La vida: un asombroso conglomerado de cadenas

¿SE HA puesto a pensar alguna vez en que su cuerpo está formado por una serie de cadenas microscópicas? Tal vez no. Pero lo cierto es que, según el libro The Way Life Works (Cómo funciona la vida), “a nivel de sus componentes principales más pequeños”, la vida se vale de “la cadena como principio organizador”. Por tal razón, el más mínimo defecto en algunas de estas cadenas puede tener enormes repercusiones en nuestra salud. Ahora bien, ¿qué son, cómo funcionan y de qué modo influyen en nuestra salud y bienestar?

Básicamente son moléculas con estructura de cadena que se pueden clasificar en dos grandes categorías: las proteínas, de las que hablaremos en este artículo, y el ADN y el ARN, moléculas que almacenan y transmiten información genética. Claro está, ambos grupos están estrechamente relacionados. De hecho, una función clave del ADN y del ARN es producir, o sintetizar, el extenso conjunto de proteínas necesarias para la vida.

Catalizadores, defensores y columnas

Las proteínas son, con diferencia, las más variadas de las grandes moléculas vitales. Su familia está compuesta por anticuerpos, enzimas, mensajeros y proteínas estructurales y transportadoras. La gran diversidad de anticuerpos, o inmunoglobulinas, sirven de defensores contra la invasión de sustancias extrañas, como las bacterias y los virus. Otras globulinas ayudan a sellar las paredes de los vasos sanguíneos dañados por un traumatismo.

Las enzimas catalizan, o aceleran, reacciones químicas como las que se requieren para la digestión. En realidad, “si no tuviéramos enzimas, nos moriríamos de hambre rápidamente, porque tardaríamos unos cincuenta años en digerir una comida”, explica el libro El hilo de la vida. Estas sustancias orgánicas llevan a cabo su labor como si de una línea  de montaje se tratara: cada proteína realiza una tarea específica. La maltasa, por ejemplo, descompone la maltosa —un azúcar— en dos moléculas de glucosa. Y la lactasa hace lo mismo con el azúcar de la leche, la lactosa. Otras enzimas combinan átomos y moléculas a fin de crear nuevos productos. ¡Y a qué velocidad trabajan! Una sola enzima es capaz de catalizar miles de reacciones químicas por segundo.

Otro tipo de proteínas son las hormonas. Una vez liberados en el torrente sanguíneo, estos mensajeros estimulan o reducen la actividad de otros órganos del cuerpo. La insulina, por ejemplo, activa en las células la absorción de glucosa, su fuente de energía. También hay proteínas estructurales, como el colágeno y la queratina, que constituyen la base de los cartílagos, el pelo, las uñas y la piel. Todas estas proteínas son “los equivalentes celulares a las columnas, las vigas, la madera, el cemento y los clavos” de una construcción, explica The Way Life Works.

Las proteínas transportadoras de las membranas celulares, por otro lado, actúan como si fueran túneles y bombas de succión que permiten a las sustancias entrar o salir de la célula. Veamos ahora de qué se componen las proteínas y cómo influye la estructura de cadena en su función.

Complejas a pesar de tener una base simple

Un elemento fundamental de multitud de idiomas es el alfabeto. A partir de esta lista de letras se construyen palabras con las que, a su vez, se forman oraciones. A nivel molecular, la vida se basa en un principio similar. El ADN proporciona el “alfabeto” maestro, compuesto curiosamente por solo cuatro letras, que representan cuatro bases químicas: A (adenina), C (citosina), G (guanina) y T (timina). Combinando estas bases, el ADN da lugar (mediante una molécula intermedia de ARN) a los aminoácidos, que serían las palabras. Pero a diferencia de las palabras, todos los aminoácidos tienen el mismo número de letras, a saber, tres. Estos aminoácidos se enlazan para formar proteínas en los ribosomas, “las máquinas de montaje”. Las cadenas de proteína resultantes equivaldrían a las oraciones, aunque mucho más largas, pues la proteína de término medio puede contener unos trescientos o cuatrocientos aminoácidos.

Cierta obra de consulta explica que, aunque en la naturaleza existen  cientos de clases de aminoácidos, en la mayoría de las proteínas solo se encuentran veinte. Con estos aminoácidos puede formarse una cantidad casi ilimitada de combinaciones. Para ilustrarlo: con una cadena de 100 aminoácidos que tuviera tan solo veinte tipos diferentes podrían obtenerse más de 10¹⁰⁰ secuencias distintas, es decir, un 1 seguido de 100 ceros.

Estructura y función

La estructura de la proteína resulta determinante en su función celular. ¿Cómo influye la cadena de aminoácidos en la forma de la proteína? A diferencia de los eslabones de una cadena de metal o de plástico, los aminoácidos se unen en determinados ángulos, formando un diseño regular que a veces se enrolla como el cable del teléfono y en otras se dobla como una tela plisada. Luego, estos diseños se “pliegan”, o toman forma, y adquieren una estructura tridimensional más compleja. La estructura que adopta la proteína, lejos de ser caprichosa, es vital para su función. Este hecho resulta obvio cuando se produce un error en la cadena de aminoácidos.

Cadenas defectuosas

Las proteínas con defectos en su secuencia de aminoácidos o con un plegamiento incorrecto pueden ocasionar enfermedades como la anemia drepanocítica (también llamada anemia de células falciformes) o la fibrosis quística. La primera de estas dolencias es una enfermedad congénita causada por una anomalía en las moléculas de hemoglobina, contenidas en los glóbulos rojos. Cada una de estas moléculas contiene 574 aminoácidos organizados en cuatro cadenas. La alteración de tan solo un aminoácido en dos de las cuatro cadenas hace que la molécula normal adopte forma de hoz (falciforme). La fibrosis quística se produce, en la mayoría de los casos, cuando una proteína carece del aminoácido fenilalanina en una posición clave de la cadena. Entre otras cosas,  esta deficiencia interfiere en el equilibrio de sal y agua que necesitan las membranas del interior del intestino y los pulmones, por lo que la mucosa que los recubre se vuelve anormalmente espesa y pegajosa.

Asimismo, el déficit grave o la ausencia de determinadas proteínas provoca trastornos como el albinismo —un problema de pigmentación— y la hemofilia. La forma más común de albinismo se produce cuando una importante proteína llamada tirosinasa está ausente o tiene algún defecto. Este hecho perjudica la producción de melanina, un pigmento pardusco que suele estar presente en los ojos, el pelo y la piel del ser humano. La hemofilia la causan los bajos niveles o la ausencia de ciertas proteínas llamadas factores, que contribuyen a la coagulación de la sangre. Otras enfermedades atribuibles a proteínas defectuosas son la intolerancia a la lactosa y la distrofia muscular, por nombrar solo dos.

Teoría sobre el desarrollo de cierta enfermedad

De un tiempo a esta parte, los científicos han centrado su atención en una enfermedad que algunos achacan a una forma anormal de una proteína llamada prión. Se cree que tal enfermedad se origina cuando los priones defectuosos entran en contacto con los priones normales, obligando a estos últimos a cambiar su configuración. Como consecuencia, se desata “una reacción en cadena que propaga la enfermedad y genera nuevas proteínas infecciosas”, explica la revista Scientific American.

En la década de 1950, en Papua Nueva Guinea, salió por primera vez a la luz pública lo que puede haber sido un ejemplo de enfermedad causada por priones. Ciertas tribus aisladas practicaban el canibalismo por razones religiosas, lo que provocó una enfermedad denominada kuru, que presentaba síntomas similares a los de la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob. Cuando las tribus afectadas abandonaron esa tradición religiosa, la incidencia de kuru disminuyó con rapidez, y en la actualidad no se tiene conocimiento de que se hayan producido nuevos casos.

¡Magnífico diseño!

Afortunadamente, las proteínas suelen plegarse bien y cumplen sus tareas con sorprendente cooperación, eficacia y precisión. Este dato es digno de mención, pues el cuerpo humano cuenta con más de cien mil clases de proteínas que se organizan en complejas cadenas de miles de formas distintas.

Todavía queda mucho por explorar del mundo de las proteínas. A fin de aprender más, los investigadores ya están diseñando sofisticados programas informáticos que puedan predecir la forma de las proteínas a partir de su secuencia de aminoácidos. Aun así, lo poco que sabemos de ellas nos revela claramente que estas “cadenas vitales” no solo demuestran un elevado grado de organización, sino también una gran inteligencia de parte del organizador.

[Ilustración y recuadro de la página 27]

“Códigos postales” para las proteínas

A fin de acelerar la entrega de correspondencia, muchos servicios de correo piden que se indique el código postal en la dirección del destinatario. El Creador se valió de un concepto parecido para asegurarse de que las proteínas supieran a qué parte de la célula debían ir. Este recurso es fundamental si tenemos en cuenta que las células son lugares muy concurridos, pues albergan hasta 1.000 millones de proteínas. Sin embargo, las proteínas recién sintetizadas nunca se pierden de camino al trabajo, gracias a un “código postal” molecular: una línea especial de aminoácidos en el interior de la proteína.

El biólogo celular Günter Blobel ganó un Premio Nobel en 1999 por sacar a la luz este magnífico mecanismo. Sin embargo, Blobel solo lo descubrió. ¿No debería recibir más crédito el Creador de la célula viva y su impresionante colección de moléculas? (Revelación [Apocalipsis] 4:11.)

[Ilustraciones de las páginas 24 y 25]

(Para ver el texto en su formato original, consulte la publicación)

¿Cómo se sintetizan las proteínas?

Célula

1 En el interior del núcleo celular se halla el ADN, que contiene instrucciones para cada proteína

ADN

2 Una porción del ADN se separa y con su información genética se crea el ARN mensajero

ARN mensajero

3 Al ARN se le unen los ribosomas, que hacen de “lectores y montadores de proteínas”

4 El ARN de transferencia conduce los aminoácidos al ribosoma

Aminoácidos simples

ARN de transferencia

Ribosoma

5 A medida que “lee” el ARN, el ribosoma ensambla los aminoácidos simples en un orden determinado para formar una larga cadena: la proteína

Las proteínas están constituidas por aminoácidos

6 A fin de desempeñar su función, la cadena de la proteína debe plegarse con precisión. Una maravilla, si se tiene en cuenta que la típica proteína contiene más de trescientos “eslabones”

Proteína

Nuestro cuerpo alberga más de cien mil clases de proteínas, todas ellas vitales

Anticuerpos

Enzimas

Proteínas estructurales

Hormonas

Proteínas transportadoras

[Ilustraciones de la página 25]

(Para ver el texto en su formato original, consulte la publicación)

¿Cómo “escribe” el ADN cada proteína?

ADN G T C T A T A A G

El ADN solo emplea cuatro “letras”: A, T, C y G

A T C G

Las letras del ADN se transcriben al alfabeto del ARN, en el que la T se convierte en la U (uracilo)

A U C G

Cada secuencia de tres letras forma una “palabra” específica, o aminoácido. Por ejemplo:

G U C = valina

U A U = tirosina

A A G = lisina

Así se “escriben” cada uno de los veinte aminoácidos comunes. Las “palabras” se agrupan para formar una cadena, u “oración”: la proteína

[Ilustraciones de la página 26]

(Para ver el texto en su formato original, consulte la publicación)

¿Cómo adquiere su forma la proteína?

Los aminoácidos simples

1 se agrupan para constituir una cadena,

2 entonces forman diseños, a modo de espirales o pliegues,

Espirales

Pliegues

3 y finalmente adoptan una estructura tridimensional más compleja,

4 que constituye tan solo una subunidad de una proteína compleja

[Ilustración de la página 26]

En este modelo computarizado de una parte de una proteína ribosómica se ha utilizado color para realzar su naturaleza tridimensional. Observe los diseños con forma de espiral y pequeños pliegues

[Reconocimiento]

The Protein Data Bank, ID: 1FFK; Ban, N., Nissen, P., Hansen, J., Moore, P.B., Steitz, T.A.: The Complete Atomic Structure of the Large Ribosomal Subunit at 2.4 A Resolution, Science 289 pág. 905 (2000)

[Reconocimiento de la página 24]

Dibujos adaptados de THE WAY LIFE WORKS, de Mahlon Hoagland y Bert Dodson, copyright ©1995 de Mahlon Hoagland y Bert Dodson. Con la autorización de Times Books, división de Random House, Inc.