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La importancia de salirse de la norma: las proteínas dúctiles

Por Inmaculada Yruela (CSIC)*

A mediados del siglo XX se pensaba que las proteínas que no podían adoptar una determinada organización espacial y una estructura definida no podían realizar una función. Pero, a veces, los fenómenos que no encajan con el paradigma dominante del momento acaban convirtiéndose en la pieza central de un nuevo paradigma. Este es el caso de algunas observaciones que se hacían en el campo de la biología molecular a finales del siglo XX: las proteínas dúctiles o conocidas en inglés como Intrinsically Disordered Proteins (IDPs). Este tipo de proteínas, lejos de haber sido olvidadas por la comunidad científica debido a lo irregular y desordenado de su estructura, son cada día más populares gracias a su carácter moldeable y flexible (dúctil) y al papel que juegan tanto en los procesos de desarrollo y adaptación de los organismos a los cambios medioambientales como en la aparición de enfermedades como el cáncer, el Alzheimer, el Parkinson o la diabetes, entre otras.

Ejemplo de una proteína compacta y estructurada con varios módulos. Cada módulo se representa en un color diferente. Fuente: RCSB Protein Data Bank (https://www.rcsb.org) PDB 2VGB (Valentini et al. 2002)

Ejemplo de proteína compacta y estructurada con varios módulos. Cada uno en un color diferente. / Fuente: RCSB Protein Data Bank – PDB 2VGB (Valentini et al. 2002)

Desde los años sesenta del pasado siglo podemos explicar muchas de las propiedades de las proteínas, incluyendo su funcionamiento. Esto se consigue mediante el conocimiento de sus estructuras tridimensionales obtenidas a partir de la cristalografía y la difracción de rayos X. El año 1962 marcó un hito a este respecto cuando se concedió el premio Nobel en Química a John Kendrew y Max Perutz, investigadores que resolvieron las primeras estructuras de proteínas. Se trataba de dos proteínas humanas esenciales: la hemoglobina de los glóbulos rojos de la sangre y la mioglobina de los músculos. Actualmente, el número de estructuras resueltas se acerca a las 150.000, la mayoría en humanos y animal bovino.

A finales del siglo XX se observó que algunas proteínas escapaban de estos procedimientos experimentales, no pudiéndose resolver sus estructuras con las técnicas disponibles. Sin embargo, en los últimos veinte años las investigaciones han sido decisivas en este terreno para establecer que, en contra de lo aceptado en el pasado siglo, las proteínas no requieren adoptar formas rígidas y bien estructuradas en el espacio tridimensional para realizar sus funciones en la célula, sino que, por el contrario, la flexibilidad y la ductilidad en las proteínas es una propiedad que a menudo resulta crucial para su funcionamiento. Las proteínas dúctiles son esenciales para el ciclo celular, para la señalización celular y la regulación de los genes y las proteínas. Se considera que pueden haber desempeñado un papel clave durante la formación de los organismos multicelulares y la evolución.

Ejemplo de una proteína dúctil con un módulo estructurado (verde) y un módulo flexible (rojo). Fuente: RCSB Protein Data Bank (https://www.rcsb.org) PDB 2ME9 (Follis et al. 2014).

Ejemplo de proteína dúctil con un módulo estructurado (verde) y un módulo flexible (rojo). / Fuente: RCSB Protein Data Bank – PDB 2ME9 (Follis et al. 2014)

Se estima que, por ejemplo, en los animales, humanos y plantas, más de una tercera parte de las proteínas se hallan total o parcialmente desestructuradas, es decir, son proteínas que carecen, en su conjunto o en alguna de sus partes, de una estructura tridimensional estable en condiciones fisiológicas, aunque realizan importantes funciones biológicas. Por tanto, las proteínas no son entidades estructuralmente tan homogéneas como se pensaba, dado que presentan un nivel relevante de heterogeneidad. De esta manera, la estructura de una proteína no ha de considerarse como algo rígido, sino como algo dinámico. La transición entre diferentes formas, llamados estados conformacionales, que transcurre por estados sucesivos de completa estructuración y diferente grado de desestructuración, es necesaria para el reconocimiento y la interacción entre biomoléculas y para una función óptima.

Las proteínas con regiones dúctiles facilitan muchos procesos biológicos en la célula. Sin embargo, a menudo, la falta de organización estructural o plegamiento da lugar a la formación de agregados, que pueden acumularse en los órganos y tejidos del organismo dando lugar a ciertas enfermedades. Las características singulares de las proteínas dúctiles también hacen que su protagonismo trascienda a otras disciplinas científicas, tales como la medicina regenerativa, la nanotecnología, la agricultura o la tecnología de alimentos. El futuro que se abre en estos campos es estimulante y prometedor.

 

* Inmaculada Yruela Guerrero es investigadora en la Estación Experimental de Aula Dei (CSIC). Es autora del libro Las proteínas dúctiles (2016) en la colección ¿Qué sabemos de? (Editorial CSIC – Los Libros de la Catarata) y del espectáculo artístico-científico de danza, música y ciencia Molecular Plasticity: la relevancia de las proteínas dúctiles, producido en colaboración con la Ciència Al Teu Món y con la ayuda de la FECYT. Molecular Plasticity recorrerá distintos espacios abiertos a la divulgación científica en el territorio español.

¿Por qué la quinoa es el alimento de moda?

Por Mar Gulis (CSIC)

La quinoa cada vez se utiliza más como ingrediente para ensaladas /

La quinoa se utiliza cada vez más como ingrediente para ensaladas. / Mike Linksvayer.

En la última convocatoria de Madrid Fusión, cita obligada para los paladares más sibaritas, los visitantes pudieron degustar platos como una mousse de pato con quinoa o una soja de quinoa. Paradójicamente, el protagonista de estas sofisticadas recetas es un alimento milenario. Originaria de Bolivia y Perú, la quinoa fue un grano sagrado para los incas. Esta civilización basó buena parte de su alimentación en la preciada semilla, que ocupó un lugar preferente entre sus cultivos y fue utilizada también para curar catarros, eliminar parásitos intestinales o combatir picaduras de insectos. Sin embargo, la llegada de la quinoa a EEUU y Europa, donde su consumo está creciendo exponencialmente, es algo reciente.

¿A qué se debe el furor por la quinoa? ¿Es solo otra moda pasajera más? Varias razones apuntan a que probablemente este pseudocereal (su composición química es similar a la de los cereales, pero no se la considera como tal) ha llegado a nuestro continente para quedarse. “Según la FAO, el principal reto de la agricultura mundial en las próximas décadas es la producción de un 70% más de alimentos. El objetivo es alimentar a los 9.000 millones de habitantes que seremos en 2050, a la vez que se combate la pobreza, se usan más eficientemente los recursos naturales y se buscan estrategias para adaptarnos al cambio climático. El aumento de la temperatura global y la escasez de agua inutilizarán muchos suelos cultivables y por ende sus cosechas, lo que pondrá en peligro la seguridad alimentaria [la disponibilidad de alimentos] de muchas poblaciones”, explica Claudia Mónika Haros, del Instituto de Agroquímica y Tecnología de los Alimentos (IATA) del CSIC.

Ante estas predicciones, Europa está explorando “fuentes alternativas de proteínas de alta calidad nutricional”, añade. La cría de insectos para consumo humano sería un ejemplo de ello. Sin embargo, a su juicio es preferible otra vía: “Apostar por cultivos como la quinoa, que no necesita mucha agua y crece en suelos áridos sin grandes requerimientos agronómicos”, es decir, su cultivo a gran escala es más sencillo y sostenible medioambientalmente que la producción de otros alimentos.

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La quinoa suministra proteínas de alta calidad y no tiene gluten. / Wikipedia.

Haros pone un ejemplo: “Para obtener un kilo de carne, que es nuestra principal fuente de proteínas, se necesitan cuatro kilos de cereales con los que alimentar al animal. Ese desequilibrio se incrementará a lo largo de los años debido al cambio climático, al destino de los cereales a la producción de biocombustibles y al aumento de la población mundial, poniendo en riesgo la seguridad alimentaria”. La quinoa podría ser una alternativa porque es una gran fuente de proteínas.

Aquí llegamos a la segunda razón que explica el boom de la semilla: sus formidables valores nutricionales. La quinoa aporta proteínas similares a las que encontramos en la carne, los huevos o la leche. “Tiene una alta proporción de proteínas y de muy buena calidad (superior a la de los cereales y muy digestibles, incluso para los niños). Además no tiene gluten, por lo que es apta para enfermos de celiaquía”, afirma la investigadora del CSIC. Pero sus propiedades son muchas más: también suministra minerales, ácidos grasos insaturados, abundante fibra, atioxidantes, vitaminas y almidón, lo que significa que su consumo aporta energía. Y una última ventaja: es agradable al paladar, aunque siempre es conveniente lavar las semillas antes de su cocción. De lo contrario, la quinoa puede tener un sabor amargo que se debe a las saponinas, unas sustancias generadas por la propia planta como sistema de defensa frente a plagas de pájaros e insectos.

En resumen, para Haros es uno de los alimentos más completos que se conocen y su éxito reside en este binomio: mucha energía y pocas calorías. Precisamente por sus propiedades y su fácil adaptación, el cultivo de la quinoa se está expandiendo. Países como Estados Unidos, Canadá, Francia, Holanda, Dinamarca, Italia, India, Marruecos, China y también España ya están produciendo o realizando ensayos agronómicos para comercializar sus propias cosechas.

¿Cuál es la pega entonces? En primer lugar, no existe el ‘alimento milagroso’. Haros recuerda que ningún alimento por sí solo es la panacea, sino que lo importante es tener una dieta equilibrada. “Aunque la quinoa es fuente de hierro, este no es asimilable por nuestro organismo, por lo que habría que utilizar la semilla fermentada o recurrir a otros alimentos”.

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Campo de Quinoa en La Paz, Bolivia. / Wikipedia.

Pero hay algún otro inconveniente. Las asociaciones de consumidores critican que su elevado precio aún limita el acceso a la quinoa a gran parte de la población. Aquí sigue siendo un producto importado y un kilo cuesta alrededor de 12-15 euros, muy por encima del precio del arroz, el trigo o el maíz.

Hay otra cuestión que suele pasar desapercibida: la expansión de la quinoa en Occidente está teniendo un impacto en los productores locales. Las comunidades andinas que la cultivan también han sufrido su encarecimiento y algunas ONG denuncian que, al ser su cultivo una importante fuente de ingresos, están aumentando los conflictos por el acceso a la tierra. La FAO declaró 2013 Año Internacional de la Quinoa para reivindicar su potencial como alimento de altísimo valor nutricional y por su contribución en la lucha contra el hambre y la desnutrición, pero no hay que perder de vista que la alteración de estas economías a pequeña escala puede perjudicar a comunidades que desde hace miles de años preservan este cultivo.

Camarero… ¡una de insectos!

Por Mar Gulis

Puesto de venta de insectos fritos en un mercado tailandés / Wikipedia

Puesto de insectos fritos en un mercado tailandés / Wikipedia

Las termitas asadas, los saltamontes fritos o las tortillas de ciempiés son platos cotidianos en algunas zonas de Asia, África y Latinoamérica. Crudos, secos, pulverizados, horneados, salteados o cocidos, los insectos forman parte de la dieta de al menos 2.000 millones de personas, según cifras de la FAO. Entre ellos son los escarabajos, las orugas, las abejas, las avispas y las hormigas los más probados por el paladar humano. Sin embargo, la práctica de comer insectos –la entomofagia– sigue generando rechazo en las sociedades occidentales, que miran con recelo cualquier menú que incluya estos animalitos. Consumidos sobre todo en países tropicales, pero también en China, Japón y México, en estas latitudes hay especialidades que se consideran auténticos manjares.

El rechazo a la entomofagia en Occidente podría deberse a que, con el desarrollo de la agricultura sedentaria, nuestros antepasados empezaron a percibir los insectos como una amenaza para las cosechas. Investigaciones de la FAO señalan que algunos gusanos se relacionaban con la descomposición de la carne, antes de que existieran métodos de conservación, y que actualmente es habitual que en Europa y Norteamérica los mosquitos, larvas y termitas se asocien con la muerte del ganado y la suciedad.

Se trataría por tanto de una cuestión cultural. Hoy, Día Mundial de la Alimentación, viene a cuento recordar que quizá ese rechazo tenga los días contados, dada la elevada demanda de proteínas a nivel planetario. Para satisfacerla, los insectos podrían, poco a poco, incorporarse a nuestra dieta. Con una población que ya supera los 7.000 millones de habitantes, y que seguramente alcance los 9.000 en 2050, garantizar a tantas personas el suministro de alimentos ricos en proteína no es tarea sencilla.

Canapés elaborados con insectos / TEDxMadrid

Canapés elaborados con insectos / TEDxMadrid

En este contexto, las más de 1.900 especies de insectos que ya se utilizan como alimento pueden adquirir cada vez más relevancia. Tal y como explica Rosina López, del Instituto de Investigación en Ciencias de la Alimentación del CSIC, su valor nutritivo, si bien varía mucho entre especies, es elevado por su contenido en proteínas (entre un 13 y un 77% de su peso seco) y también en lípidos (incluyendo ácidos grasos monoinsaturados y poliinsaturados omega 3), vitaminas, fibra y minerales. Por ejemplo, 100 gramos de orugas secas contienen unos 53 gr de proteínas, un 15% de grasas y alrededor del 17% de carbohidratos, aportando unas 430 kilocalorías.

Pero además de sus propiedades nutricionales, la producción de insectos para la alimentación conlleva ventajas medioambientales: requieren menos terreno y agua que el ganado bovino y porcino y emiten menos gases de efecto invernadero. También crecen rápido, se reproducen con facilidad y son muy eficientes en la conversión de alimentos. Los grillos, por ejemplo, “solo necesitan 2 kg de alimento para ganar 1 kg de peso”, explica López en su libro Las proteínas de los alimentos (CSIC-Catarata).

Otro punto a su favor es que son muy versátiles. Pueden consumirse enteros o molidos, en forma de polvo o pasta, o incorporarse a otros alimentos. Esta última opción fue la que inspiró a Gabi Lewis y Greg Sewitz, dos estudiantes de la Universidad Brown (EEUU) que crearon la empresa Exo y se lanzaron a fabricar unas barritas que combinan harina de grillo con cacao, dátiles, almendras y coco. Son altas en proteína, bajas en azúcar y contienen ácidos grasos omega 3, hierro y calcio. Por ahora, parece que este ingenioso invento va ganando adeptos en EEUU, pero para que la entomofagia arraigue en Occidente queda todavía camino por recorrer.

La aprensión del consumidor sigue siendo el principal obstáculo, pero “si no existe una cultura de la entomofagia, debe crearse”, señala la FAO. López coincide: “Es necesario que todos los sectores interesados lleven a cabo una campaña informativa para que se llegue a vencer la repulsión que producen los insectos”.

Para los que se animen, os sugerimos probar el arroz con grillos y los saltamontes Gumbo.