Se mueve a tientas para apagar la alarma y arrastra los pies hacia el baño. Se cepilla los dientes, se asea con varios recipientes de productos de aseo y se seca el cabello con una secadora de pelo. Después de un desayuno sencillo, se viste y sale de casa, cargando su bolso y su teléfono móvil.
Si echamos un vistazo a los artículos que se utilizan mientras nos preparamos para ir al trabajo, la mayoría de ellos están hechos de plástico. Comenzando con relojes, cepillos de dientes, botellas de productos de aseo, secadoras de pelo, utensilios, utensilios de cocina, telas funcionales, bolsos y soportes de teléfono móvil, todo esto no habría estado a nuestro alrededor si no tuviéramos plástico. El siglo XXI merece ser descrito como “la era del plástico”.
Muchos productos de alta tecnología están hechos de polímeros sintéticos1 como el plástico (resina sintética), fibras sintéticas y caucho sintético. Entonces, ¿de qué material están hechos los seres vivos, incluidos los humanos?
1. Polímero: una molécula grande con un peso molecular de más de 10 000, que generalmente consta de 100 o más átomos. Decenas a cientos de monómeros seguidos se sintetizan para formar largas cadenas de polímeros.
La vida está compuesta de proteína
Los seres humanos y otros seres vivos están compuestos de polímeros naturales llamados proteínas. Al observar el cuerpo humano, puede ver que la mayoría de las partes del cuerpo (diversas sustancias en las células, componentes sanguíneos, órganos, músculos que rodean los órganos, piel, cabello, uñas, etc.) están formadas por varios tipos de proteínas. No es exagerado afirmar que la mitad del cuerpo humano, a excepción del agua, está hecho de proteínas.2
2. Los huesos duros se completan después de que se endurece la matriz ósea que contiene proteína de colágeno como componente principal, y se le agregan cristales de fosfato de calcio.
Las proteínas se pliegan y doblan de acuerdo con la secuencia de los aminoácidos para moldear una forma tridimensional. En el caso de la hemoglobina, cuatro cadenas en forma de bolas redondas se agrupan en una.
Los plásticos son polímeros que forman cadenas moleculares largas y grandes a través del proceso de polimerización de monómeros de bajo peso molecular. Asimismo, las proteínas, que son polímeros naturales, están hechas de monómeros llamados aminoácidos compuestos por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Los aminoácidos, que están separados, se conectan por un enlace peptídico como si dos objetos estuvieran pegados, y forman proteínas. La insulina, cuya secuencia de aminoácidos se identificó por primera vez tras una investigación que duró una década, consta de 51 aminoácidos.
Además, las proteínas no tienen la forma de una sola cuerda, sino que se pliegan y se doblan de acuerdo con la secuencia de los aminoácidos, tomando formas tridimensionales como bolas redondas, placas, fibras largas y bobinas en espiral. Solo entonces pueden demostrar adecuadamente las funciones y propiedades únicas de una proteína en particular. La hemoglobina en la sangre está compuesta por cuatro cadenas polipeptídicas; estas cadenas, que son como una bola redonda, se unen para formar una, como un robot transformador.
La estructura de la proteína es muy sensible al entorno. Los huevos blancos ricos en proteínas son originalmente transparentes, pero se tornan blancos cuando se agitan o calientan. Dichos cambios en la estructura molecular de la proteína y pérdida de su funcionamiento debido a los cambios en el ambiente externo se denominan desnaturalización. Por esa razón, cuando la carne se cocina se vuelve marrón.
La proteína con miles de rostros diferentes
Hay un total de 20 aminoácidos que son el material de las proteínas. Dado que solo hay 20 aminoácidos correspondientes a los monómeros de proteínas, usted puede pensar que el tipo de proteína sintetizada probablemente no sea tan diversa como el polímero sintético. Sin embargo, suponga que solo 10 de los 20 aminoácidos están unidos libremente; hay 2010 diferentes combinaciones. Las proteínas están compuestas de cientos a decenas de miles de aminoácidos, por lo que hay innumerables combinaciones de ellas. Esto permite la síntesis de una variedad de proteínas para cumplir con las funciones requeridas en el cuerpo.
En nuestro cuerpo, la información genética determina el orden de los aminoácidos que forman las proteínas. Los aminoácidos designados por el código genético se pasan en secuencia, como perlas en una cadena, y la síntesis continúa en un estado estrictamente controlado. Como resultado, dado que la secuencia y el número de aminoácidos siempre son regulados, las longitudes y los tipos de las cadenas son siempre los mismos, por lo que las proteínas que se hacen tienen propiedades consistentes.
Los aminoácidos, que componen las cadenas, tiran entre sí u ofrecen resistencia, dependiendo de sus propiedades. Por ende, la proteína se pliega espontáneamente en un estado estable. En ocasiones, con la ayuda de otra proteína llamada chaperona, se moldean formas tridimensionales.
Se conoce que hay 100 000 tipos de proteínas en nuestro cuerpo. Solo hay unos 30 000 genes que se pueden llamar planos para las proteínas, pero como resultado del proceso de edición, se producen varias proteínas con poca diferencia a partir de un gen, o se convierten en otro tipo mientras las cadenas de azúcar se unen a otras proteínas.
Proteína, un soporte de capacidad especial
Las capacidades de las proteínas varían al igual que los diversos tipos de proteínas. El estrato córneo en la superficie de la piel, el cabello y las uñas son insolubles en agua y están formados por proteínas de queratina duras. El hueso está hecho de una proteína llamada colágeno, y tanto los cristalinos transparentes y resistentes como los músculos elásticos están hechos de proteína.
Las proteínas no solo dan forma al cuerpo, sino que también desempeñan un papel en el apoyo de actividades vitales como catalizadores, transferencia de información y transporte, como las proteínas enzimáticas que aceleran las reacciones químicas en el cuerpo. En el cerebro, donde se juntan las neuronas, se crean recuerdos y emociones intercambiando neurotransmisores entre las células. Una amplia variedad de proteínas también está involucrada en este complejo proceso. Hay muchas tareas diferentes, como producir anticuerpos contra los patógenos que invaden el cuerpo, involucrar a los sentidos y unirse al ADN para regular la expresión génica.
En cuanto a un buen material elástico, lo primero que viene a la mente es el caucho. Pero el útero, que es un órgano del cuerpo, tiene una función aún más sorprendente. Cuando el feto está completamente desarrollado, el útero crece hasta 500 veces su tamaño original, pero regresa a su tamaño original una vez que nace el bebé. La mayoría de los órganos que tienen movimientos repetitivos, como los vasos sanguíneos, los órganos vocales o el corazón, están hechos de proteína de elastina con buena elasticidad. Los vasos sanguíneos no pierden elasticidad ni se rompen incluso durante décadas de latidos cardíacos, a menos que haya un problema patológico en ellos.
Algunos tienen buena adhesión. Es una proteína llamada dopa, que se encuentra en organismos marinos que generalmente se adhieren a piedras, como los percebes y los mejillones. Los adhesivos tienden a perder su adhesión cuando hay humedad, pero no pierden su adhesión ni siquiera en el agua cuando usan esta proteína. Al estudiar estas propiedades, se está inventando un pegamento proteico biocompatible para reemplazar las suturas quirúrgicas.
Los peces en el océano Antártico no se congelan ni a una temperatura criogénica. Esto se debe a que tienen proteínas anticongelantes en su cuerpo que impiden el crecimiento de cristales de hielo incluso a temperaturas del agua por debajo del punto de congelación. Esta proteína anticongelante, que se encuentra en algunos insectos y plantas que viven en condiciones extremas, ya se está utilizando en una variedad de industrias, incluida la conservación de la sangre y el control de la calidad de los alimentos congelados.
También hay proteínas que pueden crear una chaqueta a prueba de balas. La proteína de seda de las arañas es más de cinco veces más fuerte que el acero del mismo grosor; es tan fuerte que una telaraña de 1 cm de diámetro puede tirar de un jet. Y es más probable que la proteína de seda de araña, que tiene alta resistencia y elasticidad, se utilice en diversos campos como paracaidismo, ligamentos artificiales y cables para puente colgante.
Al mencionar proteínas, las personas por lo general piensan en alimentos ricos en proteínas como la carne, los frijoles y los huevos. No obstante, la verdadera naturaleza de la proteína es que es un polímero natural que desempeña una amplia gama de funciones en el cuerpo. Diversas proteínas gobiernan las actividades de la vida de todos los seres vivos, desde el nacimiento hasta la muerte y durante el crecimiento. Aunque el número de monómeros es mucho menor que el de los polímeros sintéticos, la diversidad y las excelentes propiedades están más allá de las de los polímeros sintéticos, considerando que son materiales que constituyen el cuerpo humano.
La proteómica, que es el estudio sintético de las funciones y los cambios de las proteínas que se producen dentro del cuerpo, recibe tanta atención como la genómica, como una industria de alto crecimiento que liderará la civilización científica en el siglo XXI. Esto se debe a que las proteínas hechas de genes contienen secretos que no pueden analizarse estudiando solo los genes. Hay una miríada de proteínas desconocidas en los seres vivos que ni siquiera conocemos. En realidad, lo que los humanos han descubierto no es más que la punta del iceberg.