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CHITIN, CHITOSAN Y GLUCOSAMINE:
INGREDIENTES VALIOSOS
DE SUBPRODUCTOS DE MARISCO
EL RESUMEN
Los polímeros naturales, Chitin y Chitosan (derivado de Chitin) son
producidos comercialmente del camarón de subproducto y esqueleto de
cangrejo y tienen actualmente los centenares de aplicaciones de
consumidor. Los mercados mundiales mayores son 1) nutraceuticals y
suplementos dietéticos, 2) el tratamiento de efluentes, 3) la agricultura,
4) cosméticos, 5) médico y 6) alimento. Por favor vea
la Información en Español
Otros mercados de potencial incluyen coatings de papel, drogas, y
fijación de tinte de textil. El Mercado del mundo para Chitin y productos
de Chitosan en 1999 fue estimado por varias fuentes para ser 17085
toneladas métricas en un valor mediano de $15000 por tonelada métrica.
Esto traduce a un mercado estimado del mundo de $255 millones. Glucosamine,
un producto derivado de Chitin, se vende en el mercado de "nutraceutical"
de alimentos naturales suplemento como dietético para el tratamiento del
dolor artrítica, tiene un mercado estimado de mundo de $392 millones.
La Carne (CSM) del Esqueleto del crustáceo
Un subproducto del aislamiento de carne de crustáceos (camarón, el
cangrejo, las langostas) son compuestos principalmente de Chitin, la
proteína y los minerales (sales de calcio) y el pigmento rojizo llamado
astaxanthin. Estos "mojó" los esqueletos de subproducto se pueden procesar
en Chitin directamente o secados y el suelo en CSM. Los usos de CSM
incluyen añadiduras para enmiendas animales de comida y tierra y cuando
molió en un polvo fino, es ideal para la inyección por sistemas de
irrigación.
Chitin
Por la eliminación de proteínas y mineral del esqueleto mojado o el
esqueleto (CSM) secado, Chitin se recupera como un mojado/seca el
producto. Chitin es un polímero alto molecular del peso hecho del
glucosamine (GlcNAc) de azúcar N Acetyl D que repite. Desde que Chitin se
ha purificado del esqueleto, sus usos llegan a ser más definido y
selectivo. Chitin es insoluble es la mayoría de los solventes comunes
inclusive agua y así es la mayoría del a menudo convertido en derivados o
Chitosan, ambos de que se pueden disolver en o agua o ácidos acuosos. Los
usos mayores de Chitin son la producción de Chitosan y glucosamine.
Chitosan
Este producto que tiene muchos usos es producido del chitin por el
tratamiento quimico para quitar acetyl N agrupa el ácido como acético.
Chitosan, es esencialmente un polímero de repetir los grupos de azúcar de
glucosamine, son un cationico (positivamente carga) polímero. Muchos de
sus usos en cosméticos, la purificación de agua, la recuperación del
desecho, el alimento, medicina y agricultura, utilizan su naturaleza de
cationica para adherirse a superficies negativamente cargadas tal como
piel, el cabello, etc.
VF-1: Chitin, azúcares de chitin, vitamina A y E, minerales: Calcio,
hierro, manganeso, aceites vegetales naturales.
FUENTE: Dr. Hideo Kato,
Director del Japan International Friendship General Hospital
Dr.Nobuhide Hoashi, Atlanta - Georgia :
International Commission of Natural.Science
INTRODUCCION
La Quitina es la sustancia orgánica más abundante en la naturaleza,
después de la celulosa, y, tal vez, la menos conocida. Se encuentra en la
coraza de camarones, cangrejos y otros crustáceos, en el fino manto del
plancton, en el exo-esqueleto de los insectos, en el cartílago del calamar
y en las membranas celulares de algunos hongos. La Quitina constituye el
principal precursor de la Quitosana, que se obtiene al tratar la Quitina
con reactivos que permiten reducir su peso molecular y con esto buscar
solubilidad en ácidos orgánicos, substancias como la sangre, y en otros
líquidos que configuran la fisiología del cuerpo.
Esta condición singular permite utilizarlas en un extenso abanico de
aplicaciones que va desde los usos industriales y ambientales hasta su
empleo en la medicina, con excelentes resultados en la cura de Diabetes,
Colesterol y Triglicéridos altos, Hipertensión, Asma y afecciones de las
vías respiratorias, Artritis y otras enfermedades reumáticas, enfermedades
del Hígado, Disfunciones de la menopausia, Menstruaciones anormales,
Ulcera péptica, Gastritis, Obesidad, Migraña, entre otras.
La Quitina fue descubierta en 1811 por Henry Branconot y poco después en
1823, por E. Odier. Sin embargo, ninguno alcanzó siquiera a imaginarse las
asombrosas propiedades de esta substancia y sus derivados ni el enorme
espectro de sus aplicaciones. De lo contrario estarían reclamando, hoy, el
Premio Nobel de Biología. Sólo con el desarrollo de la química a
principios del siglo XX, los químicos Emil Fischer (1903), Paul Karrer
(1929) y Walter Hawort (1939) lograron avanzar en la obtención de la
Quitina. Pero, apenas a finales del mismo siglo, a través de una intensa
investigación científica, ante todo en Europa y el Japón, se ha logrado
conocer a fondo las poderosas cualidades de la Quitina y la Quitosana
hacia arriba
CHITIN: UN PRODUCTO NATURAL PARA EL SIGLO XXI
1. Dr. Sam Hudson, profesor asociado de química polímera de la
Universidad del Estado de Carolina del Norte, un centro académico asociado
en la investigación acerca del chitin dice que los investigadores están
muy lejos de la cantidad de productos que pueden ser hechos a partir del
chitin y de sus derivados.
2. El chitin es un polisacárido relacionado químicamente a la celulosa,
que forma una sustancia semitransparente y callosa, siendo el principal
constituyente de la cáscara de los insectos, crustáceos y arácnidos -
Randon House Unabridged Dictionary.
3. Chitin no es exactamente una palabra familiar, pero para mucha gente sí
lo será su fuente. Se encuentra naturalmente en la cáscara de los
crustáceos, como el cangrejo, camarón y gambas, además de en el
exoesqueleto del zoo-placton marino, incluyendo corales y medusas. Los
insectos como las mariposas y las mariquitas tienen chitin en sus alas;
así como en las paredes de las células de la levadura, setas y otros
hongos contienen esta sustancia natural.
4. El chitin es uno de los tres polisacáridos más abundantes en la
naturaleza junto con la celulosa y la fécula.
5. La celulosa y la fécula son carbohidratos utilizados por las plantas
como fuente de alimentación y constituyen las paredes celulares. Ellos son
utilizados para la industria, de la misma manera, investigadores ven un
potencial similar para el chitin.
6. Químicamente la celulosa, la fécula y el chitin son polisacáridos -
polímeros, o secuencias largas de moléculas, formadas por pequeñísimas
moléculas de azúcar unidas, como perlas en cadena. El chitin puede ser
tratado para convertirlo en derivados, uno de los más conocidos es el
chitosan, el cual se forma cuando el chitin es calentado con una solución
química.
7. Tanto el chitin como sus derivados tienen una serie de propiedades que
los hacen muy atractivos por su gran variedad de aplicaciones, desde el
alimento, la nutrición ó la cosmética, hasta la biomedicina, agricultura y
medio ambiente. Sus propiedades antibacteriales y antivirales están muy
indicadas para las aplicaciones de la medicina biológica, en la cura de
heridas, suturas y como ayuda en las operaciones de cataratas y
tratamiento de las enfermedades periódicas. Los investigadores han podido
comprobar que tanto el chitin como sus derivados no son tóxicos ni
producen alergias, por lo que el organismo humano no produce ningún
rechazo hacia estos componentes. El chitin es totalmente biodegradable y
por sus aplicaciones antihongos está muy recomendado para la agricultura y
el medio ambiente.
8. A diferencia de otros polisacáridos, el chitosan derivado del chitin,
posee una fuerte carga positiva lo cual le permite neutralizar la carga
negativa de las superficies de la cara y del cabello. Son ya muchos los
estudios que indican que la carga del chitosan ayuda a diluir las grasas,
el colesterol y los coágulos que se puedan formar en la sangre.
9. Durante la pasada década, investigadores de Japón, EEUU y Europa han
comprobado que el chitin y sus derivados poseen numerosas aplicaciones en
el campo de la medicina. Los investigadores lo han enfocado como alimento.
Hoy en día hay varios millones de personas de todo el mundo consumen de
forma habitual el chitin como un suplemento alimenticio.
10. Las actuales y potenciales aplicaciones del chitin y sus derivados en
el campo de la biomedicina, nutrición, procesos alimenticios,
farmacología, microbiología y cosmética son enormes y exitosas. Más de
1.000 investigaciones han sido publicadas sobre el chitin y sus derivados.
También son muchos los terapéutas en Japón y EEUU, junto con otros en todo
el mundo, que han incorporado a sus tratamientos esta sustancia y sus
derivados. El chitin tiene un seguimiento internacional : científicos de
docenas de países, incluyendo Japón, EEUU y Rusia, cada tres años
presentan en congresos las nuevas investigaciones acerca del chitin y sus
derivados.
Cada vez más, este componente natural, se está introduciendo fuertemente
en campos como el de la biomedicina, nutrición e industrias alimentarias.
Cada vez se descubren nuevas ventajas, derivadas de sus aplicaciones como
alimento funcional complementario. Se estima que el gran desarrollo y la
rapidez con que se extiende y se acepta como complemento alimentario, hará
pronto de él un alimento imprescindible en la dieta diaria de la mayor
parte de la población humana.
La quitina y su potencial industrial
Como un escudo de alta eficiencia construido con pura química, una
sustancia que forma parte del carapazón defiende a insectos, crustáceos,
moluscos y otros seres vivos de su contacto con lo externo. La poseen en
diversa cantidad jaibas, camarones, langostas, arañas y cucarachas.
Incluso algunos hongos y algas. Se llama quitina y es un compuesto natural
con variados beneficios para el ser humano, útil en las industrias
farmacéutica, de alimentos, cosmética y de empaques.
De basura a materia prima que filtra agua contaminada, ofrece consistencia
a alimentos procesados, atrapa grasa, es antibactericida y sirve como
envoltura biodegradable, entre otros beneficios, la quitina está
involucrada en la protección de varias especies. Su nombre, derivado del
griego kítos, significa cavidad o bóveda, y el sitio en que se encuentra,
el caparazón de muchos artrópodos, también refiere su capacidad para
enfrentar a diversos agentes externos.
Después de la celulosa, es el segundo polímero más abundante en el
planeta, por lo que su utilización a gran escala en México es muy
prometedora, como lo ha sido en Japón, en donde alrededor de 250 empresas
explotan la quitina.
Una investigadora de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), la
maestra en ciencias Patricia Miranda Castro, estudia desde hace siete años
la quitina y su principal derivado, el quitosán. En el Laboratorio de
Biotecnología de la Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán (FES-C),
esta química farmacobióloga ha logrado una metodología propia para extraer
la quitina y el quitosán del camarón, utilizando caparazones y cabezas de
los crustáceos que para la industria pesquera son desechos.
"México es el séptimo productor de camarón en el mundo, así que muchas
toneladas de cabezas del crustáceo regresan al mar cada año, y grandes
cantidades de caparazones se tiran día a día en las marisquerías de todo
el país. Nos parece interesante sumarnos a un proceso en donde la
sustancia que buscamos está en lo que otros consideran basura", explica la
maestra Miranda, quien en su laboratorio ha ensayado durante varios años
una forma eficiente para obtener la quitina.
La patente de esta metodología para la extracción, obtención y
purificación de la quitina y el quitosán está en trámite ante el Instituto
Mexicano de Propiedad Industrial y de otorgarse la UNAM podrá realizar
transferencias tecnológicas con este producto de origen natural.
Las cualidades del quitosán
El quitosán es soluble en agua acidificada. Esta solubilidad y su
viscosidad (que puede hacerse más espesa o más ligera, según se requiera)
son características que lo hacen aplicable a usos variados, así como su
acción de "imán bioquímico", capaz de detectar sustancias nocivas. Por
ejemplo, en el estómago humano, atrapa grasas como el colesterol y los
triglicéridos, a los que conduce por el intestino capturados hasta
evacuarlos. Así que una aplicación farmacéutica lo utiliza como regulador
del peso corporal, mientras que también sirve como regulador de la presión
arterial, consecuente a la disminución de grasas.
En la industria de alimentos este derivado de la quitosina se utiliza para
dar consistencia y viscosidad a los aderezos para ensaladas y mayonesas,
mientras que en las frutas y verduras frescas sirve como un protector
antimicrobiano.
Otras aplicaciones están en la industria de los cosméticos, en donde el
quitosán se introduce en cremas humectantes, pues es una molécula que
absorbe el agua. Algunos fabricantes de shampoo lo utilizan como
ingrediente, ya que desarrolla una película que da protección y brillo al
cabello.
En la industria papelera, donde el principal insumo es la celulosa, el
quitosán sirve para fijar y dar resistencia al papel, mientras que una de
sus más prometedoras aplicaciones podría ser como plástico biodegradable,
sustituyendo al plástico tradicional derivado del petróleo, uno de los
materiales más utilizados en el mundo y más difíciles de degradarse, lo
que genera mucha contaminación.
Como material plástico alternativo, el quitosán ya ha sido sometido a
pruebas en el Laboratorio de Biotecnología de la maestra Patricia Miranda
Castro, quien desarrolló una especie de celofán a partir de esta sustancia
natural, "una envoltura que incluso podría comerse", finaliza la
especialista universitaria.
Mucho antes de que existieran los plásticos y los polímeros sintéticos,
remontándonos a los mismos orígenes de la tierra, la naturaleza se valía
de los polímeros naturales para hacer posible la vida. No pensamos en los
polímeros naturales de la misma manera que lo hacemos con los polímeros
sintéticos, porque no podemos adjudicárnoslos como maravillas de nuestra
propia ingenuidad y las compañías químicas no los pueden vender en busca
de grandes ganancias. Sin embargo, eso no hace que los polímeros naturales
sean menos importantes; de hecho, en muchos sentidos, son más importantes.
Los polímeros naturales incluyen al ARN y al ADN, vitales en genes y en
los procesos de la vida. Por cierto, el ARN mensajero es el que hace
posible la existencia de las proteínas, los péptidos y las enzimas. Las
enzimas colaboran en la química interior de los organismos vivientes y los
péptidos conforman algunos de los componentes estructurales más
interesantes de la piel, el cabello e inclusive los cuernos de los
rinocerontes. Entre otros polímeros naturales se encuentran incluidos los
polisacáridos (azúcares) y los polipéptidos como la seda, la queratina y
el cabello. El caucho natural es también un polímero natural, constituido
sólo por carbono e hidrógeno. Veamos más de cerca cada una de las
principales familias de polímeros naturales.
Polisacáridos
El ARN y el ADN contienen estructuras
poliméricas basadas en unidades de azúcares. Esto los convierte en
polisacáridos, aunque en el caso del RNA y el DNA existen grupos
perfectamente ordenados unidos a las unidades de azúcares, que les
confieren a dichos polímeros sus particularidades tan especiales.
Otra familia de polisacáridos incluye al almidón y la celulosa. El almidón
es un polisacárido de alto peso molecular. Alimentos como el pan, el maíz
y las papas se encuentran llenos de almidón. El almidón puede tener hasta
10.000 unidades de azúcar unidas entre sí. El modo en que se encuentran
enlazadas estas unidades, ya sea en forma lineal o con algunas de ellas
formando ramificaciones, determina el tipo de almidón o polisacárido (más
adelante ampliaremos detalles). Otro importante miembro de la familia de
los polisacáridos es la celulosa. Es el principal polímero constituyente
de las plantas y los árboles. La madera es principalmente celulosa. Este
polímero es distinto al almidón. (Haga clic aquí para descubrir más.) El
almidón es soluble en agua caliente y con él pueden hacerse útiles
objetos. La celulosa, por otra parte, es altamente cristalina y
prácticamente no se disuelve en nada. El algodón es una forma de celulosa
que empleamos en casi toda nuestra ropa. El hecho de que sea insoluble en
agua caliente es importante. De lo contrario, nuestra ropa se disolvería
al lavarla. La celulosa posee también otra fantástica propiedad que hace
posible que se vuelva lisa y achatada cuando la humedecemos y le pasamos
una plancha caliente por encima. Esto hace que nuestra ropa de algodón se
vea elegante (al menos por un tiempo) pero no obstante permite una fácil
limpieza cada vez que la lavamos.
hacia arriba
¡Quitina:
El Polímero de los Amantes de los Mariscos Dentro Suyo!
Otro miembro de los polisacáridos es la quitina. Constituye el caparazón
de los langostinos, camarones, cangrejos, langostas de mar y otros
crustáceos. Es rígida, insoluble... y en cierto modo flexible. Hasta ahora
no hemos logrado hacer polímeros sintéticos que posean esta maravillosa
combinación de propiedades. Tampoco hemos descubierto qué hacer con la
quitina, si bien empleamos la celulosa para un montón de aplicaciones
químicas y para fabricar papel, casas de madera, calzado de madera, etc.
Existe un gran campo de investigación acerca de los usos de la quitina
para diferentes cosas y quizás algún día podamos hacer ropas o plásticos a
partir de ella. Es un área de investigación sumamente importante desde el
momento en que se emplean polímeros naturales que provienen de deshechos o
recursos renovables. (¿Usted sabe cuántos camarones pierden anualmente sus
caparazones para nosotros?)
Químicamente la quitina es poli(N-acetilglucosamina). Aquí está su
estructura:
Aprendemos de la Naturaleza
A medida que usted vaya observando más de cerca a cada miembro de estas
familias de polímeros naturales, recuerde ésto: la naturaleza nos ganó de
mano, ¡y cómo! Uno de nuestros trabajos como científicos es averiguar cómo
la naturaleza hace un determinado trabajo, así podemos imitarla. Por
ejemplo, una vez que averiguamos por qué la seda poseía esas asombrosas
propiedades, fuimos capaces de hacer seda sintética en forma de nylons.
Aún nos queda un largo camino por recorrer, sin embargo, antes de que
podamos hacer ARN y ADN sintéticos, lo cual conducirá a la vida sintética.
Quizás nunca lleguemos a eso y sólo nos quedemos averiguando cosas que nos
conduzcan a una variedad de importantes desarrollos en polímeros
sintéticos y otras áreas, incluyendo la medicina y la bioquímica. Esto
plantea la importante cuestión de que la ciencia es como la vida. No se
relaciona sólo con una cosa, sino con un conjunto. La ciencia de polímeros
no es la única ciencia e inclusive puede no ser la ciencia más importante
(¡aunque en los negocios nos guste pensar eso!). Es una de las áreas que
nos pueden ayudar a comprender y emplear el conocimiento que obtenemos a
partir del estudio de la naturaleza. En ese sentido, desarrollamos
tecnología.
Proteínas y Polipéptidos
Las proteínas fueron los primeros ejemplos de poliamidas (una palabra
elegante para el nylon). Ambos comparten muchos rasgos en común, pero son
muy distintos en su estructura y en sus propiedades físicas. Son similares
en el sentido de que ambos contienen enlaces amida en la cadena principal.
Las amidas provienen de los ácidos carboxílicos y las aminas, a través de
la pérdida de agua. (Para más detalles, haga clic aquí.) El segmento
molecular amida es muy particular en su estructura y en las interacciones
intermoleculares. Debido a la hibridación del nitrógeno, el carbono y el
oxígeno del grupo amida, el segmento es básicamente plano.
Más importante aún, el hidrógeno unido al nitrógeno y el oxígeno del
carbonilo pueden originar una fuerte interacción denominada enlace por
puente de hidrógeno. Por esta razón, los grupos amida se unen entre sí, de
modo de formar fuertes asociaciones que le confieren propiedades inusuales
a los polímeros que los contienen. Este tipo de interacción también es
discutido en la sección de los nylons y es la similitud clave entre las
poliamidas naturales y sintéticas.
La diferencia entre cómo la naturaleza hace los nylons y cómo los hacemos
nosotros, es notable. Nosotros partimos especialmente de moléculas que
tienen muchos grupos CH2 en su estructura. La sección de los nylons
muestra las estructuras del nylon 6 y el nylon 6,6, dos de las poliamidas
sintéticas más comunes. Estas poseen cuatro, cinco, o seis grupos CH2
entre las unidades amida. La naturaleza, no obstante, es mucho más
económica, ya que eligió emplear un único átomo de carbono entre grupos
amida. Lo que la naturaleza realiza en forma diferente, es sustituir este
carbono con una gran cantidad de grupos y distintos segmentos funcionales.
Esto resulta en dos propiedades clave. En primer lugar, los segmentos
individuales y la molécula entera son ópticamente activos, o quirales.
Esto significa que son como los guantes: sólo hay una versión derecha y
una izquierda. Por alguna razón, la naturaleza eligió emplear sólo la
versión izquierda de los aminoácidos que son sintetizados por las plantas
y los animales. El hecho de que sea empleado sólo uno de los dos isómeros
conduce a algunas consecuencias estereoquímicas asombrosas. Por ejemplo,
los polipéptidos naturales pueden formar estructuras helicoidales,
mientras que los nylons no. Las conformaciones helicoidales incrementan la
estabilidad de los polipéptidos naturales. ¿Sabía usted que ciertas
bacterias pueden sobrevivir en agua caliente? Esto es porque sus polímeros
naturales han sido estabilizados por esas estructuras helicoidales. La
figura de abajo muestra una de ellas, llamada a-hélice. Los pequeños
segmentos de esas estructuras helicoidales son los que la naturaleza
emplea para moldear las enzimas en ciertas formas, de modo que puedan
realizar su magia catalítica. Por ejemplo, un segmento flexible ovillado
al azar puede estar conformado por dos segmentos a-hélice, de modo de
poder reaccionar en algún sustrato.
hacia arriba
Enzimas
Las enzimas son unos de los principales tipos de polipéptidos y son
cruciales para la vida en la tierra. Todos los organismos vivientes
emplean enzimas para hacer, modificar y cortar los polímeros que hemos
discutidos aquí. Las enzimas son catalizadores destinados a trabajos
específicos. Con gran frecuencia, cada enzima realiza sólo un tipo de
tarea o una sola clase de molécula. Esto significa que debe haber montones
de enzimas diferentes, todas constituidas por distintas combinaciones de
aminoácidos unidos de modos únicos en los polipéptidos, para realizar
todas las tareas que cualquier organismo viviente necesita. Sabemos que
cada criatura sobre la tierra posee cientos o aún miles de enzimas
diferentes para realizar lo que la misma requiere. Lo realmente extraño es
que cada una de las enzimas tiene que estar constituida por otras enzimas.
Esto conduce a mecanismos de control sumamente complicados: no tenemos ni
la más mínima idea (en la mayoría de los casos) de cómo y cuándo la
naturaleza decide qué enzimas son necesarias, ni cómo éstas son activadas
o desactivadas. Estamos comenzando a descubrirlo y el estudio de estos
sistemas constituye una importante parte de la bioquímica y la biología.
Recorriendo el Camino de la Seda
Uno de los polipéptidos exclusivos que empleamos desde los comienzos dado
a sus excelentes propiedades fue la seda. La seda fue descubierta por los
chinos, mucho antes del nacimiento de Cristo. Está constituida por
diminutas orugas tratando de hilar capullos para su transformación en
mariposas. Nosotros les robamos la seda a las orugas, lo cual las deja sin
hacer nada. La seda es hilada para formar fibras. Las agrupaciones de
delgados polímeros individuales conducen a un material más resistente.
Esta es la forma en la que hacemos sogas, por medio de débiles hebras
individuales unidas entre sí, de modo tal de que el conjunto sea flexible
y resistente. Por tratarse de un polipéptido, la estructura de las
moléculas de seda es inusual. Posee montones de glicina, un aminoácido no
sustituido. Los segmentos de glicina son capaces de formar cadenas planas
extendidas que pueden empaquetarse perfecta y apretadamente. Esto le
confiere a la seda su particular resistencia y su lustrosa flexibilidad.
Estas propiedades exclusivas, especialmente en los climas cálidos y
húmedos, hizo que la seda dominara el comercio en el oriente durante
siglos. El comercio de la seda entre China y Japón controló la economía de
las civilizaciones en esa región por mucho más tiempo del que cada país
quiere admitir. Inclusive en Estados Unidos, la seda fue importante antes
de la Segunda Guerra Mundial, para la fabricación de medias. Cuando fue
luego empleada para hacer cuerdas de paracaídas, las mujeres
norteamericanas se vieron sumamente disgustadas. Esto provocó que las
compañías químicas se pusieran a sintetizar seda artificial, el nylon,
para hacer medias de nylon y así permitir que las mujeres mantuvieran sus
pies tibios y los hombres volvieran a luchar en sus guerras.
Otra diferencia esencial entre los polipéptidos y los nylons es la forma
en la que están constituidos. Los humanos hacemos toneladas de nylons por
día en inmensas plantas químicas, donde se unen moléculas simples en
grandes cantidades, para dar productos que deseamos o necesitamos.
La naturaleza es mucho más cuidadosa y concisa en cómo hacer las cosas.
Por cada organismo viviente que fabrique una enzima, debe estar
involucrada otra enzima u otras especies activas. La síntesis siempre
involucra un patrón o un registro de cómo se unen los aminoácidos
individuales para dar el polímero final. Este patrón o mapa, es el ARN
mensajero (mARN). El mensaje que lleva, obviamente, es cómo la enzima
involucrada en la fabricación del péptido debe hacer el polipéptido.
Cada aminoácido es conducido a la enzima por una molécula portadora y es
activado para la incorporación por una diversa secuencia de reacciones. La
enzima agrega un aminoácido por vez, de acuerdo a lo indicado por el mARN.
Este es un proceso lento y tedioso, y lleva mucho tiempo. A veces la
enzima se frustra esperando el aminoácido correcto y en su lugar, coloca
uno equivocado. Para compensarlo, la enzima retrocede ocasionalmente para
verificar su trabajo. Si ha cometido un error, comienza un proceso de
remoción del aminoácido equivocado para insertar el correcto. Los humanos
nunca hacemos ésto. Si cometemos un error, simplemente rompemos todo y lo
tiramos.
Nuestras Limitadas Capacidades
Estamos comenzando a comprender cómo la naturaleza agrupa estas
moléculas y hemos encontrado la forma de hacerlo nosotros mismos. Sin
embargo, no somos muy buenos en ésto y no podemos lograr que las grandes
moléculas varíen de modo eficiente. La razón es que si cometemos un error,
arruinamos toda la molécula y no sabemos cómo repararla. El instrumento
que fue empleado para fabricar análogos sintéticos de polipéptidos se
llama "sintetizador de péptidos". Dicho instrumento está construido
alrededor de diminutas hebras de polímero que unimos al primer aminoácido
que deseamos colocar en nuestra cadena polipeptídica. (Esto se denomina
Método de Síntesis de Merrifield. El empleo de hebras poliméricas fue una
idea sumamente creativa y Robert Merrifield ganó el premio Nobel por ésto,
allá en los años '50). Podemos tomar un aminoácido activado, similar a lo
que emplea la naturaleza y unirlo por medio de un enlace amida. Repetimos
este proceso una y otra vez, tratando de que esta reacción se verifique en
todo momento, en cada molécula y en cada hebra. A veces no somos muy
afortunados y perdemos algún aminoácido. Esto quiere decir que algunos de
los polipéptidos tienen unidades faltantes, lo cual siempre conduce a
mezclas de productos buenos y malos, en los cuales los primeros pueden ser
los minoritarios. Esto empeora cuanto más grande sea el polipéptido que
estamos tratando de hacer y es uno de los principales problemas que
tenemos en la fabricación de polipéptidos. Si pudiéramos descubrir cómo
volver atrás y revisar cada una de nuestras adiciones, corrigiendo los
errores que vayamos cometiendo, quizás podríamos hacer un trabajo tan
bueno como el de la naturaleza. Quizás.
Usted probablemente se esté preguntando porqué querríamos hacer el mal
trabajo de fabricar análogos sintéticos que la naturaleza realiza tan bien
(y si no se lo está preguntando, de todos modos coopera). Existen muchas
razones, una de las cuales es simplemente descubrir cómo lo hace la
naturaleza. Otra es averiguar porqué los péptidos y las enzimas trabajan
de la forma en que lo hacen. No siempre es claro para nosotros, meros
mortales, porqué una secuencia dada de aminoácidos hace que un polipéptido
asuma una cierta forma o estructura. Estas estructuras son cruciales para
saber cómo los polipéptidos hacen el trabajo que la naturaleza les
encomendó. A veces, cuando comprendemos el modo en que la naturaleza une
estas moléculas, podemos hacer análogos sintéticos que cumplan la misma
función,
pero que sean más fáciles de fabricar. Esto ha conducido al desarrollo de
nuevas drogas y al tratamiento de algunas enfermedades genéticas. La
naturaleza también hace cosas en forma diferente a nosotros, sintetizando
polipéptidos en agua. La mayor parte de nuestras síntesis, de hecho, no
emplean agua. Sintetizamos nuestras poliamidas en tóxicos solventes
orgánicos. Esto nos ocasiona un problema: ¿qué hacemos con los solventes
orgánicos cuando terminamos la síntesis?
A veces los incineramos, pero más frecuentemente, intentamos reciclarlos.
En primer lugar, no sólo se están cotizando cada vez más caros (comparados
con la económica agua que tenemos en todas partes, o en casi todas) sino
que debemos responsabilizarnos de su reciclado, purificación y ubicación
final. Un ejemplo de cómo la naturaleza emplea el agua en este sentido y
que ni siquiera hemos averiguado aún, es la producción de seda de araña.
Las arañas tejen sus telas a partir de soluciones de polipéptidos en agua.
Estas soluciones pasan a través de la diminuta glándula hilandera de la
araña y son rápidamente extendidas para formar las telarañas que todos
hemos visto y a veces en las que nos hemos enredado. Lo realmente extraño
es que una vez que estas telarañas se forman, ya no son solubles en agua.
Si tan sólo pudiéramos averiguar cómo las arañas hacen primero la seda en
agua y luego tejen sus telas a partir de la misma, podríamos hacer nylon
de la misma forma. Esto nos ahorraría muchos problemas de tratamiento de
residuos... y dinero. Esta es un área de investigación básica donde
necesitamos mucha ayuda; quizás usted pueda pensar algo que podríamos
probar.
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