Propiedades de las Proteínas y Carbohidratos: Estructura, Clasificación y Funciones

Propiedades Físico-Químicas de las Proteínas

Las propiedades de las proteínas dependen de su tamaño y de los grupos ionizables presentes en su estructura.

Solubilidad

Las proteínas son solubles en agua, formando soluciones coloidales liófilas. La solubilidad de una proteína depende de su carga eléctrica neta (Q), la cual está determinada por los grupos ionizables del N-terminal y C-terminal, así como por los grupos R de los residuos de aminoácidos ácidos o alcalinos.

Precipitación Isoeléctrica

La precipitación isoeléctrica ocurre cuando el pH del medio hace que la proteína alcance una carga eléctrica neta (Q) de cero. En este punto, la proteína tiene una solubilidad mínima y forma agregados que precipitan. Si se coloca en un campo eléctrico, la proteína no migra hacia ningún polo.

El valor de pH del medio al cual la proteína alcanza su mínima solubilidad se denomina punto isoeléctrico (pI). Cada proteína tiene un pI específico. Por ejemplo, la pepsina tiene un pI menor a 1.0, la hemoglobina (Hb) tiene un pI de 6.8 y el citocromo C (Cit C) tiene un pI de 10.6.

Si el pH del medio se encuentra por debajo o por encima del pI, los grupos ionizables de la proteína se protonan o desprotonan, comportándose como catión o anión, respectivamente. Esto afecta la solubilidad de la proteína.

Precipitación Salina

En presencia de altas concentraciones de sales, la solubilidad de las proteínas disminuye y precipitan. Este fenómeno se conoce como precipitación salina o salting-out. Por el contrario, a bajas concentraciones de sales, las proteínas pueden solubilizarse, lo que se conoce como solubilización salina o salting-in.

Las proteínas fibrosas son insolubles en agua, mientras que las proteínas globulares son solubles en agua o en soluciones salinas a baja concentración.

Precipitación por Desnaturalización

Las proteínas pueden desnaturalizarse por la acción de temperaturas elevadas o ácidos fuertes. La desnaturalización afecta los enlaces estabilizadores de la proteína, alterando su estructura y función.

Hasta los 35ºC, la desnaturalización puede ser reversible. Sin embargo, si la temperatura alcanza los 80ºC, la desnaturalización se vuelve irreversible.

Análisis Electroforéticos

La electroforesis es una técnica utilizada para separar y purificar proteínas. En este proceso, las partículas cargadas migran a través de un soporte poroso bajo la influencia de un campo eléctrico. Los cationes migran hacia el cátodo (polo negativo) y los aniones hacia el ánodo (polo positivo).

La velocidad de migración de una proteína depende de su peso molecular (PM), carga eléctrica, tamaño y forma.

En el plasma sanguíneo se encuentran las proteínas plasmáticas, que incluyen albúminas, globulinas y fibrinógeno. La albúmina tiene el PM más bajo y la carga eléctrica más negativa, por lo que migra más rápido hacia el ánodo. Las globulinas (α-1 globulina, α-2 globulina y γ-globulina) migran a velocidades diferentes debido a su aumento progresivo en tamaño y PM, y a la disminución de su carga eléctrica negativa.

Carbohidratos: Clasificación

Los carbohidratos se clasifican en tres grupos principales:

1. Osas o Monosacáridos

Los monosacáridos son las unidades básicas de los carbohidratos. Algunos ejemplos de monosacáridos son la glucosa, la galactosa y la fructosa.

2. Ósidos

Los ósidos son carbohidratos que contienen dos o más unidades de monosacáridos. Se dividen en dos subgrupos:

a. Oligosacáridos

Los oligosacáridos contienen de 2 a 10 unidades de monosacáridos. Un ejemplo importante de oligosacáridos son los disacáridos, que contienen dos unidades de monosacáridos. Algunos disacáridos comunes son la maltosa, la sacarosa y la lactosa.

b. Polisacáridos

Los polisacáridos contienen más de 10 unidades de monosacáridos. Se dividen en dos tipos:

1. Homopolisacáridos: Están formados por un solo tipo de monosacárido. Algunos ejemplos de homopolisacáridos que se adhieren a los dientes y las encías son el levano y el dextrano.
2. Heteropolisacáridos: Están formados por dos o más tipos de monosacáridos. Algunos ejemplos de heteropolisacáridos que se encuentran en las articulaciones y la sangre son el ácido hialurónico, el sulfato de condroitina y la heparina.

Osas o Monosacáridos: Clasificación

Los monosacáridos se clasifican según:

1. Grupo funcional:
   • Aldosas: Contienen un grupo aldehído.
   • Cetosas: Contienen un grupo cetona.
2. Número de átomos de carbono:
   • Triosas: Contienen tres átomos de carbono.
   • Hexosas: Contienen seis átomos de carbono.
3. Combinación de grupo funcional y número de carbonos:
   • Aldotriosas, Aldohexosas: Monosacáridos con un grupo aldehído y tres o seis átomos de carbono, respectivamente.
   • Cetotriosas, Cetohexosas: Monosacáridos con un grupo cetona y tres o seis átomos de carbono, respectivamente.

Disacáridos

Los disacáridos más comunes son la maltosa, la sacarosa y la lactosa.

Dextrano y Levano

El dextrano y el levano son polisacáridos que forman una película adhesiva gelatinosa que contribuye a la formación de la placa dental. La placa dental se adhiere a los dientes y la mucosa gingival y es producida por bacterias como Streptococcus mutans y Actinomyces viscosus a partir de la sacarosa.

La placa dental está compuesta por cinco elementos principales:

1. Bacterias en colonias
2. Agua
3. Células epiteliales descamadas
4. Glóbulos blancos
5. Residuos alimenticios

Dextrano

La formación del dextrano involucra la bacteria Streptococcus mutans, la enzima dextrano sacarasa y la sacarosa como sustrato.

Proceso: La sacarosa se desdobla en glucosa y fructosa. Luego, las moléculas de glucosa se polimerizan mediante enlaces glucosídicos α(1→6) y se ramifican a través de enlaces α(1→4) (raramente α(1→2) y α(1→3)), formando el dextrano.

Levano

La formación del levano involucra la bacteria Actinomyces viscosus, la enzima levano sacarasa y la sacarosa como sustrato.

Proceso: La sacarosa se desdobla en glucosa y fructosa. Luego, las moléculas de fructosa se polimerizan mediante enlaces glucosídicos α(1→6) y se ramifican a través de enlaces α(1→4) (raramente α(1→2) y α(1→3)), formando el levano.