Aminoácidos

Entre los esteroles más usados en cosmética están el colesterol y el lanoesterol. Ambos esteroles se extraen de la lanolina.

Colesterol.

El colesterol es un estabilizante de emulsiones y uno de los integrantes de los lípidos del estrato córneo. Se encuentra asociado a fosfolípidos en las membranas celulares y en los liposomas. Los liposomas son un vehículo para el transporte de principios activos y, además, aportan fosfolípidos y colesterol a la piel. También se emplean en cosmética la prasterona o DHEA (el nombre INCI es Prasterone), usado como acondicionador de la piel, y los fitoesteroles. Los fitoesteroles son esteroles de origen vegetal. La cadena hidrocarbonada de los fitoesteroles posee un doble enlace entre átomos de carbono. Por acción de la luz ultravioleta sobre uno de los fitoesteroles, el ergosterol, de obtiene vitamina D2 (calciferol).

Asociación de las moléculas de fosfolípidos y colesterol en las membranas celulares y liposomas.

Prasterona (DHEA).

AMINOÁCIDOS

Los aminoácidos contienen en sus moléculas a los grupos amino (NH2) y carboxilo (COOH). En las moléculas de los denominados alfa-aminoácidos, los más importantes desde el punto de vista biológico, el grupo amino está unido al segundo átomo de carbono de la cadena carbonada del ácido, al que se denomina carbono alfa.

Fórmula general de los a -aminoácidos.

El aminoácido más sencillo es la glicina (del griego glykys, dulce), en cuya molécula “R” es un átomo de hidrógeno.

Glicina.

El grupo orgánico "R" unido al carbono alfa puede ser una cadena hidrocarbonada, un anillo bencénico, una cadena hidrocarbonada con un grupo hidroxilo, con átomos de azufre o con un grupo carboxilo o amido. En la figura siguiente se dan las fórmulas de algunos alfa-aminoácidos.

Fórmulas químicas de algunos a-aminoácidos.

En solución acuosa, las moléculas de los aminoácidos se encuentran ionizadas, al mismo tiempo, con cargas eléctricas positiva y negativa. Estas cargas se originan en la disociación del grupo carboxilo, que se transforma en el anión carboxilato y un catión hidrógeno, que migra hacia el grupo amino, con lo que adquiere una carga positiva.

Forma ionizada de la glicina.

Cuando disponen de los nutrientes necesarios, las células humanas y de otros animales pueden producir la mayor parte de los aminoácidos de importancia biológica. Los aminoácidos que no se pueden sintetizar en el organismo se denominan aminoácidos esenciales y se deben incorporar en la dieta. Entre los aminoácidos esenciales para el hombre están la leucina, la isoleucina, la lisina, la metionina, la fenilalanina, la treonina, el triptófano, la valina, la histidina, y, en los niños, la arginina.

Péptidos y proteínas

Si el grupo amino de la molécula de un aminoácido se combina con el grupo carboxilo de otra molécula de aminoácido se produce la unión de ambas moléculas a través de un enlace al que se lo conoce como unión peptídica. En esta reacción se unen un hidroxilo del grupo carboxilo de una molécula de aminoácido con un átomo de hidrógeno unidos al átomo de nitrógeno de la otra molécula de aminoácido, formando agua.

Formación de la unión peptídica.

Al producto formado por la condensación de dos moléculas de aminoácidos, que pueden ser iguales o diferentes, se lo denomina dipéptido.

Formación del dipéptido glicilglicina.

Por una reacción similar, el dipéptido formado se transforma en un tripéptido cuando se condensa con otra molécula de un aminoácido. Para algunos autores, al producto formado por la unión de hasta diez moléculas de aminoácidos se denomina péptido. Si la cadena se formó a partir de más de diez moléculas de aminoácidos, al producto se lo denomina polipéptido. A esta última categoría pertenecen las proteínas. Otros autores denominan péptidos a todos los productos formados por la unión de moléculas de aminoácidos, sin importar su cantidad. Al péptido formado por condensación de dos a diez moléculas de aminoácidos lo denominan oligopéptido (del griego olígos, poco); al producido en la reacción de diez a unas cincuenta moléculas de aminoácidos lo llaman polipéptido (del griego polys, mucho); y si reaccionan más de cincuenta moléculas, proteína o macropéptido (del griego makrós, grande). La palabra péptido proviene del latín pepticus, que significa digestión, ya que durante la digestión de las proteínas se producen estas sustancias, las que finalmente son descompuestas en aminoácidos. Una forma simplificada de escribir las secuencias de los residuos o restos de aminoácidos que forman los péptidos es empleando abreviaturas, generalmente formadas por tres letras, para designar a los aminoácidos. Los residuos o restos de los aminoácidos presentes en los péptidos son las partes de los mismos que quedaron después de las reacciones de condensación. Las abreviaturas empleadas para los principales restos de alfa-aminoácidos son:

Ácido aspártico Asp Isoleucina Ileu Ácido glutámico Glu Leucina Leu Alanina Ala Lisina Lys Arginina Arg Metionina Met Asparagina Asn Prolina Pro Cisteína Cys Serina Ser Fenilalanina Phe Tirosina Tyr Glicina Gly Treonina Thr Glutamina Gln Triptófano Trp Hidroxiprolina Hypro Valina Val Histidina His

Las distintas proteínas se diferencian entre sí en el número, tipos y disposición de los aminoácidos que contienen.

Estructuras de las proteínas

En las proteínas se distinguen cuatro tipos de estructuras o niveles de organización, a las que se denominan primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria.

Estructura primaria

La estructura primaria está dada por la secuencia de los restos de aminoácidos, que está especificada en la información contenida en los genes. En la figura siguiente se detalla la estructura primaria de una proteína conocida como factor de crecimiento nervioso. Los números corresponden a la numeración de los restos de aminoácidos, 118 en total.

Estructura primaria de la proteína denominada factor de crecimiento nervioso.

El colágeno, la proteína más abundante del organismo, posee una estructura primaria muy particular, ya que contiene una elevada proporción de restos de los aminoácidos glicina y prolina. Uno de cada tres restos de aminoácidos de esta proteína es de glicina y uno de cada cuatro es de prolina. El más mínimo cambio de la estructura primaria altera las propiedades biológicas de las proteínas. Así, por ejemplo, la sustitución, en cierta parte de la molécula de hemoglobina, del ácido glutámico por valina, cambia la estructura de esta proteína y las propiedades de los glóbulos rojos, lo que se traduce en un tipo de anemia.

Estructura secundaria

La estructura secundaria de las proteínas está dada por la disposición en el espacio de los átomos que la componen. Un tipo de estructura secundaria es la denominada hélice alfa, que se presenta en la queratina, entre otras proteínas. En las proteínas que adoptan esta estructura la cadena se enrolla sobre un eje central. Este tipo de estructura es una consecuencia de la formación de uniones puente hidrógeno. Cada puente hidrógeno se produce entre un átomo de oxígeno del residuo de un grupo carboxilo (que es un grupo carbonilo) y un átomo de hidrógeno del residuo de un grupo amino. El colágeno posee una estructura secundaria casi exclusiva en la cual las cadenas polipeptídicas se enrollan en hélices más extendidas que la alfa-hélice, de forma tal que tres de estas cadenas enrolla-

das se asocian para formar una superhélice. Las tres hélices se envuelven en forma apretada sobre un eje central en forma similar a las hebras que componen una soga. Otro tipo de estructura secundaria es la lámina beta, en la cual se presentan estructuras laminares que presentan un plegamiento en zigzag.

Estructura de la hélice alfa. Los círculos pequeños representan átomos de hidrógeno y las líneas punteadas a las uniones puente hidrógeno.

Estructura laminar plegada beta.

Estructura terciaria

La estructura terciaria de las proteínas está dada por la forma en que se dobla y enrosca la cadena polipeptídica. Esta estructura tridimensional depende de las interacciones que se producen entre las cadenas laterales pertenecientes a la misma cadena polipeptídica. Estas interacciones pueden ser uniones puente hidrógeno, atracción eléctrica entre cadenas conteniendo grupos iónicos con cargas de signo opuesto, atracción entre los grupos no polares y, finalmente, formación de puentes disulfuro (–S–S–) entre los átomos de azufre de dos residuos de cisteína.

Fórmula de la cisteína.

Puente disulfuro entre dos residuos de cisteína.

De acuerdo con el tipo de estructura terciaria, las proteínas se clasifican en fibrosas y globulares. En las proteínas fibrosas, la conformación espacial está dada por la estructura secundaria. Toda la molécula puede disponerse en hélice o en lámina plegada. Las principales proteínas fibrosas son la queratina, el colágeno y las elastinas. En las proteínas globulares, además de las estructuras en hélice o en lámina plegada, existen otras interacciones, tales como los puentes disulfuro, que hacen que la molécula adopte una forma aproximadamente esférica.

Representación en forma de cinta de la estructura terciaria de una proteína globular.

Estructura cuaternaria

Las proteínas que están formadas por dos o más cadenas de polipéptidos presentan, además, una estructura cuaternaria. Así, por ejemplo, la hemoglobina posee este tipo de estructura, ya que está formada por cuatro polipéptidos.

Estructura cuaternaria de la hemoglobina, proteína formada por cuatro polipéptidos.

Desnaturalización de las proteínas

Cuando las proteínas son sometidas a la acción de ciertos agentes físicos, tales como el calor y las radiaciones ionizantes, o químicos, como los ácidos, las bases y ciertos solventes orgánicos, pueden sufrir cambios en su conformación. Estos cambios llevan a la pérdida de las propiedades y funciones de las proteínas en el organismo. A este proceso se lo denomina desnaturalización de las proteínas. El endurecimiento de la clara del huevo por acción del calor es un ejemplo de desnaturalización producida por un agente físico. En la desnaturalización generalmente se mantiene la estructura primaria, pero se ven afectadas las restantes.

Clasificación de las proteínas

Las proteínas se clasifican en dos grupos: Proteínas simples y proteínas conjugadas. Las proteínas simples son aquellas que están formadas exclusivamente por restos de aminoácidos. También se incluyen en esta categoría a las que poseen asociadas en sus moléculas pequeñas proporciones de hidratos de carbono. Dentro de las proteínas simples se encuentran las proteínas fibrosas tales como la queratina, el colágeno y la elastina. Las moléculas de las proteínas conjugadas resultan de la asociación de una proteína simple con otro tipo de sustancia, que recibe el nombre de grupo prostético. Entre las proteínas conjugadas están las lipoproteínas, las glicoproteínas y las nucleoproteínas, en las cuales los grupos prostéticos son, respectivamente, lípidos, hidratos de carbono y ácidos nucleicos. Entre las glicoproteínas están las citoquinas, que son secretadas por células del sistema inmunitario.

Péptidos y proteínas de interés dermatológico y cosmético

Colágeno

El colágeno es la proteína más abundante en el reino animal. Es un componente estructural que otorga resistencia mecánica y forma las fibras del tejido conectivo (conjuntivo), ampliamente distribuidas en piel, huesos, tendones y cartílagos. El colágeno se sintetiza en los fibroblastos, las células más abundantes de la dermis, y forma una estructura rígida a través de esta capa de la piel. El colágeno es insoluble en agua, pero sometido a ebullición en agua se hidroliza, transformándose en gelatina, que es soluble. Hay distintos tipos de colágenos, pero en todos, la glicina es el principal constituyente, a la que le siguen la prolina, alanina e hidroxiprolina.

Cada molécula de colágeno está formada por tres cadenas polipeptídicas arrolladas entre sí formando un cordón, triple hélice o superhélice. Las tres cadenas polipeptídicas tienen la misma longitud y están formadas por unos 1.000 restos de aminoácidos. Cada cadena polipeptídica tiene una estructura helicoidal. Como consecuencia del alto contenido de prolina e hidroxiprolina, estas cadenas son rígidas.

Prolina.

Hidroxiprolina. La triple hélice se estabiliza por la presencia de uniones puente hidrógeno y uniones covalentes entre las cadenas que la forman y entre cadenas de superhélices adyacentes. Estos enlaces covalentes y la estructura compacta de la superhélice son responsables de la poca capacidad de estiramiento que tienen las fibras de colágeno. La cantidad de enlaces covalentes aumenta con la edad, por lo que las fibrillas de colágeno se tornan más rígidas y frágiles, con lo que se alteran las propiedades mecánicas de los tendones y cartílagos.

Elastina

La elastina es otro componente importante del tejido conectivo. A diferencia del colágeno, las fibras de elastina tienen una gran elasticidad y, por lo tanto, pueden estirarse para luego recuperar su longitud original. Por esta particularidad, la elastina es responsable de la elasticidad de la piel. Las fibras de elastina están formadas por subunidades a las que se denomina tropoelastina, que están formadas por 200 restos de aminoácidos, de los cuales los más abundantes son la glicina, la alanina y la lisina. Contribuye a la elasticidad el bajo contenido de prolina que posee esta proteína. La elastina, al igual que el colágeno, es sintetizada por los fibroblastos de la dermis.

Péptidos sintéticos que actúan en forma similar a la toxina botulínica

El acetil hexapéptido-3 un péptido sintético formado por residuos de arginina, metionina y ácido glutámico acetilado. El nombre INCI es Acetyl Hexapeptide-3 y el comercial Argireline. El acetil glutamil heptapéptido-1 (nombre INCI: Acetyl Glutamyl Heptapeptide-1) es el producto de reacción del ácido acético, glutamina y un péptido sintético que contiene metionina, arginina, alanina y ácido aspártico. Su nombre comercial es SNAP-8. El acetil glutamil hexapéptido-1 (nombre INCI: Acetyl Glutamyl Hexapeptide-1) es el producto de reacción del ácido acético, glutamina y un péptido sintético que contiene metionina, arginina y alanina. Su nombre comercial es SNAP-7.