o no,
estar esterificados y se incluyen dentro de la categoría de los lípidos por su
naturaleza no polar que los hace solubles en los solventes orgánicos y por
salir junto con los lípidos cuando estos se extraen de los tejidos. Según su
estructura química, los lípidos asociados pueden dividirse en tres series:
terpenoides, eicosanoides y esteroides.
TERPENOIDES
La palabra terpenoide se refiere a una clase muy variada de
compuestos similares a los terpenos, una estructura que deriva de la
unidad de 5 carbonos llamada isopreno (2-metil-1,3-butadieno) y que tiene un
contenido mínimo de 10 átomos de carbono o los más grandes pueden llegar a
tener cientos de ellos. Los terpenos de importancia biológica incluyen:
Monoterpenoides: como el limoneno con 2 unidades
isoprenoides (10 átomos de carbono). Es el responsable del olor característico
de las frutas cítricas.
Diterpenoides: como la vitamina A con 4 unidades
isoprenoides (20 átomos de carbono). Asociada al mecanismo de la visión.
Triterpenoides: como el escualeno con 6 unidades
isoprenoides (30 átomos de carbono). Intermediario en la síntesis de
colesterol, precursor de esteriodes.
Tetraterpenos: como el beta caroteno con 8 unidades
isoprenoides (40 átomos de carbono). Fuente del color anaranjado de las
zanahorias, precursor de la vitamina A.
El ejemplo más conocido es el de la vitamina A y sus
precursores, los carotenos que están presentes en los pigmentos vegetales de
color rojo o naranja, como en los jitomates y las zanahorias.
DERIVADOS DE TERPENOS
Incluyen los lípidos derivados la vitamina lipidicas y Colesterol. Estas moléculas se asocian a
menudo con cadenas de unidades isoprenoides más o menos largas, por lo que son
los grupos de cabeza los que los distinguen de los Terpenoides. La vitamina K
participa como activador en el proceso de la coagulación y una estructura
semejante a ella se encuentra en la coenzima-Q que participa en el transporte
de electrones y es la molécula más abundante en la cadena respiratoria, se
halla provista de una cola hidrofóbica de 10 unidades isoprenoides.
ESTEROIDES
Los esteroides son lípidos de la más alta importancia en la
fisiología humana y su estructura química deriva del núcleo del ciclopentano
perhidrofenantreno. Un grupo formado por los tres anillos del fenantreno pero
con sus dobles enlaces saturados, unido al ciclopentano. Este grupo químico que
es característico de todos los esteroides se modifica son varios sustituyentes
alcohol o cetona en diversas posiciones de los anillos y también por una cadena
de carbonos unida al carbono 17 del ciclopentano (C-17).
El colesterol, molécula de 27 carbonos
-cuyo nombre significa “alcohol sólido de la bilis” pues se encuentra con
alguna frecuencia formando cálculos biliares radiolúcidos de apariencia
opalina- es el compuesto original que da lugar a la formación de los
diferentes esteroides, los cuales en número de varias decenas intervienen en
las funciones del organismo humano, la mayoría de ellos como hormonas; pero
también en función de vitaminas y de agentes tensoactivos.
Además de ser el precursor de todos
los esteroides, el colesterol mismo tiene funciones importantes en el
organismo, entre ellas la de formar parte de las membranas y la de participar
en la cubierta monocapa de las lipoproteínas. Su acarreo en la circulación por
las lipoproteínas LDL es motivo del interés clínico pues se le asigna el papel
principal en la génesis de la aterosclerosis, alteración patológica que
-en mayor o menor grado- ocurre de manera universal en todos los seres
humanos y que consiste en la formación de “placas de ateroma” constituidas
principalmente por el depósito de colesterol en la íntima de las medianas y las
grandes arterias.
EICOSANOIDES
Un grupo de moléculas de naturaleza lipídica, es conocido
como los eicosanoides porque son derivados del ácido graso araquidónico de 20
carbonos y 4 dobles enlaces (20:4). Los eicosanoides se distinguen entre sí con
letras mayúsculas y subíndices numéricos.
Los eicosanoides tienen la capacidad de actuar como hormonas
locales, es decir, se fabrican en una célula y actúan en ella o en sus
cercanías, sin necesidad de ser acarreadas por la sangre a órganos y tejidos
distantes.
Algunas de estas moléculas intervienen en la percepción del
dolor, en la contracción de los músculos lisos de las arterias o del útero y en
los fenómenos de formación de coágulos y de constricción bronquial en los
pulmones.
En los eicosanoides se distinguen 3 clases importantes: las
prostaglandinas, los leucotrienos y los tromboxanos.
Una característica estructural de las prostaglandinas
(PG) es la formación de un anillo
pentagonal con varios grupos oxigenados en la molécula original del
araquidonato y según la distribución de dobles enlaces y de grupos oxigenados
se distinguen las clases: PGE, PGG, PGH y PGD
Las prostaglandinas intervienen en los fenómenos vasculares
de la inflamación produciendo vasodilatación y edema; en los celulares
induciendo quimiotaxis de las células del sistema inmunológico; intervienen en
la percepción del dolor, en la fiebre y son utilizadas para la inducción del
parto.
Los leucotrienos (LT) reciben este nombre porque tienen tres
dobles enlaces conjugados y se producen por los leucocitos. Los leucotrienos
producen contracción de músculo liso especialmente el músculo liso de los
bronquios por lo que se les involucra con las dificultades respiratorias de los
asmáticos.
Los tromboxanos (TX) se caracterizan estructuralmente por la
formación de un anillo de 6 miembros donde el
oxígeno es uno de ellos (oxano). Los tromboxanos promueven la agregación
de las plaquetas, la formación de coágulos y la
contracción del músculo liso arteriolar.
MEMBRANAS BIOLOGICAS
La membrana biológica es una bicapa lipídica que forma
compartimientos cerrados que delimitan el citoplasma celular y los organelos.
Esta compuesta por lípidos, proteínas y en menor cantidad por carbohidratos. La
cantidad de sus constituyentes es diferente según el tipo de membrana, por ejemplo,
en la vaina de mielina, las proteínas constituyen un 20% y un 75% en la
membrana interna de la mitocondria.
Las membranas biológicas son bicapas lipídicas autosellables
y flexibles que constituyen una matriz en la que se incorporan las proteínas de
membrana. En general, la bicapa que forma las membranas biológicas es
asimétrica, sus dos monocapas presentan diferencias en cuanto a composición y
estructura.
Las bicapas lipídicas son fluidos bidimensionales en los que
las moléculas de lípido pueden intercambiar con facilidad su lugar con
moléculas vecinas de la bicapa produciéndose la difusión lateral en el plano de
la membrana, pero, en cambio, las moléculas de lípidos no cambian fácilmente de
una cara de la bicapa a la otra (difusión transversa), movimiento que
requeriría que el grupo de la cabeza polar del lípido pasara a través del
centro apolar de la bicapa; de esta manera, las moléculas de una bicapa se
mueven con facilidad en su monocapa pero no es fácil que se trasladen a la
otra.
Las proteínas de membrana pueden ser integrales, cuando
atraviesan la bicapa por completo, o periféricas, si están asociadas
unilateralmente (en el lado citosólico o en el extracelular) a la membrana,
interaccionando con las proteínas integrales o con las cabezas de fosfolípidos
y glicolípidos. Una posición intermedia entre las proteínas de membrana
periféricas e integrales la ocupan las proteínas ancladas a lípidos tanto en el
lado citosólico como en el extracelular y las que tienen anclajes GPI en el
lado extracelular.
Composición lipídica de las membranas
La membrana fundamentalmente está formada por dos capas de
moléculas de fosfolípidos, en donde las cabezas polares están dirigidas hacia
la fase líquida y las colas no polares de los ácidos grasos se dirigen hacia el
interior de la membrana, constituyendo así un ambiente no polar que es
impermeable por naturaleza al paso de los solutos polares y las moléculas
hidrosolubes.
Por otro lado, la membrana tiene la notable propiedad de
autoensamblarse, pues la naturaleza hidrofóbica de los ácidos grasos que la
forman tienden a empacarlos unos contra otros en un arreglo ordenado a manera
de sándwich: la bicapa de lípidos.
En la mayoría de las membranas, las moléculas de lípidos
constituyen cerca del 50% de la masa de las membranas y el resto se completa en
con las proteínas y los carbohidratos de la membrana.
Los tres componentes lipídicos mayoritarios de las membranas
eucarióticas son los
1.Glicerofosfolípidos
2.Esfingolípidos
3.Colesterol
Las moléculas más abundantes de las membranas son los
fosfolípidos, lípidos compuestos que pertenecen a la clase de los
glicerofosfolípidos, que son derivados del ácido fosfatídico y que tienen dos ácidos grasos de cadena
larga y un fosfato, todas ellas eterificados al glicerol y una base nitrogenada
que se esterifica al fosfato.
También son abundantes las esfingomielinas fosfolípidos
derivados de la esfingosina, un alcohol aminado de 18 carbono, al cual se unen
un acido graso de cadena larga, un fosfato y una base nitrogenada.
Tanto los glicerosfolípidos como los esfingolípidos toman la
conformación “en cerilla” con la cabeza polar formada por el fosfato y la base
nitrogenada, y la cola no polar constituida por los ácidos grasos. El grupo de
los esfingolípidos incluye moléculas que no tienen fosfato y que poseen un
monosacárido o una cadena de oligosacáridos a manera de su cabeza polar.
COLESTEROL
Derivado del ciclopentano perhidrofenantreno, disminuye la
fluidez de la membrana porque su sistema de anillos esteroides rígido
interfiere en la agregación de las cadenas laterales de los ácidos grasos en
los otros lípidos de membrana.
Los fosfolípidosglosario y glicolípidosglosario de membrana
forman la bicapa lipídica. Los esteroles, como el colesterolglosario en
animales, se insertan en la membrana con el ejemembrana longitudinal de la
molécula perpendicular al plano de ésta, con el grupo hidroxilo próximo a las
cabezas polaresglosario de los otros lípidos y su región apolarglosario entre
las cadenas hidrocarbonadas hidrófobas de los mismos.
Cada especie, tejido, célula u orgánulo tiene una
composición de membrana característica, tanto para lípidos como para las
proteínas de membrana, que responde a las necesidades funcionales de esa
membrana.
La asimetría en la distribución de los lípidos de membrana
se refleja en el hecho de que mientras los fosfolípidos con colina,
fosfatidilcolina y esfingomielina, abundan en la monocapa externa,
fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina y distintos fosfatidilinositoles
predominan en la monocapa citosólica; una consecuencia de esto es que, a pH
fisiológico, la presencia de la fosfatidilserina aporta carga negativa lo que
genera una diferencia de carga entre las dos caras de la bicapa. Los
glicolípidos como cerebrósidos y gangliósidos son los lípidos de membrana que
presentan mayor asimetría ya que son propios de la monocapa externa aunque
también se encuentran en algunas membranas intracelulares. Los glicolípidos
tienden a asociarse entre ellos mediante puentes de hidrógeno entre los restos
de azúcares y mediante enlaces de van der Waals entre las cadenas
hidrocarbonadas y funcionalmente contribuyen al aislamiento eléctrico, a la
protección de la membrana y al reconocimiento (p.e., en esfingolípidos, ciertos
residuos glucídicos definen los grupos sanguíneos en humanos). Por su parte, el
colesterol se distribuye de forma más o menos equilibrada en las dos monocapas.
Funciones de las membranas biológicas
- Las membranas biológicas son dinámicas y esenciales para la funcionalidad y cumplen distintos papeles:
- · Compartimentalización: la membrana plasmática define y limita la célula y mantiene las diferencias entre el contenido citosólico y el exterior celular; las membranas de orgánulos (retículo endoplásmico, aparato de Golgi, mitocondria, etc.) también establecen características diferenciales entre esos orgánulos y el citosol.
- · Protección de la célula frente a posibles agresiones externas.
- · Mantenimiento de la presión osmótica.
- · Control del intercambio de moléculas entre interior y exterior celular mediante su permeabilidad selectiva, puesto que son impermeables para los iones y para la mayoría de las moléculas polares, y los procesos de transporte de solutos específicos. De esta manera se pueden establecer gradientes iónicos que pueden ser utilizados para la síntesis de ATP, el movimiento transmembrana de solutos específicos o, en ciertos tipos celulares, producir y transmitir señales eléctricas.
- · Reconocimiento y transducción de señales externas.
- · Establecimiento de interacciones intercelulares o con componentes de la matriz extracelular.
- · Catálisis de ciertas reacciones llevada a cabo por proteínas de membrana especializadas.
- · Determinantes de la forma celular y condicionantes de la motilidad y los procesos de secreción y endocitosis.
LIPOPROTEINAS
Las lipoproteínas son complejos macromoleculares compuestos
por proteínas y lípidos que transportan masivamente las grasas por todo el
organismo. Son esféricas, hidrosolubles, formadas por un núcleo de lípidos
apolares (colesterol esterificado y triglicéridos) cubiertos con una capa
externa polar de 2 nm formada a su vez por apoproteínas, fosfolípidos y
colesterol libre. Muchas enzimas, antígenos y toxinas son lipoproteínas.
La función de las lipoproteínas plasmáticas es transportar
moléculas lipídicas de unos órganos a otros en el medio acuoso del plasma. En
el estado de ayuno normal el plasma humano tiene cuatro clases de lipoproteínas
y en el periodo postabsortivo aparece una quinta clase, los quilomicrones.
Las lipoproteínas se clasifican en función de su densidad:
Los quilomicrones son lipoproteínas grandes con
densidad extremadamente baja que transportan los lípidos de la dieta desde el
intestino a los tejidos.
Las VLDL, lipoproteínas de muy baja densidad, se
sintetizan en el hígado y transportan lípidos a los tejidos; estas VLDL van
perdiendo en el organismo triacilgliceroles y algunas apoproteínas y
fosfolípidos; finalmente sus restos sin triacilgliceroles (IDL, lipoproteínas
de densidad intermedia) son captados por el hígado o convertidos en LDL.
Las LDL, lipoproteínas de baja densidad, transportan
colesterol a los tejidos donde hay receptores de LDL.
Las HDL, lipoproteínas de alta densidad, también se
producen en el hígado y eliminan de las células el exceso de colesterol
llevándolo al hígado, único órgano que puede desprenderse de éste
convirtiéndolo en ácidos biliares.
IMPORTANCIA BIOLÓGICA Y RELACION EN CAMPO FARMACEUTICO
Los lípidos son biomoléculas orgánicas de distribución
prácticamente universal en los seres vivos y que desempeñan en ellos numerosas
funciones biológicas, como son:
a)-Los lípidos constituyen el material fundamental de
todas las membranas celulares y subcelulares, en las que aportan la bicapa de
fosfolípidos, arreglados con las cabezas polares hacia fuera y las colas no
polares hacia dentro.
b)-Los lípidos forman la mayor reserva de energía de
los organismos, que en el caso del organismo humano normal, son suficientes
para mantener el gasto energético diario durante la inanición por un período
cercano a los 50 días; mientras que el glucógeno corporal alcanza solamente
para cerca de 16 horas y las proteínas corporales que teóricamente aportarían
casi la misma energía que las grasas, son demasiado importantes para permitir
su degradación masiva.
c)-Las grasas funcionan como aislante térmico muy
efectivo para proteger a los organismos del frío ambiental, por lo que los
animales de las zonas frías del planeta se protegen con una gruesa capa de
grasa bajo la piel y también las grasas sirven de un amortiguador
mecánico efectivo, que protege los órganos internos como el corazón y el riñón.
d)-Los lípidos funcionan como hormonas de gran
relevancia para la fisiología humana, por ejemplo las hormonas esteroideas, las
prostaglandinas y segundos mensajeros hormonales, como el inositol-trifosfato
y también como las vitaminas liposolubles A,D, E y K que forman parte de
los lípidos asociados.
e)-Los lípidos tienen una función nutricional
importante y figuran en la dieta tipo aportando alrededor del 30 % de las
kilocalorías de la dieta y como fuente de los ácidos grasos indispensables:
Linoléico, linolénico y araquidónico.
Hipolipemiantes
La importancia de estas sustancias viene dada porque
el exceso de algunos tipos de lípidos (colesterol o triglicéridos) o de las
lipoproteínas es uno de los principales factores de riesgo para la enfermedad
cardiovascular, principal causa de muerte en los países desarrollados.
Se entiende por hipolipemiante a cualquier sustancia
farmacológicamente activa que tenga la propiedad de disminuir los niveles de
lípidos en sangre. En el sistema de clasificación anatómica, terapéutica y
química, forman un grupo homogéneo denominado C10.
La producción de colesterol es regulada directamente
por la concentración del colesterol presente en el retículo endoplásmico de las
células, habiendo una relación indirecta con los niveles plasmáticos de
colesterol presente en las lipoproteínas de baja densidad (Light Density
Lipoprotein; LDL en su acrónimo inglés). Una alta ingesta de colesterol en los
alimentos conduce a una disminución de la producción endógena, mientras que una
ingesta baja conduce al aumento de la producción endógena.
- Inhibidores de la HMG CoA reductasa
Las estatinas son inhibidoras de la 3-hidroxi-3-metilglutaril-coenzima A (HMG-CoA) reductasa. Esta enzima cataliza la conversión de la HMG-CoA a mevalonato, que es un metabolito clave en la biosíntesis de colesterol. Su bloqueo se produce debido al gran parecido estructural que exhiben estos fármacos con el HMG-CoA. La afinidad de las estatinas por la enzima de 1.000 a 10.000 veces la del sustrato natural. En el esquema adjunto puede observarse el nivel de bloqueo de las estatinas así como de otras sustancias en la biosíntesis del colesterol.
Fibratos
Los fibratos son sustancias químicas derivadas del ácido fíbrico (ácido clorofenoxiisobutírico). Actúan estimulando los receptores nucleares denominados “receptores activados de proliferación de los peroxisomas” (PPAR). Por sus acciones en el organismo, se utilizan para el tratamiento de la hipertrigliceridemia, aunque la mayoría de los derivados del ácido fíbrico presentan efectos antitrombóticos potenciales, incluyendo la inhibición de la coagulación y aumento de la fibrinólisis.
ÁCIDOS NUCLEICOS
Son biopolímeros, de elevado peso molecular, formados por otras subunidades estructurales o monómeros, denominados nucleótidos. Tanto el ADN como el ARN pertenecen a un tipo de moleculas llamadas "acidos nucleicos".
El descubrimiento de los ácidos nucleicos se debe a Meischer (1869), el cual trabajando con leucocitos y espermatozoides de salmón, obtuvo una sustancia rica en carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y un porcentaje elevado de fósforo. A esta sustancia se le llamó en un principio nucleina, por encontrarse en el núcleo.
Años más tarde, se fragmentó esta nucleina, y se separó un componente proteico y un grupo prostético, este último, por ser ácido, se le llamó ácido nucleico.
En los años 30, Kossel comprobó que tenían una estructura bastante compleja.
En 1953, James Watson y Francis Crick, descubrieron la estructura tridimensional de uno de estos ácidos, concretamente del ácido desoxirribonucleico (ADN). El conocimiento de la estructura de ADN abrio el camino a nuevas areas de investigacion dentro la biologia. Aparte de sus innumerables repercusiones en bacteriologia y envirologia (permitio estblacer como los virus infectan las celulas), hay que resaltar su contribucion a la ingenieria genetica.
ESTRUCTURA DE LOS ACIDOS NUCLEICOS
Los ácidos nucleicos son biopolímeros formados a partir de unidades llamadas monómeros, que son los nucleótidos. Durante los años 20, el bioquímico P.A. Levene analizó los componentes del ADN. Encontró que los nucleótidos se forman a partir de la unión de:
a) Un azúcar de tipo pentosa (cinco átomos de carbono). Puede ser D-ribosa en el ARN, o D-2- desoxirribosa, en el ADN.
En este esquema se muestra la estructura química de los dos tipos de azúcares que forman el ADN y ARN. La diferencia entre ambas, radica en la presencia de un grupo hidroxilo o alcohol (-OH) en la ribosa o un hidrógeno (-H) en la desoxirribosa, unidos al Carbono 2. Los números indican la posición de cada uno de los cinco carbonos de la molécula de azúcar.
b) Una base nitrogenada. Son compuestos orgánicos cíclicos, que incluyen dos o más átomos de nitrógeno y son la parte fundamental de los ácidos nucleicos. Biológicamente existen cinco bases nitrogenadas principales, que se clasifican en dos grupos:
- Las Bases Purínicas, derivadas de la estructura de las Purinas (con dos anillos): la Guanina (G) y la Adenina (A). Ambas bases se encuentran tanto en el ADN como el ARN.
- Las Bases Pirimidínicas, derivadas de la estructura de las Pirimidinas (con un anillo): la Timina (T), Citosina (C) y Uracilo (U). La timina sólo se encuentra en la molécula de ADN, el uracilo sólo en la de ARN y la citosina, en ambos tipos de macromoléculas.
Esquema de los cinco tipos de bases nitrogenadas presentes en los ácidos nucleicos. Las mismas se encuentran divididas en dos grupos según su estructura química: las purinas y las pirimidinas.
c) Ácido fosfórico, que en la cadena de ácido nucleico une dos pentosas a través de una unión fosfodiester.
El ácido fosfórico une dos moléculas de azúcar. Esta unión se hace entre el C-3 de una pentosa, con el C-5 de la siguiente.
Entonces, cada nucleótido del ADN tiene la siguiente estructura:
Los nucleótidos monofosfatados están formados por tres componentes: un grupo fosfato unido al azúcar pentosa, mediante una unión de tipo éster (un átomo de O se une a otros dos) en la posición del Carbono 5 del azúcar. A su vez, el azúcar se une a una base nitrogenada en la posición de su Carbono 1. En los ribonucleótidos (del ARN) la pentosa es la D-ribosa, en los desoxirribonucleótidos (del ADN), el azúcar es 2´-desoxi-D-ribosa.
Los nucleótidos se enlazan para formar polímeros: los ácidos nucleicos o polinucleótidos.
En la estructura de los ácidos nucleicos, las bases nitrogenadas son complementarias entre sí. La adenina y la timina son complementarias (A-T), al igual que la guanina y la citosina (G-C). Dado que en el ARN no existe timina, la complementariedad se establece entre adenina y uracilo (A-U). La complementariedad de las bases es la clave de la estructura del ADN y tiene importantes implicaciones, pues permite procesos como la replicación del ADN y la traducción del ARN en proteínas.
En las hebras enfrentadas A se une con T mediante dos puentes hidrógeno, mientras que G se une con C mediante tres. Entonces, la adhesión de las dos hebras de ácido nucleico se debe a este tipo especial de unión química conocido como puente de hidrogeno.
Las uniones puentes de hidrógeno son más débiles que otros enlaces químicos, como interacciones hidrófobas y enlaces de Van der Waals. Esto significa que las dos hebras de la hélice pueden separarse con relativa facilidad, quedando intactas.
Las largas cadenas de nucleótidos se forman por la unión del C5' de la pentosa con el grupo fosfato formando un nucleótido monosfato.
La cadena se va formando al enlazar los fosfatos al C3' de otro nucleótido. Así la cadena tiene un extremo 5´y un extremo 3´.
Se pueden definir distintas estructuras que adopta el ADN: primaria, secundaria y terciaria, haciendo una analogía con las estructuras de las proteínas.
Estructura primaria: La estructura primaria del ADN está determinada por la secuencia en que se encuentran ordenadas las cuatro bases sobre la "columna" formada por los nucleósidos: azúcar + fosfato. Este orden es lo que se transmite de generación en generación (herencia).
Estructura secundaria: corresponde al modelo postulado por Watson y Crick: la doble hélice. Las dos hebras de ADN se mantienen unidas por los puentes hidrógenos entre las bases. Los pares de bases están formados siempre por una purina y una pirimidina, que adoptan una disposición helicoidal en el núcleo central de la molécula. En cada extremo de una doble hélice lineal de ADN, el extremo 3'-OH de una de las hebras es adyacente al extremo 5'-P (fosfato) de la otra. En otras palabras, las dos hebras son antiparalelas es decir, tienen una orientación diferente.
Ambas cadenas están siempre equidistantes, a unos 11 Å una de la otra. Las bases se encuentran a 3,4 Amstrongs unas de otras y con una rotación de 36º, de forma que hay 10 pares de bases por cada vuelta de la hélice (sumando 360º).
Esta estructura secundaria, puede desarmarse por un proceso llamado desnaturalización del ADN. Cuando la temperatura alcanza el punto de fusión del ADN, se separan las dos hebras y se produce su desnaturalización. En este proceso se rompen los puentes de hidrógeno que unen las cadenas y se produce la separación de las mismas, pero no se rompen los enlaces fosfodiester covalentes que forman la secuencia de la cadena. Este es un proceso reversible, ya que al bajar la temperatura se puede producir una renaturalización. Cuando una molécula de ADN posee un gran contenido de bases nitrogenadas de tipo C y G (las cuales están unidas por tres puentes de Hidrógeno), las condiciones para la desnaturalización de esa molécula deberán ser más enérgicas, por lo tanto tendrán un punto de fusión mayor.
Estructura terciaria: es la forma en que se organiza la doble hélice. En Procariotas, así como en las mitocondrias y cloroplastos eucariotas el ADN se presenta como una doble cadena (de cerca de 1 mm de longitud), circular y cerrada, que toma el nombre de cromosoma bacteriano. El cromosoma bacteriano se encuentra altamente condensado y ordenado (superenrollado). En los virus, el ADN puede presentarse como una doble hélice cerrada, como una doble hélice abierta o simplemente como una única hebra lineal.
En los Eucariotas el ADN se encuentra localizado en el núcleo, apareciendo superenrollado y asociado con proteínas llamadas histonas. Durante la mitosis, en las células eucariotas la cromatina se enrolla formando cromosomas, que son complejas asociaciones de ADN y proteínas.
Los distintos tipos de ARN
El ARN se encuentra, en una célula típica, en una cantidad 10 veces mayor que el ADN. El azúcar presente en el ARN es la ribosa. Esto indica que en la posición 2' del anillo del azúcar hay un grupo hidroxilo (OH) libre. Por este motivo, el ARN es químicamente inestable, de forma que en una disolución acuosa se hidroliza fácilmente.
En las células, se encuentran varios tipos de ARN, los cuales poseen distinta función y tamaño. Algunos de ellos, son:
ARN mensajero (ARNm): Se sintetiza sobre un molde de ADN por el proceso de transcripción. Este ARN pasa al citoplasma y sirve de pauta para la síntesis de proteínas (traducción).
ARN ribosómico (ARNr): El RNA ribosómico está presente en los ribosomas, orgánulos intracelulares implicados en la síntesis de proteínas. Su función es leer los ARNm y formar la proteína correspondiente.
ARN de transferencia (ARNt): Son cadenas cortas de una estructura básica, que pueden unirse específicamente a determinados aminoácidos.
Estos tres tipos de ARN están implicados en el pasaje de información del lenguaje de los nucleótidos del ADN al de los aminoácidos de las proteínas, en un proceso conocido como “El dogma central de la biología”, que muestra la siguiente figura:
El ADN tiene información para la síntesis de proteínas en el que participa el ARN. Esas proteínas determinan las características de cada organismo y sus funciones.
El ADN como almacén de información
La molécula de ADN es un almacén de información que se trasmite de generación en generación, conteniendo toda la información necesaria para construir y sostener el organismo en el que se encuentra.
Las principales implicadas en este proceso son las proteínas. Estas pueden ser estructurales como las proteínas de los músculos, cartílagos y pelo o bien funcionales como las de la hemoglobina, o la gran cantidad de enzimas del organismo.
La función principal de la herencia es la transmisión del ADN, una especie de receta para la fabricación de proteínas. En ocasiones, la modificación del ADN (mutaciones) provoca un cambio en el funcionamiento de la proteína, que puede resultar beneficioso, perjudicial o intrascendente.
El ADN de un organismo podría clasificarse en dos: el que codifica las proteínas y el que no codifica. En muchas especies de organismos, sólo una pequeña fracción del total de la secuencia del genoma codifica proteínas. Por ejemplo, sólo un 3% del genoma humano consiste en secuencias (conocidas como exones) que codifican proteínas. La función del resto no se conoce con certeza hasta el momento, aunque se sabe que algunas secuencias se unen a ciertas proteínas que tienen un papel importante en el control de los mecanismos de transcripción y replicación. Estas secuencias se llaman frecuentemente reguladoras, y se están desarrollando muchas investigaciones en esta área ya que sólo se ha identificado una pequeña fracción de ellas. La presencia de esa gran cantidad de ADN no codificante en genomas eucarióticos y las diferencias en tamaño de los genomas representan aún una incógnita que hay que resolver.
DNA EN LA BIOTECNOLOGIA MODERNA
Cuando los científicos comprendieron la estructura del ADN, de los genes, y cómo la información que portaban se traducía en funciones o características, comenzaron a buscar la forma de aislarlos, analizarlos, modificarlos y hasta de transferirlos de un organismo a otro para conferirle una nueva característica. Justamente, de eso se trata la ingeniería genética, a la que podríamos definir como un conjunto de metodologías que nos permite transferir genes de un organismo a otro, y que dio impulso a la biotecnología moderna. La ingeniería genética permite clonar (multiplicar) fragmentos de ADN y expresar genes (producir las proteínas para las cuales estos genes codifican) en organismos diferentes al de origen. Así, es posible obtener proteínas de interés en organismos diferentes del original del cual se extrajo el gen, mejorar cultivos y animales, producir fármacos, y obtener proteínas que utilizan diferentes industrias en sus procesos de elaboración.
ESTRUCTURA DE LOS ACIDOS NUCLEICOS
Los ácidos nucleicos son biopolímeros formados a partir de unidades llamadas monómeros, que son los nucleótidos. Durante los años 20, el bioquímico P.A. Levene analizó los componentes del ADN. Encontró que los nucleótidos se forman a partir de la unión de:
a) Un azúcar de tipo pentosa (cinco átomos de carbono). Puede ser D-ribosa en el ARN, o D-2- desoxirribosa, en el ADN.
En este esquema se muestra la estructura química de los dos tipos de azúcares que forman el ADN y ARN. La diferencia entre ambas, radica en la presencia de un grupo hidroxilo o alcohol (-OH) en la ribosa o un hidrógeno (-H) en la desoxirribosa, unidos al Carbono 2. Los números indican la posición de cada uno de los cinco carbonos de la molécula de azúcar.
b) Una base nitrogenada. Son compuestos orgánicos cíclicos, que incluyen dos o más átomos de nitrógeno y son la parte fundamental de los ácidos nucleicos. Biológicamente existen cinco bases nitrogenadas principales, que se clasifican en dos grupos:
- Las Bases Purínicas, derivadas de la estructura de las Purinas (con dos anillos): la Guanina (G) y la Adenina (A). Ambas bases se encuentran tanto en el ADN como el ARN.
- Las Bases Pirimidínicas, derivadas de la estructura de las Pirimidinas (con un anillo): la Timina (T), Citosina (C) y Uracilo (U). La timina sólo se encuentra en la molécula de ADN, el uracilo sólo en la de ARN y la citosina, en ambos tipos de macromoléculas.
Esquema de los cinco tipos de bases nitrogenadas presentes en los ácidos nucleicos. Las mismas se encuentran divididas en dos grupos según su estructura química: las purinas y las pirimidinas.
c) Ácido fosfórico, que en la cadena de ácido nucleico une dos pentosas a través de una unión fosfodiester.
El ácido fosfórico une dos moléculas de azúcar. Esta unión se hace entre el C-3 de una pentosa, con el C-5 de la siguiente.
Entonces, cada nucleótido del ADN tiene la siguiente estructura:
Los nucleótidos monofosfatados están formados por tres componentes: un grupo fosfato unido al azúcar pentosa, mediante una unión de tipo éster (un átomo de O se une a otros dos) en la posición del Carbono 5 del azúcar. A su vez, el azúcar se une a una base nitrogenada en la posición de su Carbono 1. En los ribonucleótidos (del ARN) la pentosa es la D-ribosa, en los desoxirribonucleótidos (del ADN), el azúcar es 2´-desoxi-D-ribosa.
Los nucleótidos se enlazan para formar polímeros: los ácidos nucleicos o polinucleótidos.
En la estructura de los ácidos nucleicos, las bases nitrogenadas son complementarias entre sí. La adenina y la timina son complementarias (A-T), al igual que la guanina y la citosina (G-C). Dado que en el ARN no existe timina, la complementariedad se establece entre adenina y uracilo (A-U). La complementariedad de las bases es la clave de la estructura del ADN y tiene importantes implicaciones, pues permite procesos como la replicación del ADN y la traducción del ARN en proteínas.
En las hebras enfrentadas A se une con T mediante dos puentes hidrógeno, mientras que G se une con C mediante tres. Entonces, la adhesión de las dos hebras de ácido nucleico se debe a este tipo especial de unión química conocido como puente de hidrogeno.
Las uniones puentes de hidrógeno son más débiles que otros enlaces químicos, como interacciones hidrófobas y enlaces de Van der Waals. Esto significa que las dos hebras de la hélice pueden separarse con relativa facilidad, quedando intactas.
Las largas cadenas de nucleótidos se forman por la unión del C5' de la pentosa con el grupo fosfato formando un nucleótido monosfato.
La cadena se va formando al enlazar los fosfatos al C3' de otro nucleótido. Así la cadena tiene un extremo 5´y un extremo 3´.
ESTRUCTURAS DE ADN
Estructura primaria: La estructura primaria del ADN está determinada por la secuencia en que se encuentran ordenadas las cuatro bases sobre la "columna" formada por los nucleósidos: azúcar + fosfato. Este orden es lo que se transmite de generación en generación (herencia).
Estructura secundaria: corresponde al modelo postulado por Watson y Crick: la doble hélice. Las dos hebras de ADN se mantienen unidas por los puentes hidrógenos entre las bases. Los pares de bases están formados siempre por una purina y una pirimidina, que adoptan una disposición helicoidal en el núcleo central de la molécula. En cada extremo de una doble hélice lineal de ADN, el extremo 3'-OH de una de las hebras es adyacente al extremo 5'-P (fosfato) de la otra. En otras palabras, las dos hebras son antiparalelas es decir, tienen una orientación diferente.
Ambas cadenas están siempre equidistantes, a unos 11 Å una de la otra. Las bases se encuentran a 3,4 Amstrongs unas de otras y con una rotación de 36º, de forma que hay 10 pares de bases por cada vuelta de la hélice (sumando 360º).
Esta estructura secundaria, puede desarmarse por un proceso llamado desnaturalización del ADN. Cuando la temperatura alcanza el punto de fusión del ADN, se separan las dos hebras y se produce su desnaturalización. En este proceso se rompen los puentes de hidrógeno que unen las cadenas y se produce la separación de las mismas, pero no se rompen los enlaces fosfodiester covalentes que forman la secuencia de la cadena. Este es un proceso reversible, ya que al bajar la temperatura se puede producir una renaturalización. Cuando una molécula de ADN posee un gran contenido de bases nitrogenadas de tipo C y G (las cuales están unidas por tres puentes de Hidrógeno), las condiciones para la desnaturalización de esa molécula deberán ser más enérgicas, por lo tanto tendrán un punto de fusión mayor.
Estructura terciaria: es la forma en que se organiza la doble hélice. En Procariotas, así como en las mitocondrias y cloroplastos eucariotas el ADN se presenta como una doble cadena (de cerca de 1 mm de longitud), circular y cerrada, que toma el nombre de cromosoma bacteriano. El cromosoma bacteriano se encuentra altamente condensado y ordenado (superenrollado). En los virus, el ADN puede presentarse como una doble hélice cerrada, como una doble hélice abierta o simplemente como una única hebra lineal.
En los Eucariotas el ADN se encuentra localizado en el núcleo, apareciendo superenrollado y asociado con proteínas llamadas histonas. Durante la mitosis, en las células eucariotas la cromatina se enrolla formando cromosomas, que son complejas asociaciones de ADN y proteínas.
Los distintos tipos de ARN
El ARN se encuentra, en una célula típica, en una cantidad 10 veces mayor que el ADN. El azúcar presente en el ARN es la ribosa. Esto indica que en la posición 2' del anillo del azúcar hay un grupo hidroxilo (OH) libre. Por este motivo, el ARN es químicamente inestable, de forma que en una disolución acuosa se hidroliza fácilmente.
En las células, se encuentran varios tipos de ARN, los cuales poseen distinta función y tamaño. Algunos de ellos, son:
ARN mensajero (ARNm): Se sintetiza sobre un molde de ADN por el proceso de transcripción. Este ARN pasa al citoplasma y sirve de pauta para la síntesis de proteínas (traducción).
ARN ribosómico (ARNr): El RNA ribosómico está presente en los ribosomas, orgánulos intracelulares implicados en la síntesis de proteínas. Su función es leer los ARNm y formar la proteína correspondiente.
ARN de transferencia (ARNt): Son cadenas cortas de una estructura básica, que pueden unirse específicamente a determinados aminoácidos.
Estos tres tipos de ARN están implicados en el pasaje de información del lenguaje de los nucleótidos del ADN al de los aminoácidos de las proteínas, en un proceso conocido como “El dogma central de la biología”, que muestra la siguiente figura:
El ADN tiene información para la síntesis de proteínas en el que participa el ARN. Esas proteínas determinan las características de cada organismo y sus funciones.
El ADN como almacén de información
La molécula de ADN es un almacén de información que se trasmite de generación en generación, conteniendo toda la información necesaria para construir y sostener el organismo en el que se encuentra.
Las principales implicadas en este proceso son las proteínas. Estas pueden ser estructurales como las proteínas de los músculos, cartílagos y pelo o bien funcionales como las de la hemoglobina, o la gran cantidad de enzimas del organismo.
La función principal de la herencia es la transmisión del ADN, una especie de receta para la fabricación de proteínas. En ocasiones, la modificación del ADN (mutaciones) provoca un cambio en el funcionamiento de la proteína, que puede resultar beneficioso, perjudicial o intrascendente.
El ADN de un organismo podría clasificarse en dos: el que codifica las proteínas y el que no codifica. En muchas especies de organismos, sólo una pequeña fracción del total de la secuencia del genoma codifica proteínas. Por ejemplo, sólo un 3% del genoma humano consiste en secuencias (conocidas como exones) que codifican proteínas. La función del resto no se conoce con certeza hasta el momento, aunque se sabe que algunas secuencias se unen a ciertas proteínas que tienen un papel importante en el control de los mecanismos de transcripción y replicación. Estas secuencias se llaman frecuentemente reguladoras, y se están desarrollando muchas investigaciones en esta área ya que sólo se ha identificado una pequeña fracción de ellas. La presencia de esa gran cantidad de ADN no codificante en genomas eucarióticos y las diferencias en tamaño de los genomas representan aún una incógnita que hay que resolver.
DNA EN LA BIOTECNOLOGIA MODERNA
Cuando los científicos comprendieron la estructura del ADN, de los genes, y cómo la información que portaban se traducía en funciones o características, comenzaron a buscar la forma de aislarlos, analizarlos, modificarlos y hasta de transferirlos de un organismo a otro para conferirle una nueva característica. Justamente, de eso se trata la ingeniería genética, a la que podríamos definir como un conjunto de metodologías que nos permite transferir genes de un organismo a otro, y que dio impulso a la biotecnología moderna. La ingeniería genética permite clonar (multiplicar) fragmentos de ADN y expresar genes (producir las proteínas para las cuales estos genes codifican) en organismos diferentes al de origen. Así, es posible obtener proteínas de interés en organismos diferentes del original del cual se extrajo el gen, mejorar cultivos y animales, producir fármacos, y obtener proteínas que utilizan diferentes industrias en sus procesos de elaboración.
APLICACION DEL DNA EN EL CAMPO FARMACEUTICO
El ADN recombinante, o ADN recombinado, es una molécula de ADN artificial formada de manera deliberada in-vitro por la unión de secuencias de ADN provenientes de dos organismos distintos que normalmente no se encuentran juntos. Al introducirse este ADN recombinante en un organismo, se produce una modificación genética que permite la adición de una nueva secuencia de ADN al organismo, conllevando a la modificación de rasgos existentes o la expresión de nuevos rasgos. La producción de una proteína no presente en un organismo determinado y producidas a partir de ADN recombinante, se llaman proteínas recombinantes.
El ADN recombinante es resultado del uso de diversas técnicas que los biólogos moleculares utilizan para manipular las moléculas de ADN y difiere de la recombinación genética que ocurre sin intervención dentro de la célula. El proceso consiste en tomar una molécula de ADN de un organismo, sea virus, planta o una bacteria y en el laboratorio manipularla y ponerla de nuevo dentro de otro organismo. Esto se puede hacer para estudiar la expresión de un gen, para producir proteínas en el tratamiento de una enfermedad genética, vacunas o con fines económicos y científicos.
El vector que se utiliza contiene secuencias de ADN que al ser replicadas confieren resistencia a antibióticos específicos. Esta técnica ha sido ampliamente utilizada en el campo de la medicina y ha permitido el desarrollo de importantes avances terapéuticos como por ejemplo la producción de insulina recombinante.
Permite además la posibilidad de utilizar plantas y alimentos transgénicos, así como microorganismos modificados genéticamente para producir fármacos u otros productos de utilidad para el hombre, entre los que se pueden citar: la insulina humana, la hormona del crecimiento, interferones, la obtención de nuevas vacunas o la clonación de animales.
Con el uso de ADN recombinante se ha logrado obtener plantas transgénicas resistentes a insectos, hongos, bacterias y herbicidas, con mejores características de calidad durante poscosecha y con alto contenido nutricional. También ha permitido la clonación, expresión y producción mediante esta técnica de diversos antígenos, por ejemplo, la vacuna contra la hepatitis B y la vacuna contra el virus del papiloma humano.
APLICACIONES
PRODUCCION Y TERAPIA CON PROTEINAS RECOMBINANTES
Las proteínas recombinantes son aquellas que se producen mediante la técnica del ADN recombinante, es decir, expresando un gen de un organismo en otro organismo distinto. Para que estas proteínas sean útiles desde el punto de vista terapéutico tienen que conservar su actividad. Además, se debe evitar que sean inmunogénicas para el ser humano. Para ello es importante decidir para cada proteína recombinante cual es el organismo de expresión más adecuado.
PRODUCCION DE BACTERIAS
Estas proteínas recombinantes han intentado expresarse en bacterias como E. coli, ya que son fáciles de mantener, crecen rápido y se conoce bien su genoma. Sin embargo, el mayor problema que presenta la producción en bacterias es que en ellas no existe glicosilación proteica, por lo que algunas proteínas producidas en bacterias pierden totalmente su función. Aun así se han logrado producir con éxito algunas proteínas recombinantes en bacterias. La primera proteína recombinante que se produjo en E. coli fue la somatostatina, una hormona anti-crecimiento de 14 aminoácidos. Sin embargo, aunque desde el punto de vista científico fue un éxito, desde el punto de vista económico fue un fracaso, ya que su utilidad estaba reducida a personas con problemas de gigantismo y similares, que son poco comunes. Posteriormente se logró un gran éxito en este campo mediante la producción de insulina en bacterias. La insulina presenta la ventaja de no necesitar modificaciones postraduccionales, por lo que se evita este problema de su producción en bacterias.
El ADN recombinante, o ADN recombinado, es una molécula de ADN artificial formada de manera deliberada in-vitro por la unión de secuencias de ADN provenientes de dos organismos distintos que normalmente no se encuentran juntos. Al introducirse este ADN recombinante en un organismo, se produce una modificación genética que permite la adición de una nueva secuencia de ADN al organismo, conllevando a la modificación de rasgos existentes o la expresión de nuevos rasgos. La producción de una proteína no presente en un organismo determinado y producidas a partir de ADN recombinante, se llaman proteínas recombinantes.
El ADN recombinante es resultado del uso de diversas técnicas que los biólogos moleculares utilizan para manipular las moléculas de ADN y difiere de la recombinación genética que ocurre sin intervención dentro de la célula. El proceso consiste en tomar una molécula de ADN de un organismo, sea virus, planta o una bacteria y en el laboratorio manipularla y ponerla de nuevo dentro de otro organismo. Esto se puede hacer para estudiar la expresión de un gen, para producir proteínas en el tratamiento de una enfermedad genética, vacunas o con fines económicos y científicos.
El vector que se utiliza contiene secuencias de ADN que al ser replicadas confieren resistencia a antibióticos específicos. Esta técnica ha sido ampliamente utilizada en el campo de la medicina y ha permitido el desarrollo de importantes avances terapéuticos como por ejemplo la producción de insulina recombinante.
Permite además la posibilidad de utilizar plantas y alimentos transgénicos, así como microorganismos modificados genéticamente para producir fármacos u otros productos de utilidad para el hombre, entre los que se pueden citar: la insulina humana, la hormona del crecimiento, interferones, la obtención de nuevas vacunas o la clonación de animales.
Con el uso de ADN recombinante se ha logrado obtener plantas transgénicas resistentes a insectos, hongos, bacterias y herbicidas, con mejores características de calidad durante poscosecha y con alto contenido nutricional. También ha permitido la clonación, expresión y producción mediante esta técnica de diversos antígenos, por ejemplo, la vacuna contra la hepatitis B y la vacuna contra el virus del papiloma humano.
APLICACIONES
PRODUCCION Y TERAPIA CON PROTEINAS RECOMBINANTES
Las proteínas recombinantes son aquellas que se producen mediante la técnica del ADN recombinante, es decir, expresando un gen de un organismo en otro organismo distinto. Para que estas proteínas sean útiles desde el punto de vista terapéutico tienen que conservar su actividad. Además, se debe evitar que sean inmunogénicas para el ser humano. Para ello es importante decidir para cada proteína recombinante cual es el organismo de expresión más adecuado.
PRODUCCION DE BACTERIAS
Estas proteínas recombinantes han intentado expresarse en bacterias como E. coli, ya que son fáciles de mantener, crecen rápido y se conoce bien su genoma. Sin embargo, el mayor problema que presenta la producción en bacterias es que en ellas no existe glicosilación proteica, por lo que algunas proteínas producidas en bacterias pierden totalmente su función. Aun así se han logrado producir con éxito algunas proteínas recombinantes en bacterias. La primera proteína recombinante que se produjo en E. coli fue la somatostatina, una hormona anti-crecimiento de 14 aminoácidos. Sin embargo, aunque desde el punto de vista científico fue un éxito, desde el punto de vista económico fue un fracaso, ya que su utilidad estaba reducida a personas con problemas de gigantismo y similares, que son poco comunes. Posteriormente se logró un gran éxito en este campo mediante la producción de insulina en bacterias. La insulina presenta la ventaja de no necesitar modificaciones postraduccionales, por lo que se evita este problema de su producción en bacterias.
PRODUCCIÓN DE LEVADURAS
Al ser células eucariotas y por lo tanto más similares a las humanas que las bacterias y ser muy fáciles de emplear industrialmente, las levaduras constituyen otro grupo de organismos susceptibles de producir proteínas recombinantes para uso humano. Sin embargo, aunque sí presentan glicosilación proteica, al contrario que las bacterias, esta es totalmente distinta a la humana, por lo que estas proteínas presentan problemas, en muchos casos incluso inmunogénicos.
Bibliografía
http://www.um.es/molecula/anucl04.htm
http://biomodel.uah.es/model2/lip/lipoprot-tabla.htm
http://biomodel.uah.es/model2/lip/membranas-comp.htm
https://es.scribd.com/doc/312156654/Lipidos-y-Membranas-Biologicas
http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/CUESTIONARIO_24495.pdf
Al ser células eucariotas y por lo tanto más similares a las humanas que las bacterias y ser muy fáciles de emplear industrialmente, las levaduras constituyen otro grupo de organismos susceptibles de producir proteínas recombinantes para uso humano. Sin embargo, aunque sí presentan glicosilación proteica, al contrario que las bacterias, esta es totalmente distinta a la humana, por lo que estas proteínas presentan problemas, en muchos casos incluso inmunogénicos.
Bibliografía
http://www.um.es/molecula/anucl04.htm
http://biomodel.uah.es/model2/lip/lipoprot-tabla.htm
http://biomodel.uah.es/model2/lip/membranas-comp.htm
https://es.scribd.com/doc/312156654/Lipidos-y-Membranas-Biologicas
http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/CUESTIONARIO_24495.pdf
