¿Qué son los polímeros de proteínas y dónde se utilizan?

Los polímeros son sustancias especiales que los científicos llaman con razón el pináculo de la evolución de la naturaleza inanimada, ya que fueron ellos quienes sentaron las bases para la vida en el planeta Tierra. Estas sustancias se distinguen por una gran diversidad en sus propiedades físicas, estructura, composición química, así como la capacidad de cambio. Los polímeros incluyen no solo materiales tan conocidos como el plástico, sino también polímeros de proteínas, que son el material de construcción del cuerpo humano, varios polisacáridos (por ejemplo, celulosa), ADN, en el que se programa el código de herencia de los seres vivos.

Fue gracias a la aparición de polímeros de proteínas en el planeta que la materia inanimada pudo realizar funciones como la autorreproducción, la transmisión de información hereditaria, la reproducción y la replicación. Su capacidad de cambio permite que la naturaleza realice ajustes en el ADN a través de la selección natural.

¿Qué son los polímeros?

Es una molécula grande compuesta de moléculas más pequeñas unidas entre sí por fuertes enlaces covalentes. Los polímeros pueden ser unidimensionales (molécula lineal que consta de unidades), bidimensionales o tridimensionales.

En química inorgánica, la estructura de muchos minerales de silicato se puede considerar como polímeros de una, dos o tres dimensiones. Por ejemplo, los cialides son una especie de "tamiz" molecular a través del cual se filtra el agua antes de que ingrese a los departamentos de los edificios residenciales. Cialide es un material tridimensional que parece una red calada de unidades de luminosilicato.

Hay dos tipos de polímeros sintéticos: termoplásticos y termoestables. Los termoplásticos (polietileno, poliestireno) pueden resistir el procesamiento repetido a altas temperaturas, ya que el calentamiento no cambia su estructura. Cuando se calientan, los termoestables pierden su estructura original, que ya no se puede restaurar. 

Se refiere a polímeros y plásticos generalizados, que es una aleación de varios endurecedores, plastificantes y agentes estabilizadores. El alcance de los plásticos es enorme: son indispensables en la ingeniería aeronáutica, la odontología, la industria espacial y la vida cotidiana.

Los polímeros son sustancias orgánicas.

En química orgánica, los polímeros son abrumadoramente unidimensionales. Estas cadenas orgánicas pueden estar desplegadas o enrolladas. Por ejemplo, las proteínas fibrilares, como el colágeno, que constituyen los tendones humanos y un tercio de su masa proteica. El colágeno tiene una gran fuerza y ​​está formado por cadenas unidimensionales.

Mira un video sobre qué son los polímeros.

Polímeros orgánicos: las proteínas pueden ser globulares (cadena unidimensional enrollada en una bola – "glóbulo"). En el cuerpo, una de las funciones biológicas importantes de los polímeros de proteínas es enzimática. Las proteínas globulares son un catalizador: dentro de cada una de estas "bobinas" hay centros especiales con mayor actividad, donde ocurren reacciones químicas, que son aceleradas por la matriz proteica.

Las cadenas de proteínas se pueden conectar mediante fuertes enlaces de hidrógeno, que forman fuertes estructuras tridimensionales, como la queratina, la seda o la celulosa. La celulosa se encuentra en la corteza de árboles y arbustos y es el polímero sólido más común en el mundo. El almidón es similar a la celulosa, que se disuelve en agua y es absorbida por el cuerpo humano. Debe saber que la celulosa y el almidón son la misma sustancia química en la fórmula, pero tienen una estructura diferente.

En varias moléculas orgánicas de los seres vivos, la masa, el tamaño y el número de grupos funcionales son insignificantes. Hay macromoléculas que forman tejidos o almacenan información genética. En algunos casos, estas moléculas son polímeros. Por ejemplo, los carbohidratos complejos son polímeros de azúcares elementales. Las proteínas son polímeros de aminoácidos, mientras que las moléculas que almacenan el código genético -ARN y ADN- son polímeros de nucleótidos. 

La composición del cabello, las plumas y la lana se basa en la sustancia queratina, que también se considera un polímero. Los esqueletos externos de los artrópodos, los representantes más comunes del reino animal, consisten en un polímero de quitina.

Descifrando la estructura de los polímeros de proteínas.

Ahora se concede especial importancia a descifrar la estructura de las proteínas. Las proteínas tienen varios niveles de estructuras:

• primario: una cadena directa de bloques monoméricos;
• secundario: piezas de la estructura de la proteína, empaquetadas en unidades estándar (hélices, glóbulos, láminas);
• terciario: una combinación de varias unidades estándar en el espacio;
• cuaternario: cuando varias moléculas de proteína se entrelazan entre sí

Usando el modelo inicial, la estructura primaria de la proteína, puede calcular su energía mínima. Los investigadores observan en qué se pliega en el espacio para garantizar la mayor estabilidad y así determinar la cantidad de energía mínima.

Una molécula de proteína ordinaria es muy compleja: consta de cien aminoácidos y tiene una gran cantidad de grados de libertad. Si algún día la humanidad aprende a predecir con precisión y rapidez la estructura de una proteína a partir de una secuencia de aminoácidos, será posible lograr grandes avances en la solución de muchos problemas médicos y biológicos.

Después de todo, son las violaciones en la estructura de la proteína las que a menudo conducen a diversas enfermedades. Estas enfermedades se denominan enfermedades moleculares y en la actualidad se han descubierto varios miles. Molecular incluyen: enfermedad de Alzheimer, distrofia alimentaria, anemia de células falciformes y muchos otros.

Al descifrar la estructura de la proteína, podemos entender qué tipo de medicamento puede curar estas enfermedades. Calcular experimentalmente la estructura de una proteína es una tarea muy difícil y que requiere mucho tiempo. Si fuera posible precederlo teóricamente, permitiría acelerar el progreso de la biología y la medicina.

Se descifró la primera estructura de una proteína, cuya molécula contiene solo dos cadenas polipeptídicas (21 y 30 residuos de aminoácidos, respectivamente). Esta proteína simple era la insulina bovina. Ahora los científicos pueden descifrar la estructura de solo pequeñas proteínas de 30-40 residuos de aminoácidos y planean expandirla a 100-200 con el tiempo. Por el momento, esta es la principal tarea de la biología en el mundo.