Para estudiantes de medicina y profesores

1. Muchas son las características que distinguen a los seres vivos de la materia
inanimada y que fueron estudiadas en los capítulos iniciales de este libro. Desde el
punto de vista de su composición lo más sobresaliente es la existencia de las
macromoléculas, queson organizaciones en lascuales participan cientos o miles de
átomoscon una compleja distribucióntridimensional. Esta extraordinaria compleji-
dad escapa a las concepcionesestructuralesde la química tradicional, y su estudioes
por derecho propio patrimonio exclusivode la bioquímica.
Eldesarrollodelconocimientobioquímicoha marchado paralelo alconocimien-
to de las macromoléculasy viceversa. En el transcurso de losaños, cada vez fuemás
evidente quelosmétodos y procedimientos de las químicasgeneraly orgánica eran
insuficientespara tratar esteproblema. Losbioquímicoshan tenido quediseñar méto-
dosespecíficosde análisis de lasmacromoléculas y, en muchas ocasiones,contribuir
directaoindirectamente a la produccióndeequiposdelaboratorioquelespermitieran
ensancharla potenciadesussentidospara penetrar en estecomplejocampo. Estotrajo
comocoasecuenciaqueenesaluchapor desentrañar laestructura dela7macromoléculai,
la hioquúnica fuera creando su propio "arsenal" metodológicoe instrumental, lo que
equivale a decir que se fuehaciendo cada vez más una ciencia independiente.
Losprimeros resultadosrxitosos mostraronuna realidad másqueasombrosa.Las
primeras imágenesreconstruidasa partir delosdatos experimentales,mostraban unas
moléculasde tamaño enormecon plegainientosy replegamientosa cuya organización
parecía imposibleaplicar lógicaalguna; pero losintentosserepitieron, losmétodos se
ampliaron, losinstrumentos se perfeccionaron y cada añosedescribía, al menos, la
estructura tridimensionaldeun miembro másdelgrupo. Silostrabajosinicialesimpli-
caronaños,losactualesse hacen en mesesy tal vez en elfuturose realicenen días. Hoy
existegran colecciónde conocidasestructuras tridiniensioiiales de macromoléculas,
lo cual ha permitido penetrar en los secretos de su estructura o, al menos, en los
principios generales querigen su organización estructural y, a partir deellos,conocer
lasformaspeculiares desu funcionamiento.
En términos bioquímicosseidentifican3grandesfamiliasde macromoléculas:las
proteínas, lospolisacáridos y losácidos nucleicos. Para su estudio están dedicados los
próximos capítulos. En éste se presentarán aquellas características que, en mayor o
menor grado,son comunesa todasellas.Setratará depresentar aquellasregularidades
quesubyacenen la organizaciónestructural yhasta dondeseaposiblefuncionalde las
macromoléculas. Como sucedesiempre en la vida, muchas de estas reglas tienen sus
excepciones,las cualesen loscasos necesariostambién serán resaltadas, no comouna

2. muestra más de la biodiversidad al nivel molecular, sino también con el propósito
lógicodelempleode la excepciónpara hacer más valedera la regla.
Esta?característica$generalesserán presentadas,acompañadasdealgunosproce-
dimientos experinientales que Iian perniitido su comprobación a través de la historia.
No entodos loscasosseevidenciará cómo elcarácter explicado secumple entodas y
cada una delasniacromoléculas,pero sienipresehará referenciapor lomenosa una de
ellas. Algnnas de estas característicasno son tan evidentes en unas macromoléculas
comoen otras,por tanto, es preferible que en este momento sóloqueden enunciadas
comogeneralesy quepuedan demostrarse después,al estudiar el capítulo correspon-
diente a cada una de ellas.
Característicasgenerales
Las hiomacromoléculasposeen un conjnntodecaracterísticas queson comunesa
todas ellas, lo cnal permite un estudio sistemático del grupo que debe conipletarse
después con el estudiode las especificidadesde cada una; estas características son:
l.Elevado peso molecular.
2. Carácter polimérico.
3.Carácter uniforme.
4. Carácter lineal.
5.Carácter tridimensional.
h. Carácter inforniacional.
7. Tendencia a la agregación.
8.Kelación estructura-función.
Éstasson lasqueseránestudiadas enestecapítulo. Lasespecíficasserántratadas
en los 3capítulos siguientes.
Elevado peso molecular
Parece superfluodecir que las macronioléculas tienen elevadopeso molecular,es
una tautología;sóloescribirlopretende resaltar estecarácter,puessetrata posiblemen-
te del más importante de todos los aspectos que se debe considerar en este tipo de
componente molecular de losseres vivos.
La química tradicional estudia moléculas pequeñas, cuyos pesos moleculares
alcanzan apenas cientos de unidades de masa atómica y en la mayoría de los casosel
volumenmolecular espoco iniportante para el estudiode laspropiedades químicasde
esoscompuestos.La realidad de las macromoléculas es totalmente diferente.
El sistema internacional de medidas establece como unidad de masa atómica
el dalton que es equivalente a 1112del peso atómico del isótopo más abundante
del carbono. Como todas las unidades, ésta admite múltiples y submúltiplos de
los cuales el más utilizado eii bioquíinica es el kilodalton (kD), que es igual a
1000daltous. Mientras los químicos trabajan con sustancias cuyas masas apenas
alcanzan 1kn, los bioquímicos enfrentan el estudio de sustancias con masas de
más de 500 kD que son precisamente las inacron~olé~ulas.Aunque no existe un
límite inferior bien definido,se consideran dentro del grupo de las macroinolécnlas
aquellas sustancias con masas moleculares superiores a los 5kD. Estos tamaños se
manifiestan por propiedades que distinguen a este grupo de sustanciasde forma
muy especial, las cuales serán estudiadas posteriormente.

3. Un polímeroesunasustancia queseformapor launión devariasmoléculasmás
pequeñas,querecibenelnombredemonómeros.Para ambosexistelarelaciónentreel
todoylaparte; deahíquelaspropiedadesdel polímerodependenen gran medidadel
tipo y la cantidad de los monómeros que lo constituye, pero no exclusivamentede
eso. En el polímero aparecenpropiedades queno pueden deducirsedirectamentede
las propiedades delos monómeros, y que se deben en gran parte a la forma en que
estosmonómerosestánorganizadosen laformacióndelpolúnero. Enlaestmctura del
polímerosecreaninteraccionesdeatracciónoderepulsiónqneledan a éstedetenni.
nadaspropiedadesquelosmonómemsporseparadonoexhiben.Cuando2monómeros
seunen forman un dímeroqueen realidadsediferenciapocodelmonómero,con 3se
formaun trímemquetampocosedife~nciamucho.Perocuandoelcúmulocuantitativo
demonómemssobrepasadeterminadolímiteaparecencaractehiicascualitativasnuevac
quesonyalaspmpiasdelpolúnero.Detodoloanteriorsededucequelasmacromolécuks,
alposeercarácterpolimérico,vanaguardarconsuspmursores relacionessimilaresalas
descritasy por tantotendrán propiedadesque no pueden explicarsedirectamentea
partir delosmonómerosconstitnyentes,y hace falta conocerla organizaciónestruc-
tural del polímero para tener una idea exacta deellas.
Carácternniforme
Todaslasbiomacromoléculassonpolímerosdesusmonómerosconstituyenteso
precursores. Las proteínas son polímeros de aminoácidos, los polisacáridos de
monosacándosylosácidosnucleicosdenucleótidos. Esta forma deorganizaciónles
condecarácteruniforme,puescadabiomacromoléculasefonnaporlapolimerización
deprecursoresdela mismaclase.Estosprecursoresseunen medianteuna reacción de
condensación,con pérdida de una molécula de agua, y quedan enlazadosde forma
covalente,locualleconcedefortaleza a la estructura.
Esteenlacepolimerizanteeselmásfuertedetodas lasinteraccionesquese esta-
blecen entrelosmonómerospara formarla estructuradel polímero,por esoresulta el
másdificilde romper. En las proteínases el enlacepeptídico, en los polisacáridos el
glicosídicoy en los ácidos nucleicos el fosfodiéster.
Estostipos deenlacesno sonparticularesdela$biomacromoléculas,pues apare-
cenen otrosgruposdecompuestosorgánicos,aquíreciben nombresespecíficospara
realzarsuimportancia;elenlacepeptídicoesdetipoamidayelglicosídico,un acetálico.
La sucesión de estos enlacesy los grupos entre los cuales se forman,determinan la
existenciaen la macromolécula de un ejecavalenteprincipal, quevienea ser algoasí
comola columnavertebraldesuestrnctura.
Estosenlacesson comoya sedijodetipocovalente,ytienen al menos 3propieda-
desmuy importantespara la existencia de lasmacromoléculas:sonfuertes,con una
energíade enlace superior a las 50 kcal.mo1-';muy estables en agua o disoluciones
acuosas,por lo cual las macromoléculassuelen ser muy establesen los organismos
vivientes cuyocomponentemayoritarioeselagua,y poseen orientacionesespaciales
definidasdeacuerdoconelelementoquímicodequesetrate, por ejemploenelátomo
decarbonoconhibridación sp3,las valenciasestánorientadashacia losvértices deun
tebedm regular.
Lascaracterísticasespecíficasdeestosenlacesysufunciónen la estmctnra delas
macromoléculascorrespondientesserán estudiadasen loscapítulosposteriores.
Carácter lineal
Aun cuando en su estructura existen otras posibilidades, casi siempre las
macromoléculassonLineales.Enestemomento,estapalabratieneelsentidodecarecer

4. Fig. 9.1. El cariicter poliniérico. En a) sc
representa u n esquema de un
polímero formado por precurso-
res de Iü iiiisma clase, caráctcr uni-
f'ornic.1.a radctia rniicstra de igual
hriiis s u caricter lineal, pues ea-
rece de rnniifieaeioiies. Como pue-
de oliscrvarse cl extrenio niimera-
do timo 1 es diferente del h. por
tanto cl polírncro posee polaridad.
La cslriictiira general del prccu~.-
sur sr riiiiestrn en b), donde se dis-
tingue el rivalo azul (2)qiic repre-
senta una parte de 13cstructurndel
prrcurmr, coinún a todos los de
su clase; la zona R representa la
partede la estmctilra diferentepara
cada prcriirsor de una clase dada.
Taiiiliíéiien b)se iiiuestran los prii-
pos ilc enlace identificados con los
números l y 3. Sc pucrle ohscnsr
qiie en a) el precursor iiiimero 1
tiene lilirc el grupo 1, mientras el
6 tiene libre el grupo 3. Se puede
afirmar que la iiioléei8la tiene po-
laridad 1 4 3.
de ramificacionesy no se refiere a laforma de lamolécula en el espacio. El carácter
lineal se debe a que los monómeros se unen uno a continuación del otro y forman
largas cadenas poliméricas sin la existenciade ramificaciones. La única excepcióna
esta regla aparece entre los polisacáricos, pues algunos tipos de estos compuestos
presentan ramificacionesy en ocasionesmuy abundantes. Es una ventaja la carencia
de ramificacionesen proteínas y ácidosnucleicos,pero también es ventajoso la exis-
tencia de ramificaciones en algunospolisacáridos.
La formacióndelenlacepolimerizanteocurresiempreentre 2grupos bien d e f ~ -
dosdela estructura delosprecursores; estohacequetodoslosprecursores queforman
parte de lacadena polimérica tengan comprometidos sus2 grupos de enlace,uno con
el precursor queleantecedeyotrocon el que lesucede,excepto elprimero y el último
que exhibenlibre uno de los2 grupos. Comoestosgmposlibressondiferentes en cada
extremo,lasmacromoléculassecaracterizan porque susextremosno son iguales,lo
cual expresa que tienen polaridad. Por logeneral losextremos senombran señalando
cuál esel grupo libre.
Esta característica permite definir una dirección en la estructura del polímero,
pues permite identificar cuál es el primer precursor y cuál es el último. Cuando 2
cadenas poliméricasdelmismo tipo seencuentran acomodadasuna al ladode la otra,
lopueden hacer de 2 formas: si el priiner precursor de una molécula coincide con el
primerodela otra (y por tanto coincidenlos 2 últimos)se dicequelas cadenas tienen
una disposición paralela; en caso contrario se les denomina antiparalelas. Cuando
entre2 macromoléculasexisteuna relación funcional,deforma tal, quedado un orden
para losprecursores eniina deellasesposibledeterminar elordendelos precursores de
la otra, se diceque existecolinealidad entreambas.
Tanto el carácter polimérico, como el uniforme y el lineal se resumen en la
figura 9.1.
.'i
Carácter tridimensional
Las macromoléculas preseutan una estructura compleja con una organización
espacialqueseextiendeen 3dimensiones; por supuesto que todos los cuerpos desde
losmás pequeñosson tridimensiondes, pero comoen loscasosanterioressetrata aquí
deresaltar estacaracterística,puesmereceespecialatenciónpara comprender lamtmc-
tiira y elfuncionamientode estas moléculas.Talesla complejidad de estas moléculas
quepara estudiarsu organizacióntridimensionalba sidonecesariointroducir un siste-
ma deestudiospor niveles,que van desdeel primario hasta elcuateriiario,dondecada
uno de ellos expresa un grado diferente de organización estructural. No en todas las
inacromoléculasestosniveles cstán perfectaniente establecidosy setonian a las proteí-
nas comosistema de referencia para el estudio de todas ellas.
Nivel primario
El nivelprimario,también llamado estructura primaria, serefiereal orden osuce-
siónde losmonómeros en elpolíniero. Seorigina coinoconsecuencia de la reacción de
130

5. polimerizacióny, por tanto, la interacción que lomantieneeselenlacepolimerizante.
ya se dijo que este enlace es el más fuerte de todos los que se forman en las
macromoléculas, de locualsededuce que elnivel primario eselmás establede todos
los nivelesestmcturalesdelasmacromoléculas.
Teniendoen cuenta lasdiferenciasentre losprecursoresque integran elpolímem,
las macromoléculas pueden dividirse en 2 grandes grupos. El primer grupo estaría
integrado por aquéllasqueestán formadas por un soloprecursor; recuérdese que el
carácteruniformeestablecequelasmacmmoléculasestánformadaspor precursoresde
lamisma clase,por ejemplo,las proteínas por aminoácidos; pero en estecasosetrata
nodel mismotipo, sinodel mismo precursor, osea, una proteína hipotética que estu-
vieraformadapor lapolimerizacióndelmismoaminoácido.Estetipodemacmmolécula
sóloseha encontrado entre lospolisacáridos,por ejemplo,laquitina que forma parte
del exoesqueleto de algunos invertebrados,formada por la polimerización de la N-
acetil glucosamina; otros ejemplos son el almidón, el glucógeno y la celulosa que
están formados sólopor glucosa. En estoscasoslas moléculasexhibenuna monotonía
estructuraltotal, pues todos sussectores son esencialmente iguales.
En otras ocasionesse produce la polimerización de un dímerocomoseobserva
enlas glicosaminoglicanas,por e,jemplo,elácido hialurónicoesun polímero de ácido
glucurónico y N-acetil glucosamina, en tanto, el dermatán sulfato resulta de la
polimerixación del disacárido formado por el ácido L-idurónico y la N-acetil
glucosamina-4-sulfato. También en este caso se presenta la monotonía estructural,
aunquemenosmarcada queen elanterior.
Por último, existela polimerizacióndetrímeros de locual el mejor ejemplo es la
colágena, formada esencialmente por glicina-prolina-hidroxiprolinaquese repite
cientos de veces a lolargo de la cadena polimérica. Las macromoléculas de este tipo
generalmente cumplen funcionesmás elementales, como las de servir de soportees-
tructural a lostejidos oestructuras más complejas yen general (exceptoelalmidón y
el glucógeno)adoptan forma de fibraso filamentos que es la que más se adapta a la
funciónque deben cumplir.
Antesde pasar alotrogmpoes bueno señalar queen realidad lamonotonía noes
total,pues existen pequenas variaciones en la estructura aunquela mencionada es la
predominante en casi e190 % de la longitud del polímero.
E1seguudo grupolointegran aquellasmacromoléculas queno poseen un patrón
regular de polimerizaciónyen ellassusprecursoressealternan sinqueexista ninguna
ley que pueda predecir la posición de cada uno, por ejemplo, en el caso del ácido
hialurónico, si sesabe que la posición está ocupada por la N-acetil glucosamina,
inmediatamente se deduce que la «n+l» será el ácido glucurónico. En las
macromoléculas delsegundogrupo, saber que un precursor ocupa la posiciónen»no
permite conocer el «n+l», ya que puede ser cualquiera de los otros. A este grupo
pertenece la mayoría de las macromoléculas (Fig.9.2).
En las macromoléculas se puede distinguir una zona compuesta por los ele-
mentos que integran el enlace, que como es siempre el mismo, por el carácter
Fig. 9.2. Tipos de polimeros por lo compo-
sición de precursora. La línea sii-
pcrior muestra un sector de un
polimero formado por el iiiisino
precursor, la cual da al políniero
una monotonía lofal. 1.a lima icn-
tral prn~cntaun poliiiiera también
nionát<inopero can la coml>ina-
~ i i i i ide 2 precursores. La línea in-
fcrior ~>msentilun polimero total-
jiientc diverso. Ohsérvcsc qiic no
criste regularidad alguna, después
del precursor representado por el
cii.eiilo azul sc puede encontrar
cualqiiiera de loa precursores, el
iiiisnio azul, cl verde o el rajo.

6. uniforme, generauna zona de monotoníaestructural. Pero a la par existeuna zona
quevaríaencada punto dela cadena debidoa las características estructuralesdel
precursor que estépresente en ese punto; asíse genera una zona de variabilidad.
Esto significa que en la estructura de las macromoléculas se da la unión de lo
monótono y lo diverso (Fig. 9.3).
Fig. 93. Zonas en la estructura de la macromolécula. En la estructura de la macromolécula se pueden
distinguir 2zonas. En a) aparece representadoen m1la zona monótona de la estructuraque
origina el eje covalente principal de la macromoléeula. Observe que estructuralmente todos
los sectores de esta zona son iguales. Aparecen marcados los extremos p y q, pues esta
molécula tiene polaridad p6q. En b) w representa en color rojo la zona variable debido a
que cada uno de las precursom presenta una estructura diferrnte. De esta forma se eviden-
cia que en la estructura de las rnaeromolé-culaiw da la unidad de la monótono y lo diveno.
La estructuradelamnamonótonadiferencia lostiposdemacmmolécula,esdecir,
las proteínas de los polisacáridos y éstos de los ácidos nncleicos. La zona variable
diierenciauna macromoléculadeotra delmismotipo,por ejemplo,el glucagóndela
insulina.Losmétodospara elestudiodelaestructuraprimariadelasmacromoléculas
delsegundogruposerán estudiadosen loscapítulosdondesetrate cada una deellas.
La distinciónentrelas2zonasestructuralesdelasmacromoléculasesimportante
para entender lagénesisdelosdemásnivelesdeorganización,puesellosvan a depen-
derdelestablecimientodeinteraccionesentre elementosquímicoslocalizadosen una
zona u otra. En líneasgeneralessepuede afirmar que si lasinteraccionesseforman
entreelementoslocalizadosen lazonamonótona,sevan a originarestmcturasregula-
res con patrones bien definidos,pero si dependen de la zona variable se formarán
organizacionesmás bien irregulares.
Comoya seseñaló,lasmacromoléculasdelprimer grupodondelamonotonía es
totaltienden a tomarformasfibrilaresofilamentosas,en la$cualesellargopredomina
sobreel anchoy la profundidad.Sin embargo,lasdelsegundogrupotiendena adop-
tar formasesféricascomoconsecuencia delosplegarnientosy replegamientossobresí
dela cadenapolimérica.
Losestudiosdelasestructurasdenumerosasmacromoléculasen losÚitimosaños,
hanpermitidopmfundizarenlawmplejidaddeestasestnicturasyadvertirquea henlai
másirregularesexistendeterminadospatmnes queserepiten,comosieestiera una ley
generalquegobernaralaformaen queseorganizanlasmacromoléculasbiológicas.
Nivel sesundario
Al nivel primarioya estudiadolesigueelnivel secundariooestructura secnnda-
ria. Estetérminoserefierea laforma particular queadopta la cadenapolimérica en
pequeñossectoresdesuestructura,pudieraserunseciorformadopor 10a20precurso-
resconsecutivos.Estossectompueden teneruna disposición~ g u l a roir~gular.Seha
podido determinar queexisten2formasfundamentalesdeestructurassecundarias
rrgularesa saber,lashelicoidalesylasplegadas. Lasestructurasplegadassecaracteri-
zan porque el eje covalente primario de la molécula va describiendouna línea en
formadezigzag,con ángulosbien definidos,yen ocasionesdiferentessectoresdela

8. El nivel terciario de organización oestructura terciariaserefierea la estructura
tridimensional total de la macromolécnla. En su estudioseha de tener en cuenta no
sólolasformassecundarias mencionadas, sinolatopologíadel ejecovalenteprincipal
de la macromolécnla, o sea. cómo se van conectandounos con otros los diferentes
seetoresdeestrncturassecundarias osupersecundanas. Elnivelcuaternario seha defi-
nidoenproteínas,y seusaparacaracterizar aquéllasqueestánformadaspor másdeuna
cadena polipepiídica que a losefectosreciben elnombredesubunidades (Fig. 9.7).
Fig.9.7. ihtructun3Slcreiariasy cuatemarias.
En a) se representa la estructura
tercisria de una maeromoléculaen
la cual las estructuras helicoidales
aparecen en forma de cilindros y
las plegadas en forma de saetas. El
eje cavalente principal va forman-
do giros que permiten a la
mrerornoléeula adoptar una for-
ma que tiende a lo esférico. En b)
se presenta un esquema de la es-
tructuracuateruariade unaproleí-
na que está formada por 4 sub-
unidades iguales 2 a 2 (las 2 rojas
son iguales, entre sí, así como las 2
arules).
Estasorganizacionesespacialessemantienengraciasiilaformacióndeinteracciones-
débilesentrediferentesgrupos químicosde las macromoléculas. Las principales son
lospuentes de hidrógeno, lasinteracciones salinasy las llamadas fuerzasde Van der
Waals. Estas interacciones tienen una fortaleza que va desde 10kcal.mol.', para las
primeras hasta menos de 1kcal.mol-', para las últimas, por tanto su importancia no
radica ensufortaleza, sinoen elnúmeroextraordinariodeellasque pueden formarse
en una macromolécula.
La fuerza de lospuentes dehidrógeno esmás variable, pues esmayor en ambien-
tes anhidros que cuando están expuestos a la acción del agua. Debido a la propia
dinámica de formación de la estructura tridimensional de las macromoléculas, cada
nivel deorganización semantienepor interaccionesqueson cada vez más débileso,lo
que eslo mismo, losniveles superioressiempre son más inestables que los inferiores.
Este conocimiento no sóloes importante desde el punto de vista biológico, per-
mite comprender por qué la vida tiene que desarrollarse en condicionesambientales
muy limitadas,también tieneimportancia desdeelpuntode vistaexperimental,ya que
siempredebetenerse en cuenta quepequeñas variaciones en las condiciones con las
cualessetrabaja, con una de estasmacromoléculas,puede afectar considerablemente
suspropiedades, queson lasmanifestacionesexternasde su estructura.
Cuandounamacromolécnlapierde suestructura tridimensional,pero conservala
estructura primaria, sedicequeha sufridoun procesode desnaturalización.Losagen-

9. tes desnaturalizantes interfieren con la formación de las interacciones débiles y
por eso son capaces de desorganizar a la molécula. Un agente desnaturalizante
universal es el calor, de ahí que los seres vivos en general tienden a vivir en medios
dondeloscambiosde temperatura nosean drásticos, incluso,losorganismos superio-
res han creadoevolutivamente mecanismospara mantenerconstantela temperatura
corporal con independencia de la ambiental.
Elfenómenodedesnaturalización puede serreversible,sila macromolécula des-
naturalizada es llevada de nuevo a las condicionesadecuadas, por loquepuede recu-
perar su estructura tridimensional original. Esta renaturalización esuna evidencia
importante de quelaestmcturatridimensional estádeterminada por elnivelprimario
deorganización. Desdeelpuntodevi~tapráctico,estapropiedad delasmacromoléculas
sirvede fundamento a las técnicasde hibridación de losácidos nncleicoscomoseverá
en el capítulo 11(Fig. 9.8).
Una de lascaracterísticas más importantesde lasmacromoléculas biológicases
queellasposeen información.La informaciónmolecularestárelacionada con la varie-
dad estmcturaly permitelarealizaciónde interaccionesespecíficasentrelasdiferentes
macromoléculas, o entreellasymoléculas pequeñas.
La información permite discriminar con un elevadogrado de precisión con cuál
moléculaseinteractúa,en quésitioyba,jocuálescircunstancias. Teniendoen cuenta la
forma en quese presenta lainformaciónmolecular pnedeser de 2 tipos: la secuencial
y laconformacional.
La información secuencial está contenida en la estructura primaria de las
macromoléculasquepresentansecuenciasirregulares,deforma quemientras mayor es
la irregularidad de la secuencia mayor puede ser elcontenidode información y vice-
versa. En la secuencia de los precursores de una macromolécula la información está
codificada linealmenteen forma de mensajes, con un contenido preciso; tal vez una
alegoríasirva para esclareceresteconcepto.Siseparte delasecuenciadeaminoácidos
de un péptido yseescribe utilizando elcódigode unasola letra (capítulo 6)sepueden
obtener situaciones como:
ala - met -ile - ser - tre -ala - asp
A M I S T A D
ala - met -ala - arg - glu - ser - val - ilc - val - ile - arg
A M A R E S V I V I R
Por supuesto quelaslargas cadenas poliméricasde lasmacromolécula~contienen
mensajes muchomás complejosque losmostrados. Estos mensajes generalmente in-
formansobrecómoconstrnir una estructurahidimensional,cómo ordenar precursores
durante la síntesis de las macromoléculas, dónde comenzar o terminar un proceso,
etcétera. La información secuencial es muy estable, ya que está asociada con el nivel
primario deorganización,queeselmásestableenlaestructura deuna macromolécula
cualquiera que ésta sea. Pero este tipo de información no permite interacciones
tridimensionales específicas,pues ellaapareceen forma lineal.
La información conformacionalpor su parte está contenida precisamente en la
estmcturatridimensional, esdecir,enlaconformacióngeneral de la macromoléculay
sípermite interacciones específicai en elespacio. La forma característica que adopta
una macromolécula le permite ir creandosobre sosuperficiesitios con una forma y
distribución degrupos químicosorientados, detal manera quepermite la ubicacióny
fijaciónde otras moléculascuya formay distribución de grupos químicos sean com-
plementarias al sitiosuperficialde la macromolécula.Estossitiostienen un arreglo tan
+ Agente desnaturalizanle
Fig. 9.8. Desiiaturalizarión y renaturaliza-
ciún. En i)se muestra In estructu-
ra tridimcnsional de una niacronio-
Iéiula que, al ser sometida a ia ac-
ción dc un ncente drsnaturalirmte,
adquiere una forma tutalniente
desordenada coiiservando sólo cl
nivel primario de oreaniracióti
como sc muestra en b). En iiiu-
chas ocasiones cuando cl agenle
desnaturalizante es retirado, la nio-
Iéeula adopta de nuevo su forma
original como se miiestru cn rl. El
primer paso representa la dcsna-
tirralizarih y el segundo la
renatinralizaciún. Este segundo
paso no sienipre es posible.

10. estricto que algunas moléculas son capaces de alojarse en ellosy, una vez allí, permi-
ten a la inacromolécula realizar sobreellosuna función específica.
Este fenómeno de interacción específica entre una inacromoléculii y otra
biomolPcula recibe el nombre de reconocimiento niolecular y el sitio por donde se
realiza sitio de reconocimiento, un ejemplosemuestra en la figura 9.9. La sustancia
queseune a la macroniolécula recibe el nombre genérico de ligando.
Los sitios de reconocimiento tienen algunas propiedades comunes como: estar
ubicados en la superficie de la inacromolécula,locual posibilita el accesodel ligando:
poseer tina estructiira tridimensionalderivada de la estructura tridiniensional general
de la macroniolécula, quedebe ser complementaria a la estructura del ligando; tener
grupos químicos orientados en forma conveniente para interactuar con los grupos
químicos de la sustancia reconocida. y Iiacer que ésta permanezca unida a la
macroinolécula.
La unión del ligando provoca canil>iosconforinacionalesen la niacromolécula,
los cuales permiten qiie se realice su función o iiiodulan la intensidad de ésta. Los
ligandos pueden ser también macr»iiinléciilas, pero en esecaso la zona de contacto se
limita a un sector preciso de la estructni.:~y no a toda ella.
Al tratar elcarácter tridiniensional qnerl6estal>lecidoqiielasestructurasde orden
superiorde las macronioléculas, sil conforniación general estaba deterniinada por la
esti-iicturapriniaria. Acaba deestal>lcceisequeesasestructurasexpresan un deteniiina-
do tipo de información molecular. La primaria está vinculada a la secnencial, y las dc
orden snperiora la conformacional;seinfiere qiie la informaciónconformacionalestá
deterniiiiada por la inforinació~isecuencial. Se había señaladoquetina de las fnncio-
nes de la información secnencial era cómo construir determinadas estructuras
tridiiiieiisioiiales queson las quealbergan la informaciónconforniacional; esta rela-
ción entre los tipos de información inolecolar es uno de los fnndanientos más iiiipor-
tantes en el f~iiicionaniicntode los seres vivos.

11. Comofenómenogeneral,lasmacromoléculastiendena agregarse unas con otras
formandograndesestructnras supramacromoleculares, deuna gran complejidades-
tructural yfuncionalcuyasmasas molecolaresalcanzan losd o n e sdedaltons. Estas
asociacionespueden realizarse deforma covalenteo no covalentey pueden formarse
demanera espontánea omediante un procesoasistidopor otrasmacromoléculas.La
existencia de estos agregados no contradice el carácter de uniformidad, pues las
macromoléculasqueseasocianno lohacen con interrupción delejecovalenteprinci-
pal,emplean grupos químicoslateralespara el enlace.Caqisiempreen estosagregados
seencuentran proteínas, deahíque muchossedescriban comoformasconjugadas de
las proteínas y resalten en el nombre el componente no proteínico; así existen
nu&oproteínas, glicoproteínasy lipoproteínas.
Laasaciacióndemoléculasdeproteínas para formargrandes agregadossuperael
eonceptodeestructnracuaternaria queesmásLimitado. No puedeconsiderarse quelos
sistemasdemicrotúbulosomicrofüamentosseanproteínasconestructura cuaternaria,
sinoverdaderos agregadosmnltiproteínicos.Muchosdeestosejemplosserán estudia-
dos en este libro. Las proteínas se asocian con ácidos nucleicos para formar los
cromosomas,losribosomas,loscorpúsculosdeprocesamientodelosARN ydiferentes
estructuras particuladas que intervienen en el procesodesíntesis yprocesamiento de
lasproteínas.
La asociaciónde proteínas con polisacáridos produce h s glicoproteínas, de las
cuales los ejemplos más sobresalientes son las que forman parte de la matriz
extracelular.
Por último, pueden producirse agregados de proteínas con Iípidos que son
las lipoproteínas. Aun cuando en realidad los Iípidos no son macromoléculas,
éstos seencuentran asociados en forma de grandes complejos lipídicos, parecidos
a comolohacen las macromoléculas. La estructura de las membranasbiológicasy
de las grandes lipoproteínas sanguíneas constituyen ejemplos de agregados
lipoproteínicos.
Comoya seha visto,una delaspropiedadesmássobresalientesdelasbiomoléculas
esqneaellas puede atribuirselesonafunción, a estono escapan lasmacromoléculas;
loimportante esqueestafunciónestá directamentevinculada con laestructura. Este
vínculoescasi una ley del comportamiento de las macromoléculas biológicas.
El estudio cada vez más profundo de la organización estructural de las
macromoléculasha permitidoir identificando determinados patrones estructurales
que están siemprerelacionadoscon una funciónparticular. Las modernas técnicasde
secuenciaciónde los ADN en ocasionesha llevado a tener completa la secuencia de
aminoácidosdeuna proteína desconocida,peroa partir deestasecuenciasehan deter-
minadoalgunascaracterísticasestructurales y funcionalesdela proteína incógnita.Se
ha sabido que son proteínas transmembranales, o que tienen sitios de unión con
nucleótidos,o queactúan comoproteínas quinasas, o queseunen con el ADN, etcéte-
ra. Numerosos sonlosaspectos funcionalesquepueden deducirsede la secuenciade
aminoácidos, basados en el principio de la relación entre la estructura primaria, la
conformaciónylafunción.ES posiblequellegueel día en que deuna estructura pueda
sabersesu funcióno viceversa,eseha sidoelsueñodetodos los bioqoímicosdesdeLos
alboresdeesta ciencia.
Propiedades generales
Estas características generalesantes mencionadassemanifiestandeformasdife-
rentes en las macromoléculas, esas son las propiedades generales. A partir de esas

12. prnpiedades Iia sidoposible ir profundizando en el conocimiento de sus caracterís-
ticas estructurales. A continiiación se estudiarán algunas de esas propiedades y se
de,jaráclaro con cuál o cuáles de las características estructurales generales están
relacionadas.
Difusión
Todas las moléculas ciiando son colocadasen el seno de un fluidoexperimentan
iiioviiiiientosde traslación de un lugar a otro en todas lasdirecciones del espacio; este
fenómeno recibe el iiombre de difusión. La velocidad de difusión está influida por
diversos factorescomo la masa de la partícula. Cnando todos los demás factoresse
mantienen constante, la velocidad de difusiónes una función decreciente de la masa
dela partícula, osea.la velocidiid disminuyea medida quelaniasa aumenta: por loque
las macromoléculas exhiben velocidadesniuy lentasde difiisiún; inclusoexisten equi-
pos especialmente diseñados que permiten una estimación aproxinia(la de la masa
iiiolecular a partir de las medidas de la velocidad de difusión.
La diálisis eselproceso mediante el cual una sustancia disuelta en un fluidn,que
está divididoen 2 compartimentosseparados por una membrana, escapazde pasar de
un compartimentoalotrohastaquelaconcentraciónsei p d eenanibosconiparliinentos.
La diferencia de conccntracidn en ambos ladosde la membra~iacrea un gradientede
potencialquímicoque impulsa el nioirniento de lasustancia a través de la menil~rana:
estoes posible gracias a que la memlirana posee poros de tamaños muy pequehs, por
kis cualeslasustancia puede pasar. El gran ~olunienniolwuiar delasinacromoléculas
les impide pasar a travts de esos poros y por tanto no pueden dializar (Fig. 9.10).
Esta propiedad de lasmacromoléculas tiene importanciadesdelos puntos de vista
biológico y del trabajo experimental.
Como se sabe, los organismos vivientes presentan conipartinientos que están
separados unos de otrospor membranas. Las células que son la unidad estructural y
funcional de todos los seres vivos están separadas de su entorno por la membrana
plasmática y aun dentro de las células existen compartinientos como el núcleo, las
mitoconclrias,etcbtera, que están separados por niembranasdel resto de la célula.
La imposibilidad de diálisis de las niacromoléculas permite que cada célula y
cada compartimentosubcelularposeasu propia dotaciónde niacromoléculas,sinobli-
gación de compartir elco~ijuntototal de macroinoléculas del organismo, comoseria el
casosiestassustancias atravesaran librenientelasniembranas.

13. Desde el punto de vista experimental la diálisis se usa en la purificación de
macromoléculas de contaminantes de baja masa molecular. Para ellola preparaciún
que contiene la niacromolécula que se está purificando se coloca en una bolsita de
celofán y ésta en un recipiente por donde fluye agua; se genera así un gradiente de
potencial químico para cada una de las sustancias que están disueltas dentro de la
bolsita que las inipulsa a salir de ella; pero comoel líquido en el exterior está fluyendo,
laconcentración en él deesasustancia essiempreceroy por muchasustancia quesalga
las concentraciones en ambos lados del celofán no logran igualarse, sólo la
macroniolécula no sale. Con un tienipo de diálisis lo suficienteniente prolongado
íuiias 24 h)se puedc lograr un grado de purificación aceptable.
Sedimentación
La física establece que el peso de uiia sustancia es igual al producto de so masa
inercia1por Ia aceleraciónde la gravedad. Cuandosustanciasniuy pesadassecolocaiien
un fluido,con el transcurso del tienipo tienden a ir hacia el fondodel recipiente, osea,
sedimentan.Sisetoma un pocodearenay.sedispersa en agua, alpocotiempocasitoda la
arena Iiahrásedimentado. Sisequiereaumentar la velocidaddesedinientaciónsepuede
colocarel recipienteen tina centrífugay hacerlogirar agran velocidad:citosedebe a que
el movimiento giratorio que realiza la centrífuga incrementa el valor del campo
gravitacional. Si en lugar de granitos de arena Iiubiera en el recipiente partículas más
pequeñas,bastaría aumentar la velocidad delacentntiiga para sedimentarlas; estosigni-
fio?que,en principio al menos3cualquiersustancia por pequeña quesea puedeser sedi-
mentada siempreycuandosedispongadeuna centnfnga capaz dealcanzar la velocidad
iiecesarka.En estosmomentos existeun límitepráctico para eseobjetivoyen losequipos
modernos sólo se han alcanzado velocidadessuficientes para la sedinientaciúli de las
macromoléculas,por ser precisamentelasniuléculasmasgrandes.
En las centrífugas la velocidadde sedimentación depende de nunierosos factores,
comola forma y niasade la ~iarticula.En general la velocidad de sedimentación csuna
función creciente de la masa de la partícula. Cornounidad dc velocidadde sedimenta-
ciún se usa el coeficiente de sedimentación S,en honor de TheSvedDerg,pionero en
estecampo,quees igual a 10-'%.Mientras niiiyorsea el valor de la niasa de la partícula
niayor será el valor de S. En la tabla 9.1 se relacionan algunas macroinoléciilas bioló-
gicas con su peso molecular y su coeficiente de sedinientación.
Tabla9.1. Masa5n~olecularesM)ycoeficientedesedimentación (S)dealg~inasproteín;~
Proteína
Citocromoc
Mioglohina

14. En muchasocasionesseempleael valor delcoeficientede sedimentaciónScomo
indicativodemasa molecular. La figura9.11 presenta un resumen esquemáticodel
procedimiento.Esta propiedad delasmacromoléculastambién ha sidoempleadaenel
procesodepurificación.
Fig. 9.11. Centrifugarión.Una solución que
contiene "ni rnacramolécula (eír-
culos rojos)y otras moléculas más
pequeñas se colocan en un tubo
de centrífuga. El tubo se hace 8-
rar a gran velocidad, con lo cual
se aurnenfa considerablemente el
campo gravitacional. Después de
un tiempo prudencial las
mairomoléeulas han ido a sedi- P, .mentarse en el fondo del tubo,
mientras las moléculas pequeñas
permanecen en solución.
Quizásla más sobresalientemanifestacióndelcarácter macromolecular esque
estas moléculas pueden ser visualizadaspor mediosópticosespeciales,comoel mi-
croscopioelectrónico. Conel gradode perfeccionamientoalcanzadopor estosequi-
posha sidoposiblelaobtencióndemicrofotografias,dondepuedeobservarselaforma
dealgunasmacromoléculas,especialmentelasmásgrandes,comoalgunasenzimas,el
ácidodesomrribonucleico.etcétera.
Loscaracterespoliméricoy unsonnesepueden evidenciarmediantelahidrólisis.
La adición catalíticadeaguaalenlacepolimerizanteprovocala ruptura deéste,que
con un tiempoprolongadoy condiciones adecuadaspuede lograrse la descomposi-
ción total del polímero en susmonómerosconstituyentes.
Para lahidrólisissepueden emplear3tipos deprocedimientoendependenciadel
catalizadorempleado,yen cada uno seobtienen resultadosdiferentes.La hidrólisis
puede realizarseen medioácidopara los3tipos demacromoléculasy esel mediomás
empleado;sóloproducealteracionesdealgunosaminoácidosdurante la hidrólisisde
lasproteínas.
La hidrólisisalcalina produce mayoresalteracionesdeaminoácidosynoafecta a
los ácidos desoxirribonucleicos. La hidrólisis enzimática suele ser parcial, pues la
especificidaddelasenzimasno lepermitea éstasactuarsobretodoslosenlacespresen-
tesen una molécula. Aun cuandoningunodeestosprocedimientospor separadoper-
mite en todosloscasosla hidrólisistotaldelamacromolécula,unaadecuadacombina-
cióndetodos ellospuede dar losresultadosdeseados.
Difraea6nde rayosX
La técnica másempleadapara el estudiode la estructura tridimensionaldelas
marromoléculaseslacristalografiaderayosX; parasuempleoserequierelaobtención
dela macromoléculaen estadocristalinoydespuésel cristalobtenidosesometea la
accióndelosrayos X durante un tiempoprolongado (72h). Durantesurecorridopor
elinteriordelcristallatrayectoriade losrayossedesvíapor losnúcleosdelos átomos

15. que componen el cristal y esa desviación esmayor mientras mayor sea eltamaño del
núcleo. Una vez que los rayos X atraviesan el cristal van a incidir sobre una placa
recubierta de una emulsión fotográfica que se vela por la incidencia del rayo. Las
placassecambian cada un número de minutos fijadosdeantemano,además, durante
ese tiempo el cristal se hace girar de forma que se obtienen vistas desde diferentes
ángulos. Al concluirelexperimentoseobtiene una colecciónde placas con numerosos
Diintosque indican lossitiosdonde incidieron los rayos X desviados,comose muestra
en la figura 9.12.
E1análisisdeestospuntos para deducir laestructura tridimensional esextreniada-
mente comple,joy en los primeros años de aplicarse esta técnica podía dorar rncses,
pero hoy loscálculossehacen niuclio ni5s rápido con el empleode lascomputadoras.
Lasimágenes queseobtienen presentan un nivel de resolución de varios nanónietros,
cuando se dice que una imagen tiene un nivel dc resolución de un nanóinetro, esto
significaque2puntosque estén separados por una distancia menor que un nanómetro,
en la figura se verán como uno solo. Hoy di¿ se cuenta con u11 huen núniero de
macromoléculas estudiadaspor este procediniiento.
Métodosempleadosen el estudio de las macromoléculas
Numerosos son losmétodos empleados en elestudiode lasmacronioléculas de los
cualessóloseesbozarán los principales. Lo primero es separar la inacroniolécula del

16. resto de loscomponentes celulares, después purificarla lomás posible y, por último,
caracterizarla. A continuación sedescribirácómo sellevaa cabocada etapa en líneas
generales.
1. Seleccionar el material biológico con el cual se ha de trabajar; se obtiene algún
fragmentodeun tejidodeun organismovivientequeseaparticularmente ricoen la
macronioléculaquesepretende purificar. Cuandosetrata demacromoléculasmuy
especificassedebe obtenerelorganismoquelasintetice,aunquenosea muy ricoen
ella.
2. Poseer un método quepermita siempre localizardóndeestá la macromolécula que
sepretende purificar; estoes necesario, pues en general todos los procedimientos
de purificación consistenen separar la preparación original en2o másfracciones,
por lo que se requiere localizar en cuál de ellasestá la macron~uléculadeinterés.
Se procede a la ruptura de las células por los métodos habituales de
homogeneización.El material biológicosepuede triturarcon la ayuda de un mortero
ocon equipos diseñados para eso,cuyoobjetivofundamental esromper lasparedes o
membranas celularesy dejarexpuestoelcontenidointracelular. Este procesosiempre
se realiza a bajas temperaturas, en un líquido de incubación con una composición
salina adecuada y un bufferque asegure la constanciadelpH durante todo el proceso.
Almaterial obtenidocomoresultado deesteprocesoseleda elnombre dehomogenato.
Esconvenienteelempleodeinhibidoresdelasenzimasqueh i d m blamacromolécula
quesepretende purificar, puesuna vez rntalaestructnracelularestasennmaspueden
atacar a la macromoléculadeseada.
Separación de la macromoléeula
Los métodos más usados con este propósito son la ultracentrifugación, la
cromatografia yla electroforesis.
En la ultracentrifugación elhomogenatosecolocaen un tubo de centrífuga quese
hace girar a velocidad elevada, con lo cual se produce un incremento notable del
campogravitacional. Bajola acción deestecampolasmoléculaspesadas son impulsa-
dashacia el fondodel tubo, con una velocidad quees una función de varios factores
comola formay elpeso molecular.Al finalel homogenatoqueda divididoen 2 fraccio-
nes: elsedimentoy els0brenadante.E~necesarioentonceslocalizar en cuál de ellasse
encuentralamacromolécula buscada.
Una variante del método puede ser más útil. Se procede a realizar una primera
centrifugaciúna velocidadbaja para eliminar losrestosdemembranas oparedes celu-
lares que deben sedimentar. El sobrenadante sesometea una nueva centrifiigacibn
pero ahora a velocidadmayor, Sila macromoléculabuscada queda enelsnbrenadante
sepuede repetir el procedimiento a velocidad mayor aún. La lógica delprocedimiento
consiste en ir eliminando los componentescelularesquenoson de interésy ohtener
una preparación en lacual la concenkación de lamacromoléculabuscada sea cada vez
mayor.
Otra variante del método permite obtener mejores resultados. Si a la soluciún
dondeva a centrifugarseseleañadeuna molécula pequeña de rápida difusión,comoel
CsCl o la sacarosa, ésta sedistribuye en el tubo y crea un gradiente de densidad. En
esascondicionesloscomponentes iiiacromoleculares del homogenato semoverán en
el tubo de centrífuga hasta qne su densidad coincida con la delmedio. Moléciilascon
diferentedensidad seequilibrarán en diferentes posicionesysepueden obtener con el
sencilloprocedimiento de perforar el fondo deltubo y recoger pequeñas alícuotas de
la solución.
142 fMnqairrPnca Mádicn

17. de esperar que sólo con el empleo de la ultracentrifugación no se logre la
puficación total de lamacromolécula y serecurre entoncesa la cromatografía.
En lacromatografia,lafracciónobtenida por ultracentrifugación, quecontienela
macromolécula, se adsorbe sobre un sólido embebido en un solvente adecuado y
,empaquetado» en un cilindro de vidrio de manera que se forme una columna. El
&do empleado,lalongihidyeldiámetro delacolumnadependendelamacromolécula
quese purificar. Una vez depositadalamuestra en la columna sehace pasar
soluciónapropiada para separar loscomponentesde lamezcla.Esteprocedimieo-- -
to recibe elnombre deelusióny allíquido que salede lacolumna se leda elnombre de
&ato. Pequeñas alícuotas del eluato se van recolectando en tubos de ensayo, de
manera que al finalizar, se pueden tener varias docenas de estos tubos. Un registro
general, como puede ser la absorción luminosa en determinada longitud de onda,
indica dónde se encuentran las macromoléculas del mismo tipo de la que se está
purificando. Si los resultados son llevados a una gráfica se obtiene una curva con
vanos picos(Fig. 9.131.
Fracción del civaiu
Fig. 9.13. Cromatografia. En a), a In irquierda se vc una columna que eontienc un soporte sólido
sobre el cual se ha colocado una solución que contiene varios componentes. Ir.1 tubo está
conectado a un recipiente que contiene una siiluribn para la elusión. A medida que el
liquido del recipiente superior pasa a trav& dc lii coliimna arraslra consigo los componentes
de la mezcla, a vciacidades diferentes, can lo cual Fe logra sir scpararibn. En b) se miicstra
la gráfica formada por varias picos, la que sc obtiene cuando sc determina la concentración
de mocramoléculas en cada fraicUn del elunto. Un método específico permitirá identificar
en cuál de esos picos se encuentra la niarromolécula que se trata de purificar.
Es necesario entonces utilizar el método de identificación de la macromolécula
Para determinaren cuálesdeloshibasseencuentra,pues casisiempreesenmásdeuno.
Loselnatosquecontienenlamacromolécula pueden reunirseen uno soloy realizarun
nuevoprocedimiento cromatográfico,variando elsólido empleado y las condiciones
de elusión.

18. Fig. 9.14. Electroforesis. Sohre un soporte
sólido se coloca la mezcla dc va-
rios componentes. El soporte está
en contacto ron 2 cubetac, donde
sc ha depositado una solución hu-
Rer para mantener d pH constan-
te. En cada cubeta está sumergido
un electrodo.Alaplicar la corriente
eléctrica los componentes de la
nlezrla se niueven según la inten-
sidad de su carga eléctrica, y pur-
den separarse ronio se muestra en
la parte inferior de ¡u.figura.
La electroforesis es parecida a la cromatografía,también la mezcla se adsorbe
sobre un soporte que en este caso es un gel en contacto con un bufferde pH fijo. La
fuerzaquehacemover Iss partículas esun campoeléctricogenerado por una fuentede
poder, conectadoa través de electrodos que están colocadosen losextremosdel gel.
Este procedimiento puede ser empleado en la separación de macromoléculas.
porque las proteínas, losácidosnucleicosy lospolisacáridos poseen grupos químicos
ionizables queles conceden carga eléctrica. Estas técnicas están muy desarrolladas
para las proteínas y los ácidos nucleicos. La movilidad de las moléculas varía
inversamente con su masa molecular ydirectamentecon su carga eléctrica neta.
Los gelesmás usadossonlosde agar,almidón,poliacrilamida y agarosa en depen-
denciadela macromoléculaquesedebe purificar.Paralocalizar lasmoléculas,elgel se
tiñe con algún reactivo específicoque dé coloración visihleosea transiluminado con
luzultravioleta. Despuésderevelar la electroforesisexisten vanas bandas queindican
la posiciónde un númeroigual demacromolécnlas en la soluciónde partida. Hay que
emplear entonceselmétodo dedeterminación específicopara la macromolécula bus-
cada (Fig. 9.14).
En muchas ocasioneslas macromoléculasseobtienenen forma desolucionesmuy
diluidas y es necesario concentrarlas; para ello existen equipos especiales de
ultrafiltración opuede recurrirse a la diálisis,comoya fuedescrito.Para conservar la
macromolécula purificada se puede aplicar elproceso de liofilización.
Criteriosde pureza
Una veztenninado elprocedimiento depurificaciónhay quetenerla certeza dela
pureza dela macromoléculaobtenida; para ellopueden emplearselosmismosprocedi-
mientosya descritos de purificación, pero en todos los casossedeben obtener resulta-
dos que confirmen que la macromolécnla está pura. Por ejemplo, en la
ultracentrifugación con gradiente dedensidad sedebe obteneruna solabanda con una
densidad precisa; en la cromatografíasedebeobtener un picoúnico,y una solabanda
en la electroforesis, asícomo de igual forma en todos los procedimientos realizados.
No existe un criterio de pureza mejor que los demás, sólola utilización de varios de
ellospuede llevar a la certidumbre de los resultados.
Caracterizar la macromolécula significadescribir suspropiedades más sobresa-
lientes. Unodelosprimeros pasos esla determinación del peso molecular,que puede
hacerse por ultracentrifugaciónanalítica opor métodos especialesde electroforesis.
144 M@dicr

19. ~ ~ ~ ~ u é ssepasa al estudio de la estructura tridimensional. Para el estudiode la
seutilizanvariosprocedimientosquesondiferentespara cadatipo
demacromolécula y que seránestudiadosen loscapítulos correspondientes. En rela-
,idn con la estructura tridimensional se utilizan métodos de espectroscopia y, por
a h o ,ladifracciónderayosX olaresonanciamagnéticanuclear queaportanelemen-
tossuficientespara elconocimientode la organización espacialde la macromolécula.
Esconvenientela construcción de un modelode la macromolécula para compa-
rarloconlosdatos obtenidos, deformaquesetengauna ideacada vezmás aproximada
de laestructura tridimensional de la macromolécula purificada. En estemomento se
puedeintentarlacorrela~iÓnentrelaestructura ylafuncióndelamacromolécula,para
elloesnecesariola realización de otroconjunto de procedimientos queevidencienlos
aspectosfuncionales.No eselmomentodedescribir esosprocedimientos; muchos de
ellosserán estudiados en otros capítulos.
Una incógnita
Una pregunta que siempre se han hecho los investigadores es jpor qué Ias
macromoléculassontan grandes?
Una primera respuesta tienequever con un aspectofisicodelproblema. Losseres
vivosestánformadospor célulasseparadas desuentornopor una membrana a travésde
lacual seestablececonstantementeun flujodeagua. Este flujoestágobernado por la
presión osmótica en ambos lados de la membrana y, a su vez, la presión osmótica
dependedelnúmero de partículasdisueltas.Una macromolécula por muy grandeque
seaesuna partícula ypor tantoejerce una presiónosmótica mínima; sinembargo,ella
puede contener miles de precursores unidos, cada uno de los cuales si estuvieran
independientessewmportarían comouna partícula y generarían una presión osmótica
elevada,por ejemplo,una molécula de glocógenopuede contener unidas 3000molé-
culasde glucosa;de no estar unidas las moléculasde glucosagenerarían una presión
osmótica3000vecessuperioral glucógenoque lascontiene a todas. De esta forma las
macromoléculascontribuyen a regular elflujode agua entrela célula y su entorno.
Otroaspectotienequever con la formadefuncionar deestasmoléculas. El meca-
nismobásicoeselreconocimientomolecular.Lasproteínas,por ejemplo,para crear un
sitiodereconocimientorequieren dela participación de no menosde 22aminoácidos;
para mantener en posicionesespacialeshien definidas a esosaminoácidosserequiere
el concurso de otros muchos. Si se tiene en cuenta que una misma proteína puede
poseervarios sitiosde reconocimientos,entoncesseentenderá por quéson necesarios
tantos precursores en su estructura. Por otra parte el ADN para codificaruno de los
rwJnoácidos de una proteína necesita de 3nucleótidos, lo cual significaque para un
sitiode reconocimiento requiere al menos 66,pero el ADN tamhién requiere de se-
cuenciasespecíficasde nucleótidos que funcionan comoseñales que indican lospun-
tos donde comienza y donde termina la síntesis de los ARN, así como de motivos
estructuralesquesirven delugar de unión para proteínas quecontrolansu actividad.
Igualsucedecon otrasmoléculasinformacionalescomolosARN. En resumen queson
lascaracterísticas tridimensionales y multifuncionaleslas quecondicionan el tamaño
quetienen estas moléculas,funciones queal no ser necesarias en loscuerpos carentes
de vida hacen que las macromoléculas sean componentes exclusivos de los seres
vivos.
Resumen
El aspeciom&Fs o b d e n t e en la composición de los seres vivos esla existen-
cia de las macromoléculas; éstas presentan una estructura tridimensional muy
compleja que, a primera vista, parece inaccesible al entendimiento humano. Las
thiras experimentales aplicadasa su estudio en las Últimas décadas han hecho

20. posible idenüticar algunas regularidades en su organización estructural,lo que se
ha denominadoprincipio de organización de las macromolénilas.
Todas las biomammoléculas presentan una masa molecular elevada que se
evidenciapor su bqja velocidad de difusión,su imposibiüdadde di&¡¡, poder de
sedimentación al aumentar el ampo gravitacionaly ser visible por métodosópti-
cos wmo el microscopioelectróniw. Todas ellas se forman por la polimerización
de precursores de la misma clase, mediante un enlace covalente que crea un eje
covalente principal, con una estruetura monótona que diferencia una
mammolécula de otra.
Por otraparte lavariedad delosprenirsores c muna zona dediversidadque
diferencia a una macromolénila de otra del mismo tipo. Los diferentes procedi-
mientos de hidróllsis pueden separar los precursor& comprobando el &cter
polimérico y el uniforme. Las macromoleeulas presentan estruchu9s espaciales
que, si se forman por interacciones entre los elementos de la zona monótona,
tienden a adoptar formas regulares con patrones bien establecidos como los
plegarnientos ylashélices,pero, si dependende la zona variable,tiendena hacerse
irregulares y conñeren a la macromolécula una estructura tridimeosional única.
Losexperimentosde desnaturaüzación y renaturaüzación wnñrman que en
la mayoría de los casos la estructura tndimensional está determinada por la es-
tructura primaria. A estos niveles estructurales está asociada la información
moleeular, que puede ser de tipo secuenaal o conformacional,esia última, opera
mediante el mecanismo del reeooocimiento molenilar. Las macromolénilas tien-
den a agregarse formandoestructuras supramacromolecularesde una gran com-
plejidad, lo que permite la realización de funcionesmuy especializadas.
Para el estudio de las mammoléculas se emplean numerosos métodos, que
consistenen la obtención deun hornogenatoa partir deun material biológico, que
despuéssevafraccionandopor ulíracentrifngación,cmmatograñay electmforesis
hasta tener la macmmoléeula en estadode pureza La caracterizaciónestructural
comienzaconladeterminacióndelpeso molecular,seguidadelestudiodelaestruc-
tura primarla y de la organización iridimensional.La wnstrueeión de modelos a
partir de los datos experimentalespermite aproximarse cada vez más a la estruc-
tura real de la macmmoléeulay comenzar la correlaciónentre la estructura y la
función.
La organizaciónmolenilar en forma demacromoléfulasleproporciona a los
seresvivosdeterminadas ventajascomo: la regulación delflujodeLíquidosentreel
organismo y el entorno, así como la realización de funciones múltiples que wn
estructuras mássimplesno selograrían.
Ejercicios
1.¿Enquéordendemagnitudseencuentrael pesomolecular delasmacromoléculas?
2. ;Qué significaque las macromoléculastienen carácter polimérico? ¿Cuál es la
importancia deesecarácter?
3. ¿Por quésedicequela5niacromoléculastienencarácterunifornie?
4. ¿,cómopueden demostrarse experimentalmente los caracteres poliinérico y
uniforme?
5. Una estructura biológicaestá compuestade2 subunidadesde8Sy 14S,respecti-
vamente. ¿,Alcentrifugar la partícula completadebeobtenerseun coeficientede
sedimentación de22 S?Expliquesu respuesta.
6. ¿Por quécreeusted quecomoregla,lasmacromoléculasbiológicasno presentan
ramüicacioues?
7. ¿En quéconsistela informaciónmolecular y cuálessonsusformasprincipales?

21. 8.¿Pudierauna niacromoléculaqueno tenga informaciúnsecueiicialposeerinforma-
ción conformacional? :.Sería válido igualmente el casocontrario?
9. ¿En qué consiste el fenómeno de reconocimiento niolecular? ;Con cuáles de los
tiposde inforniación molecular está vinculadodirectamente?
10.La tendencia a la agregaciún es unacaracterística general de las macromoléculas.
¿La existenciade las nucleoproteínas, glicoproteinas y lipoproteíiias no contradi-
ceelcarácter uniforme de las macromoléculas?Expliquesu respuesta.
11.Si usted desea purificar una macroinolécula, cuálesson los requisitos previos que
debeconocer antes decomenzar el procedimiento.
12.En los3capítulos que siguen se estudian en detallelasniacromoléculas. Cuando
estudie cada uno de ellos diseñe un procedimiento para la purificaciún de una
proteína,de un ácido nucleicoy de un polisacárido.