Biología

Genética. Proteinas. Enzimas. Ácidos. ADN (Ácido Desoxirribonucleico). ARN (Ácido ribonucleico). Cromosomas. Nucleicos. Genes. Herencia. Química

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Índice:

Proteínas ----------------------------------------------------------2

Enzimas ----------------------------------------------------------21

Ácidos Nucleicos -----------------------------------------------29

DNA y RNA -----------------------------------------------------32

PROTEÍNAS

Están compuestas por carbono, oxígeno, nitrógeno e hidrógeno, además algunas pueden tener otros elementos químicos.

Son principios inmediatos orgánicos. Son polímeros lineales de aminoácidos.

Existen dos clases de proteínas:

  • Simples: están únicamente formadas por cadenas de aminoácidos.

  • Conjugadas: están formadas por dos fracciones: aminoacídica y grupo prostético (orgánico o inorgánico)

p.e.: la hemoglobina. El grupo hemo- es el grupo prostético y la fracción globina es la fracción aminoacídica.

AMINOÁCIDOS

Los biológicos son - Aminoácidos (2- Aminoácidos) (que tienen un grupo carboxilo y tienen un grupo amina, que está unido al carbono , con respecto al carboxilo)

'Biología'

Los distintos aminoácidos se distinguen entre si en lo que sea R. Existen 20 aa (aminoácidos) biológicos; es decir, aa que están codificados genéticamente: hay 20 Rs distintos. Cada aminoácido tiene un nombre biológico, obtenido de su nombre en inglés, también tienen un símbolo de tres letras y otro sólo de uno.

El aminoácido en el cual R es H se llama glicina (glicocola) Gly.

Según la naturaleza de los R, los aminoácidos se clasifican en 4 grupos

  • R apolar (hidrófobo)

  • R Polar pero sin carga

  • R Polar con carga positiva (a pH 7)

Porque en R hay grupos básicos que tienen tendencia a captar protones del medio y cargarse positivamente, por eso a estos aminoácidos se les llama aminoácidos básicos o aminoácidos catiónicos

  • R polar con carga negativa.

El aminoácido Prolina es especial, su grupo amina forma parte de un heterociclo pentagonal plano y su carbono alfa (C) también forma parte de ese heterociclo, este hecho va a impedir que el carbono  pueda girar. Este hecho le confiere rigidez.

ALGUNAS PROPIEDADES DE LOS AMINOÁCIDOS

  • Estereoisomería

Todos los aminoácidos biológicos, excepto la glicina, tienen al menos un carbono asimétrico, que es el carbono .

De todos los aminoácidos, en relación a este C Existen dos esteroisómeros, unos van a pertenecer a la familia L y otros a la D.

Los aminoácidos biológicos son todos del grupo L.

  • Carácter Anfótico

Los aminoácidos tienen al menos un grupo ácido y un grupo básico. Si el pH del medio en el que están se lo permite, el grupo ácido o carboxilo cederá protones al medio, y se cargará negativamente; y el grupo básico captará protones del medio y se cargará positivamente.

Ión Híbrido - Ión Zwitter o Zwitterión.

En los llamados aminoácidos ácidos y básicos, en “R” hay grupos básicos o ácidos respectivamente.

PUNTO ISOELÉCTRICO DE UN AMINOÁCIDO

Es el valor del pH del medio en el cual un aminoácido es neutro, es decir, tiene el mismo número de cargas positivas y negativas

pH

Es una medida de concentración de protones:

pH= - Log [ H+]

En un medio acuoso las moléculas de agua están disociadas.

H2O ! H+ + OH-

En el agua pura:

[H+] x [OH-] = 10-14­­

[H+] = [OH-]= 10-7

El agua pura se dice que tiene un pH neutro, y ese pH es igual al:

pH = - Log [10-7] = 7

Se pueden añadir al agua sustancias que no modifiquen su pH, hay disoluciones acuosas que tienen pH = 7 tales como disoluciones de sales o alcohol.

Pero si el agua pura se le añade un ácido aumentará la concentración de protones en el medio, y si le añadimos una base disminuirá la concentración de protones del medio; estas disoluciones tendrán un pH distinto de 7.

[H+]

[OH-]

pH

pOH

100

10-14

0

14

10-1

10-13

1

13

10-2

10-12

2

12

10-3

10-11

3

11

10-4

10-10

4

10

10-5

10-9

5

9

10-6

10-8

6

8

10-7

10-7

7

7

pH neutro

10-8

10-6

8

6

10-9

10-5

9

5

10-10

10-4

10

4

10-11

10-3

11

3

10-12

10-2

12

2

10-13

10-1

13

1

10-14

100

14

0

Un pH 7 o próximo a la neutralidad, permite a los grupos químicos ácidos básicos comportarse como tales.

Los aminoácidos que no son ni ácidos ni básicos, los que en R no hay ninguno de estos grupos, tienen su punto isoeléctrico a pH = 7, porque tienen sólo un grupo ácido y un grupo básico y a pH 7 se ionizan y entonces el aminoácido es neutro.

Suponemos que se trata de un aminoácido ácido p.e. el ácido aspártico o glutámico, tienen en R un grupo ácido, entonces a pH = 7 tiene carga -

Si un aminoácido, ni ácido ni básico se encuentra a un pH distinto (bastante/muy) diferente de 7 se comporta de distinta manera.

UNIÓN DE AMINOÁCIDOS PARA FORMAR PROTEÍNAS:

El enlace de aminoácidos es peptídico. Este enlace se establece entre el grupo ácido de uno y el grupo amina del otro, liberando una molécula de agua.

'Biología'

'Biología'

Si se unen pocos aminoácidos, en cadenas lineales, a las cadenas se les llama péptidos, el anterior es un tetrapéptido.

Si las cadenas de aminoácidos son largas se llaman polipéptidos o cadenas polipeptídicas

Y una proteína es una molécula que contiene una o casi siempre más de una cadena polipeptídica y que además tiene una determinada conformación espacial o estructura y tiene una determinada función.

Cuando las proteínas tienen más de una cadena polipeptídica se dice que son proteínas oligoméricas. Las proteínas pueden ser simples, formadas sólo por cadena o cadenas polipeptídicas, o pueden ser conjugadas, que contiene otra fracción orgánica o bien inorgánica.

Una cadena de aminoácidos, siempre tiene los extremos iguales, un extremo con un grupo amina y otro con un grupo carboxilo; una cadena tiene esos grupos en los extremos y luego una sucesión de carbonos  y enlaces peptídicos, estos últimos son planos y confieren rigidez a la molécula, y los R están unidos a los carbonos .

LA CONFORMACIÓN O ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS.

Una proteína puede estar formada por una o más cadenas polipeptídicas. Cada cadena tiene una determinada composición de aminoácidos; normalmente una cadena contiene los 20 aminoácidos.

Van a tener un nº determinado de cada aminoácido y esos aminoácidos van a estar unidos en un determinado orden. A ese orden de los aminoácidos se les llama secuencia, y cuando se secuencia una cadena proteica se sabe cuántos aminoácidos tiene.

La secuencia de aminoácidos de una cadena de estos se llama estructura primaria y esta está codificada genéticamente.

Esta estructura primaria, junto con las condiciones ambientales en las que tiene que estar esa proteína va a determinar su conformación espacial.

Las cadenas proteicas no van a estar estiradas, ni siquiera en las fibrosas, sino que van a estar estructuradas (enrolladas) para tener un mínimo de energía libre, es decir, un máximo de estabilidad, que se consigue con un máximo de atracciones y un mínimo de repulsiones.

Como las proteínas suelen estar en medios acuosos, su tendencia es a enmascarar del exterior los grupos hidrófobos de los R y dejar hacia el exterior de la proteína los grupos hidrófilos de sus R! Efecto Hidrofóbico.

Si por el contrario la proteína tuviera que estar inmersa en un medio lípídico, los grupos químicos se dispondrían al revés.

Las proteínas van a tomar una determinada conformación y según esta las proteínas pueden ser de dos tipos: Fibrosas (en las cuales una dimensión domina sobre las otras) o Globulares.

Las fibrosas suelen ser insolubles en medios acuosos, y suelen ser estructurales o plásticos, mientras que las globulares se disuelven en medios acuosos y son funcionales.

Algunas proteínas tienen unos modelos de organización “especiales” que no se repiten en otras proteínas. Pero en muchas proteínas se repiten distintos modelos de organización; estos modelos de organización se estructuran en diferentes niveles, y los más altos contienen a los inferiores.

Las proteínas fibrosas pueden llegar a tener estructura terciaria, algunas sólo tienen estructura secundaria. Las globulares formadas por sólo una cadena polipeptídica tienen siempre estructura terciaria, y si están formadas por varias cadenas polipeptídicas tienen estructura cuaternaria.

FIBROSAS

La queratina, la fibroína de la seda y el colágeno (ver fotocopias)

Una fibra de queratina está formada por varias cadenas polipeptídicas. Cada cadena tiene una determinada cadena primaria y cada cadena tiene una estructura secundaria en -HELICOIDE o -HÉLICE. La estructura secundaria de una cadena está definida por la manera de colocarse en torno a un eje; un modelo es la hélice-, porque los enlaces peptídico son planos.

Los -HELICOIDES son siempre iguales, en una vuelta completa de espiral hay siempre 3'6 aminoácidos y 5'4 Å de distancia.

A pesar de que la composición de la cadena no tiene siempre la misma composición de aminoácidos.

En esta hélice los R de los aminoácidos están dispuestos hacia el exterior y una vez establecida la hélice se mantiene porque se establecen entre distintas zonas enlaces de hidrógeno entre átomos de enlaces peptídicos enfrentados.

Un enlace de H se establece entre dos elementos químicos muy electronegativos, uno de los cuales tiene unido un hidrógeno y el otro, que se encuentra próximo también lo quiere, y entonces lo comparten, formándose entre los dos elementos un enlace de hidrógeno o puente de hidrógeno. En las moléculas biológicas los elementos más electronegativos son el O y el N, estos enlaces se establecen entre O-O, N-N y O-N.

En - Helicoide quedan enfrentados enlaces peptídicos! se establecen puentes de H.

No todas las cadenas proteicas pueden tomar estas estructuras.

No lo pueden ser si la cadena tiene mucha cantidad de prolina, tampoco si tiene muchos aminoácidos con Rs muy voluminosos, y tampoco si tiene muchos aminoácidos con Rs Con Carga:

  • No mucha prolina, porque el C de esta no puede girar para formar la hélice.

  • No R muy voluminosos porque no dejarían disponerse correctamente a la hélice.

  • Y no mucha carga porque si están próximos los R de carga contraria se atraerían y cerrarían la hélice, y si fueran R con la misma carga sucedería lo contrario.

Muchas veces en una cadena en -Helicoide hay zonas intermedias al azar.

Esta estructura en -Helicoide que se encuentra en las cadenas de la queratina también se encuentra en otras proteínas fibrosas y en las globulares.

En la queratina también se observa estructura terciaria:

Las Cadenas en - Helicoide se encuentran enrolladas en la hélice de dos en dos y también súper enrollado en hélices de 4 cadenas. (Ver fotocopia).

A estas estructuras formadas por cuatro cadenas polipeptídicas, se les llama protofibrillas y la forma de disponerse en el espacio de estas cuatro cadenas describe su estructura terciaria. Entre estas cuatro cadenas se establecen también enlaces débiles (Fuerzas de Van der Waals, enlaces de Hidrógeno) y otros enlaces no tan débiles (enlaces iónicos) o también enlaces fuertes (enlaces covalentes), como enlaces disulfuro S - S. Entre aminoácidos con grupos -SH, es decir, el aminoácido cisteína.

Una fibra de queratina está formada por ocho protofibrillas dispuestas en forma de cilindro hueco o de prisma cuadrangular hueco. Hay distintos tipos de queratina, todas con la misma estructura, pero con distinta composición, la queratina es un componente fundamental en el pelo, en las uñas, en los cuernos de los animales, en la lana... Estas estructuras son diferentes, entre otras cosas tienen distinta dureza, las queratinas más duras tienen más cantidad de cisteína.

FIBROINA: Una fibra de seda está formada por muchas cadenas polipeptídicas, cada cadena presenta una estructura en -Hoja plegada: Cada cadena está dispuesta en zic-zac y distintas cadenas entre sí se encuentran paralelas o antiparalelas, formando una hoja plegada.

Entre las cadenas paralelas se establecen enlaces de hidrógeno entre grupos químicos de enlaces peptídicos enfrentados.

Las cadenas paralelas pueden coincidir con todos sus extremos amina en un lado y todos los carboxilo En el otro, entonces se dice que las cadenas son paralelas, pero a veces se alternan, entonces se dice que son antiparalelas.

Las R se encuentran hacia arriba o hacia debajo de la hoja plegada y para formar la fibra de la seda se superponen varias hojas plegadas que establecen entre si fuerzas de Van der Vaals.

Se afirma que la fibroina de la seda sólo tiene 2 estructuras !primaria en cada cadena y secundaria en - hoja plegada; porque para formar la fibra completa por superposición de hojas plegadas, no se experimentan otras torsiones posteriores.

La estructura en hoja plegada la forman cadenas polipeptídicas que tienen mucho Aa glicina, y en el caso de la fibroína seguro que hay muy poco aa cisteína, porque no se establecen puentes di-sulfuro. (covalentes).

En proteínas globulares también pueden formarse estructuras en -hojaplegada, paralelas o antiparalelas.

Estas estructuras las toman zonas de la misma cadena polipeptídica, por ejemplo:

'Biología'

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 - Hoja plegada Antiparalela.  - Hoja plegada paralela.

COLÁGENO! Tiene una estructura especial que no se repite en otras proteínas y a su estructura se le denomina triple hélice de colágeno.

Cada cadena tiene una determinada estructura primaria, pero se van repitiendo tríos de aa, grupos glicina, un aa cualquiera y luego prolina o un derivado de la prolina, como la hidroxiprolina. Un aminoácido cualquiera muchas veces es hidroxilisina. Ni la hidroxiprolina ni la hidroxilisina están codificados genéticamente, se unen como prolina o lisina, después se tienen que hidroxilar, para lo cual interviene un enzima, que necesita a la vitamina C para actuar; por tanto, si hay carencia de vitamina C nuestras células fabrican un colágeno defectuoso, y esto provoca una enfermedad llamada escorbuto.

Cada cadena de la triple hélice se enrolla en torno a un eje formando una hélice levógira, pero una hélice muy abierta, y las tres cadenas se enrollan entre si, formando una triple hélice dextrógira. Una fibra de colágeno está formada por muchas triples hélices, pero dispuestas entre espacios entre si.

Existen diferentes clases de colágenos, porque esta proteína tiene una distribución muy diferente y unas funciones muy distintas.

El colágeno forma parte de ligamentos y tendones. Se encuentra en las paredes de vasos sanguíneos, en los huesos, en el cristalino...

Por eso el escorbuto se caracteriza por hemorragias, porque se aflojan los ligamentos, hay fragilidad ósea, problemas articulares....

La molécula de colágeno tiene estructura primaria, estructura secundaria cada cadena y tienen estructura terciaria las tres cadenas.

GLOBULARES

Si están formadas por una sola cadena polipeptídica, la cadena tiene estructura primaria.

Con mucha frecuencia tiene zonas en hélice - alternando con zonas en - hoja plegada, a veces toda la estructura secundaria es en - hélice.

Estructura primaria

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Estructura Secundaria

H3N+

COO-

Estructura Terciaria

H3N+

COO

Esta estructura terciaria se mantiene porque se establecen enlaces químicos entre grupos con afinidad química que se encuentran próximos: Fuerzas de Van der Waals, enlaces de hidrógeno, enlaces iónicos y puentes disulfuro.

Cada cadena proteica, dependiendo de su estructura primaria y del lugar donde va a estar, toma una determinada conformación estable, con un máximo de atracciones y un mínimo de repulsiones.

Como las proteínas suelen estar en medios acuosos, enmascaran a los grupos hidrófobos, y a esto se le denomina efecto hidrofóbico.

Si la proteína globular tiene más de una cadena polipeptídica, entonces tiene estructura cuaternaria.

Cada cadena tiene una estructura secundaria, normalmente con zonas  y , y las distintas cadenas con estructura terciaria forman la cuaternaria.

Las distintas cadenas se unen entre si mediante los mismos tipos de enlace que la terciaria.

Estas proteínas globulares se llaman proteínas oligoméricas, y cada cadena con estructura terciaria es un protómero del oligómero.

Tan importante es la estructura primaria de las cadena primarias como su disposición espacial, porque se esta no es la correcta las proteínas no son funcionales, o aún peor, se pueden convertir en proteína infectantes o priones.

Los priones son proteínas que tienen una composición de aminoácidos correcta, igual que la proteína normal, pero tiene diferente conformación espacial y esta la hace no funcional, y las proteínas anormales si contactan con una normal provocan en esta el cambio de conformación (ver fotocopia)*

PROPIEDADES DE LAS PROTEÍNAS

  • Carácter Anfótero: Las proteínas tienen grupos ácidos y básicos en los extremos de las cadenas y en los R de los aminoácidos. Se habla de proteínas básicas y proteínas ácidas, en las 1ª predominan aminoácidos básicos y en las 2ª los aminoácidos ácidos. Cada proteína tiene un determinado punto isoeléctrico, que será aquel (pH) en el que la proteína es neutra; y en ese pH la proteína es muy insoluble en medios acuosos y por eso precipita.

  • Solubilidad: Las fibrosas no son solubles en agua, las globulares si son solubles en medios acuosos, pero forman disoluciones coloidales. Se puede hacer precipitar a las proteínas cambiando el pH, aumentando la temperatura o añadiendo diferentes disolventes.

  • Desnaturalización: Es la pérdida de la conformación o estructura de la proteína, pero manteniendo la estructura primaria, que sólo se rompe por hidrólisis. Se pueden romper todos los enlaces que mantienen la estructura, a excepción de los enlaces peptídicos.

  • La desnaturalización lleva consigo la no solubilidad y la precipitación de las proteínas.

    Los agentes desnaturalizantes más importantes son los cambios de pH y/o de temperatura.

    Cambios ligeros de temperatura provocan cambios pequeños en la conformación y a veces no provocan precipitación y ni siquiera impiden la función de las proteínas. Aunque esta sea más dificultosa. Pero cambios bruscos provocan pérdidas de conformación, o lo que es lo mismo, desnaturalización, o lo que es lo mismo, se pierde la función.

    Temperaturas altas provocan cambios irreversibles en la conformación y no se recupera la función.

    Cambios bruscos de pH provocan desnaturalización de las proteínas, irreversible y cambios ligeros de pH provocan cambios pequeños de conformación que a veces permiten su función.

    IMPORTANCIA BIOLÓGICA DE LAS PROTEÍNAS

    Son muy importantes porque son las moléculas mediante las cuales se expresa la genética, pero además tienen muchísimas funciones, p.e. función estructural, función enzimática (todos los enzimas son proteínas), función hormonal: las hormonas que no son esteroides son proteínas o péptidos; p.e. la hemoglobina, que transporta O2 y CO2 en la sangre.

    Las proteínas de la membrana plasmática transportan sustancias hacia dentro o hacia fuera de la célula.

    Las proteínas de la membrana interna de las mitocondrias y de los tilakoides de los cloroplastos transportan electrones.

    Las proteínas tienen también función inmunológica, ya que los antígenos suelen ser proteínas y los anticuerpos son siempre proteínas.

    Tienen también función contráctil: las proteínas responsables del movimiento de las células, p.e. la contracción muscular.

    ETC.

    Muchas de estas funciones se deben a que las proteínas son moléculas específicas, porque tienen información, tienen como un lenguaje, que está determinado por la secuencia de aminoácidos, por tanto van a poder reconocer, y ser reconocidos por otras moléculas, muchas veces por otras proteínas.

    Por eso las proteínas de las membranas celulares identifican a las células. Las células de los vertebrados tienen en su membrana una serie de proteínas que son características de las células de cada persona; esas proteínas forman el llamado complejo de histocompatibilidad, determina por tanto la compatibilidad de tejidos. En transplantes, el receptor rechaza a las células del donante porque tienen estas proteínas extrañas.

    FUNDAMENTOS DE LAS REACCIONES DE RECONOCIMIENTO.

    BIURET

    Se le añade NaOH a una disolución proteica para conseguir un medio básico. A continuación se le añaden unas gotas de una disolución de Cu2SO4 , y si la disolución se vuelve violeta es que ha dado positivo.

    Se forman unos compuestos de coordinación entre un ión cúprico Cu2+ y 4 nitrógenos de cuatro enlaces peptídicos.

    Todas las proteínas dan positiva la reacción del biuret, pero también la darán los compuestos nitrogenados que puedan formar estas coordinaciones, como, por ejemplo, el biuret.

    XANTOPROTEICA

    Cuando tratamos una disolución proteica con ácido nítrico concentrado y calentamos, se forman compuestos nitrofenílicos, que son de color amarillo. Los responsables de esta reacción son los aminoácidos que en R tienen anillos benzoicos, pero todas las proteínas tienen todos los aminoácidos, por tanto darán positiva esta reacción, formándose más colorantes.

    'Biología'

    Al añadir NaOH, los nitrógenos se unen mediante un enlace doble (-N=N-) formando colorantes azoicos (de color naranja)

    'Biología'

    TÉCNICAS DE SEPARACIÓN DE LOS COMPONENTES DE UNA MEZCLA

    CROMATOGRAFÍA

    Separación entre si de los componentes de una mezcla en un soporte (papel o gel)

    En la cromatografía en papel, la fase móvil tiende a arrastrar a los componentes de la mezcla, y los arrastrará cuanto más solubles sean en esa fase. Por otra parte, la fase estacionaria, constituida por las moléculas de agua que impregnan al papel tienden a retener las sustancias.

    Si la mezcla es de pigmentos, utilizaremos un disolvente bastante apolar (acetona, benceno). Con este disolvente se desplazarán más lejos los elementos más apolares.

    Igualando las condiciones una sustancia tiene siempre el mismo RF

    RF =

    ELECTROFORESIS

    Se emplea para separa entre si componentes de una mezcla que tenga carga eléctrica: Aminoácidos, proteínas, ácidos nucleicos...

    Se trata de someter a estas sustancias a un campo eléctrico, de modo que las sustancias con carga positiva se dirigen al polo negativo, cátodo y las negativas al ánodo.

    La velocidad del desplazamiento depende de la masa; las sustancias con menos masa se moverán más rápido.

    Antes de que las sustancias lleguen a los polos se para la electroforesis.

    Si las sustancias no están coloreadas, para ver como se desarrolla la electroforesis se tiñen con tintes neutros.

    La electroforesis se hace sobre un soporte, un gel (poliacrilamida, agarosa...), que se coloca sobre una palca. Es necesario impregnar el gel en un tampón de pH (una disolución que amortigua el cambio de pH), ya que hay que mantener el pH porque si no cambia la carga de las sustancias:

    ISOELECTROENFOQUE! Para ver las sustancias separadas es necesario teñirlas o marcarlas.

    LOS ENZIMAS

    BIOCATALIZADORES

    Son biocatalizadores, moléculas que aceleran las reacciones bioquímicas, las aceleran y son imprescindibles, porque sino las reacciones no tienen lugar.

    Son moléculas imprescindibles para la vida pero que se encuentran en pequeña cantidad, en cantidades catalíticas.

    ¿Por qué aceleran las reacciones bioquímicas?

    Porque disminuyen la energía de activación de la reacción.

    Energía de activación: Es la cantidad de energía, expresada en calorías, necesaria para que todas las moléculas de un mol de sustancia alcancen un estado activado que les permita cambiar y entonces transformarse en otra sustancia.

    Todas las reacciones necesitan energía de actuación, para romper enlaces, para crearlos...Independientemente de que la reacción sea endotérmica o exotérmica.

    En las reacciones enzimáticas los reaccionantes se denominan sustratos, mientras que los productos se denominan productos de la reacción.

    En presencia de enzimas la reacción es más fácil.

    Una reacción enzimática siempre tiene dos etapas:

    1ª- El sustrato se une al enzima para formar el complejo enzima-sustrato.

    S+E ! E-S

    E-S ! P+E

    El enzima no se gasta ni sale modificado de la reacción enzimática.

    Los enzimas tienen siempre una fracción proteína! Proteínas simples.

    Otros enzimas son proteínas conjugadas, que tienen además otra fracción, que puede ser orgánica y/o inorgánica.

    ! !

    Coenzima cofactor

    Un enzima puede tener una, otra o ambas.

    Los enzimas son específicos, a veces hay especificidad absoluta: en enzima actúa únicamente con un sustrato, otras veces un enzima puede actuar con varios sustratos, que normalmente se parecen químicamente entre si, pero siempre hay un sustrato más

    Aa adecuado para el enzima.

    La unión del sustrato con el enzima es con una zona muy pequeña del enzima, que se llama centro activo, sitio activo, sitio de unión del enzima... Un centro activo es una hendidura, es como una hendidura en la molécula del enzima, una entidad tridimensional, esta zona tiene una determinada forma, y en ella están presentes grupos químicos en posiciones específicas y con orientaciones determinadas, entre estos grupos puede haber enlaces químicos débiles, esos grupos químicos son aportados por los R de los aminoácidos y también por el coenzima y/o cofactor, estos siempre contribuyen a la formación del centro activo.

    En el centro activo se distinguen dos zonas, el centro orientador y el centro catalítico.

    El 1º tiene grupos químicos que se unen a los sustratos y los orienta para facilitar la reacción. Muchas veces son grupos ácidos y/o básicos y/o nucleofílicos, como los OH que atacan electrónicamente.

    El sustrato se une a ese centro activo, pero sólo si hay especificidad. Para la unión del sustrato con el enzima se hacen dos símiles:

    El de “llave - Cerradura” donde en una cerradura caben varios

    ! !

    sustrato centro activo

    sustratos, llaves, y el de “mano - guante”. Después de la unión tiene lugar la reacción. La unión provoca que el sustrato o los sustratos queden perfectamente orientados para que tenga lugar la reacción.

    ALGUNOS FACTORES QUE AFECTAN A LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA

    La Concentración del sustrato

    Con una concentración constante de enzimas como la que hay en los medios biológicos. Al aumentar la concentración del sustrato aumenta la actividad, pero hasta un límite, a partir del cual la velocidad se mantiene constante.

    En el momento que se alcanza la velocidad máxima, se dice que el enzima está saturado, y a partir de ese momento es necesario que de los complejos enzima-sustrato se liberen los productos, para poder disponer otra vez de los enzimas. Esto ocurre a una velocidad constante.

    Se dice que este comportamiento de los procesos enzimáticos, frente a la concentración del sustrato sigue la ley de Michaeles Menten: Para cada par enzima-sustrato en condiciones estándar de presión y temperatura, existe una constante de Michaelis: KM, que es el valor de la concentración del sustrato con la cual se alcanza la mitad de la velocidad máxima,

    La KM es indicativa de la afinidad entre un enzima y un sustrato, y cuando un enzima tiene varios sustratos, con cada uno de ellos tiene distinta afinidad y por tanto distintas KM.

    KM's bajas son indicativas de afinidades altas.

    El pH

    Cada enzima con un sustrato tiene un pH óptimo de activación, en el cual la afinidad enzima-sustrato es máxima, y es máxima porque a ese pH la conformación del enzima es la más indicada. Ese pH es el óptimo para ese par enzima-sustrato.

    Cambios ligeros de pH afectan a la actividad, porque cambian la conformación del enzima y disminuirá la afinidad.

    Cambios bruscos de pH inactivan a los enzimas porque los desnaturalizan de forma irreversible.

    En los medios biológicos, frecuentemente los enzimas no están a su pH óptimo. Otras veces los enzimas si se encuentran en pH óptimos, aunque estos no sean buenos para la célula y sus hidrolasas son ácidas, su pH óptimo de actuación es bajo, ácido.

    La temperatura

    Cada par enzima-sustrato tiene una temperatura óptima de actuación, y la actividad es máxima.

    Cambios ligeros disminuyen la actividad, cambios bruscos inactivan; por calor desnaturaliza y por frío es reversible.

    PRESENCIA DE INHIBIDORES

    Existen sustancias que inhiben a enzimas, y esas sustancias tienen especificidad para inhibir a determinados enzimas.

    Hay inhibidores competitivos e inhibidores no- competitivos. Los 1ª compiten con el sustrato por el centro-activo, se parecen químicamente al sustrato y si se unen al centro-activo el enzima no actúa y queda inactivo hasta que el inhibidor se suelte del centro activo. Si la unión es mediante enlaces débiles, lo que es más frecuente, la inhibición es reversible, porque se suelta el inhibidor y el enzima vuelve a ser activo. Si la unión fuese mediante enlaces fuertes, sería irreversible.

    Esta inhibición competitiva depende de la concentración relativa, de la relación entre ambos. La inhibición disminuye cuando se añade sustrato.

    La inhibición no competitiva: En este caso el inhibidor se une al enzima por un lugar que tiene especificad. Esa unión provoca un cambio de conformación en la proteína; cuando a una proteína se le une algo cambia su conformación. Al cambiar la concentración del enzima cambia el centro activo, de forma que pierde su afinidad por el sustrato, no habiendo actividad enzimática.

    La inhibición es reversible si la unión fue mediante enlaces débiles

    Por tanto, los procesos enzimáticos son específicos, saturables, afectados por el pH y la temperatura e inhibibles.

    REGULACIÓN ENZIMÁTICA

    Muchos enzimas que intervienen en el metabolismo van a ser regulados por diferentes sustancias presentes en el medio, pero que no son inhibidores; muchas veces esas sustancias van a hacer que los enzimas sean más o menos activos, otras veces determinarán que los enzimas actúen o no.

    A veces los enzimas se sintetizan en forma inactiva, se suelen llamar zimógenos o proenzimas. Generalmente los enzimas que generarán son enzimas muy agresivos, por ejemplo hidrolasas, que degradarían muchas moléculas biológicas, por ejemplo los enzimas pancreáticos: estos se fabrican en forma inactiva: pepsinógeno, tripsinógeno, se fabrican en células pancreáticas y formando parte de jugo pancreático pasa al duodeno y sólo allí en presencia del sustrato adecuado se activan.

    El paso de proenzima a enzima muchas veces consiste en que se rompe un enlace peptídico, o porque se le une algún legando o se le desprende algún legando, muchas veces un grupo fosfato. A este tipo de regulación se le llama conversión molecular covalente.

    Por otro lado muchos de los enzimas son enzimas alostéricos, es decir regulados por la presencia de determinadas sustancias. Cuando la sustancia que regula es el propio sustrato, se habla de regulación homotrópica, y si la sustancia que regula es distinta del sustrato, se habla de regulación heterotrópica, a veces en este caso regula el producto.

    En una vía metabólica de síntesis de un producto:

    E1 E2 E3 E4

    S ! A ! B ! C ! P

    Enzima alostérico. Vía para fabricar

    Represión por P P (producto)

    Heterotrópica

    Cuando hay mucho P, este reprime al primer enzima.

    E1 E2 E3

    S ! A ! B ! P

    La presencia de S estimula al primer enzima, que también sería alostérico!Regulación homotrópica.

    Las reacciones bioquímicas en seres vivos, normalmente no son aisladas, sino que constituyen vías metabólicas, en las cuales el producto de una reacción es sustrato de la siguiente. A veces estas vías son cíclicas.

    CLASIFICACIÓN DE LOS ENZIMAS

    A pesar de ser muchísimos enzimas se clasifican en 6 grupos.

    -Hidrolasas

    -Oxidoreductasas u Oxirreductasas

    -Transferasas

    -Isomerasas

    -Liasas

    -Ligasas

    Hay muchos nombres tradicionales, pero generalmente para nombrar a un enzima se dice primero el sustrato y después el tipo de reacción realizada.

    El enzima más abundante es la RuBisCO

    Ru Bis CO

    ! ! !

    Ribulosa Difosfato Carboxilasa Oxigenasa

    Sustrato

    Esta es una enzima fotosintética, es la encargada de fijar el CO2 de la atmósfera en materia orgánica, justamente en “Rubis” (carboxila la Rubis)

    El CO2 pasa de la atmósfera interna de la hoja, de ahí al cloroplasto y ahí se fija.

    ÁCIDOS NUCLEICOS

    Son polímeros lineales de nucleótidos

    Los nucleótidos están formados por una pentosa, una base nitrogenada y ácido fosfórico (H3PO4).

    Los nucleótidos de los ácidos nucleicos tiene como pentosa la -D-Ribosa o la - D-2, desoxirribosa.

    Como la base nitrogenada va a poder ser una base o bien Púrica o Purínica, o bien una base Pirimídica o Pirimidinica.

    Si es púrica podrá ser ADENINA(A) o bien GUANINA (G).

    Si es pirimídica podrá ser TIMINA (T), URACILO (U) o bien CITOSINA(C).

    Las bases PIRIMÍDICAS derivan del heterociclo Pirimidina.

    Las bases pirimidínicas tienen ese ciclo, pero en algunos lugares en vez de H tienen otros radicales.

    Las bases PÚRICAS derivan del heterociclo purina

    Existen dos tipos de ácidos nucleicos:

    El ácido ribonucleico, ARN o RNA, que está formado por ribonucleótidos y estos están formados por -D-Ribosa, por una base cualquiera de A, G, C, o U; excepcionalmente algunas moléculas tienen bases derivadas de estas como el pseudouracilo o el dihidrouracilo, incluso alguna molécula de RNA puede tener excepcionalmente timina.

    'Biología'
    Adenosín monofosfato

    Guasín monofosfato

    Citidín monofosfato

    Uridín monofosfato

    Un nucleótido sin fosfato es un nucleósido, es decir, está formado por una pentosa y una base.

    El ácido desoxirribonucleico, ADN o DNA está formado por desoxirribonucleótidos, y estos están formados por

    -D-desoxirribosa, por ácido fosfórico y por una cualquiera de las siguientes bases: A, G, C y T.

    'Biología'

    Desoxi-adenosin monofosfato

    Desoxi-guanosin monofosfato

    Desoxi-citidin monofosfato

    Desoxi-timidina monofosfato.

    Afirmamos que la timina es la base característica del DNA, mientras que el uracilo lo es de RNA. Como el DNA es el material genético no debe tener bases diferentes de estas 4.

    'Biología'

    ESTRUCTURA DE UN NUCLEÓTIDO

    El ácido fosfórico está unido al carbono 5 de la pentosa, mediante un enlace éster, que implica la liberación de una molécula de agua y la base está unida al carbono 1 de la pentosa mediante enlace N-Glicosídico, que también implica la liberación de una molécula de agua. Si la base es pirimidinica, el enlace N-glicosídico es 1'!1 y si la base es grande (purínica) el enlace es 1'!9. Porque en los nucleótidos, a la base se le da numeración prima. En los enlaces N-glicosídicos intervienen el C1 de la pentosa y el Nitrógeno 1 o 9 de la base; y el fosfórico está unido al carbono 5'.

    'Biología'

    POLINUCLEÓTIDOS

    'Biología'

    Para formar los ácidos nucleicos los nucleótidos se unen entre si por el ácido fosfórico, que establece puentes fosfodiéster 3'!5', y ese mismo fosfato se une mediante otro enlace éster al carbono 3' de otro nucleótido.

    Una cadena de nucleótidos tiene un extremo 5' fosforilado y un extremo 3' con un OH libre:

    DIFERENCIAS ENTRE EL DNA Y EL RNA

    Las moléculas de RNA están formadas por una sola cadena de ribonucleótidos, el nº de nucleótidos en cada molécula es muy variable; en el DNA los distintos nucleótidos se diferencian entre si únicamente en la base. Cada molécula de RNA tiene una determinada secuencia de nucleótidos, o lo que es lo mismo, una determinada secuencia de bases.

    Las moléculas de RNA se sintetizan donde hay DNA, en un proceso que se denomina transcripción. En células eucariotas, se sintetiza en el núcleo y luego las moléculas pasan al citoplasma, para ejercer allí su función; dentro de mitocondrias y de los cloroplastos también se sintetiza. En bacterias el RNA se sintetiza y actúa en el mismo espacio.

    DNA

    Las moléculas están formadas por dos cadenas de desoxirribonucleótidos, y su longitud puede ser muy grande, esto unido a que son dobles hace que su peso molecular sea muy elevado, normalmente mucho más grande que el de las moléculas de RNA.

    Cada cadena va a tener una determinada secuencia de bases.

    El DNA se encuentra en el núcleo de células eucariotas, formando parte de las fibras de cromatina, que darán los cromosomas, y también se encuentran en mitocondrias y cloroplastos; en células procariotas el DNA se encuentra disperso en el citoplasma bacteriano, formando el cromosoma bacteriano y los plásmidos.

    RNA

    Existen varias clases de RNA:

    RNAHN ! RNA Heterogéneo Nuclear.

    RNAM ! RNA Mensajero.

    RNAT!RNA Transferente.

    RNAR!RNA Ribosómico.

    El heterogéneo nuclear se encuentra en el núcleo, es un RNA recién sintetizado, que es el precursor del RNAm, ya que madura para formar las moléculas de mensajero.

    El RNAm, una vez formado en eucariotas pasa al citoplasma y porta el código o mensaje, la información, para que se sintetice una cadena proteica, es decir, tiene la información sobre el orden en que se tienen que unir los aminoácidos, esta información la toma el RNAm de un gen por transcripción.

    El tamaño de estas moléculas es muy variable, en células eucariotas cada molécula de mensajero lleva la información para una sola cadena proteica. Dependiendo del tamaño de esta así será el tamaño del RNAm. En células procariotas, una molécula de mensajero suele llevar el mensaje para varias cadenas proteicas.

    RNAT: Estas moléculas tienen la función de transferir a los aminoácidos hasta los ribosomas, para que se unan y formen las cadenas proteicas, según el orden que indica una molécula de mensajero.

    En cada célula existen 61 moléculas de transferente diferentes, todas ellas con un tamaño muy parecido entre 75 y 90 nucleótidos, y además esas 61 moléculas tienen algunos nucleótidos siempre iguales en la misma posición y en otras posiciones siempre una base púrica o pirimídica, y además todas las moléculas tienen Timina y bases derivadas del Uracilo.

    Las moléculas de RNAT, se encuentran en estructuras enrolladas (en hoja de trébol), la mayor parte apareada; la unión se realiza por las bases mediante enlaces H), otras partes de la molécula no están apareadas y forman los denominados lóbulos, que son como las hojas del trébol, todas las moléculas tienen 3 lóbulos, y a veces hay 4, el adicional.

    El más importante es el denominado lóbulo anticodón, que es el que está frente a los extremos de la molécula. Este lóbulo es tan importante porque tiene un triplete de bases que se llama anticodón, que le da especificidad a la molécula de transferente con un determinado aminoácido.

    Cada uno de las 61 moléculas de transferente tiene un anticodón Distinto.

    Existen en las células 61 transferentes diferentes, se diferencian por lo menos en el antincodón. Para transportar a tan sólo 20 aminoácidos. Sólo 2 aminoácidos son transportados por un único transferente: Metionina y Triptófano; los restantes aminoácidos tienen todos más de un transferente, pero específicos.

    Con esta conformación o estructura la molécula de transferente es muy estable, por que pone hacia el interior de las moléculas las zonas más hidrófilas (fosfatos y pentosas); y la molécula es todavía más estable porque las partes apareadas giran en doble hélice dextrógira; al sufrir esta torsión, la molécula adquiere una forma de L invertida.

    La molécula de transferente transporta a su aminoácido específico en el extremo 3' mediante un enlace éster entre el fosfato 3' y el OH del carbono carboxilo del aminoácido.

    'Biología'
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    RNAR!Es un RNA que junto con proteínas forma los ribosomas, existen diferentes tipos de RNA ribosómicos, que se diferencian entre si por su peso molecular, los hay de bajo peso molecular, peso molecular intermedio y de peso molecular elevado.

    Cada ribosoma contiene en sus subunidades un número variable de moléculas de estos tres tipos.

    Este tipo de RNA se forma en el nucleolo de las células eucariotas.

    DNA

    Las moléculas de DNA están formadas por dos cadenas de desoxirribonucleótidos, que son antiparalelas entre si, es decir, equidistantes pero con distinta orientación, en cada extremo de la molécula coinciden el extremo 5' y el 3' de cada cadena

    3` 5'

    ! !

    5' 3'

    Las dos cadenas están enfrentadas entre si por las bases. Para mantener la equidistancia siempre se enfrenta una base grande con una pequeña, es decir, una púrica con una pirimidinica, siempre A con T y G con C. Estas bases enfrentadas entre si establecen enlaces de hidrógeno, dos entre A y T; 3 entre G y C; y dos entre U y A.

    'Biología'

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    Cuando a una molécula de DNA se le rompen los enlaces de H para separar las dos cadenas entre si, se dice que se desnaturaliza, y en los laboratorios, normalmente se desnaturaliza por calor.

    En una molécula de DNA la cantidad de bases púricas y pirimídicas es la misma, y la cantidad de A es igual a la de T, y la de C igual a la de G. Esto fue descubierto por CHARGAFF, y se denominan las “Leyes de equivalencia de Chargaff”.

    Por otra parte se había conseguido aislar y cristalizar moléculas de DNA, y ya se habían sometido a estudios de difracción de rayos X. Las imágenes obtenidas con este método indican la presencia de elementos químicos o estructuras en los cristales; p.e. en un cristal de NaCl las imágenes muestran el lugar ocupado por los iones en la red. En los cristales de DNA aparecían periocidades cada 3'4 Å y cada 34 Å; las mejores fotografías de rayos X las hizo Rosalind Franklin.

    Con los datos que había a finales de los años 50, principios de los 60, Watson y Crick elaboraron para el DNA el modelo de la doble hélice, según el cual las dos cadenas son antiparalelas, están enfrentadas por las bases y Adenina siempre con Timina, mientras que Guanina siempre con Citosina; y esas dos cadenas se encuentran enrolladas en espiral dextrógira.

    El plano molecular de las bases es perpendicular al eje de giro: Los peldaños serían las bases enfrentadas y los pasamanos la 2-desoxirribosa y los fosfatos.

    En esta estructura de la molécula las zonas más hidrofóbicas se encuentran hacia el interior y las más hidrofílicas se encuentran hacia el exterior. El DNA en los medios acuosos celulares, con un pH cercano a la neutralidad, está cargado positivamente.

    Cada 3'4 Å hay un par de bases enfrentadas y cada 34 Å hay una vuelta completa de espiral.

    En el DNA, como en las proteínas, se han definido distintos niveles de estructuración:

    • La estructura primaria del DNA es la secuencia de bases de una cadena.

    • La estructura secundaria es la doble hélice.

    • La estructura terciaria son los súper enrollamientos del DNA en estructura secundaria, por ejemplo los bucles generados por secuencias palindrómicas.

    Un palíndromo es una frase que se lee igual hacia un lado y hacia al otro: “Dábale arroz a la zorra el abad”

    …CCGACGA TCGTCTT…

    …GGCTGCT AGCAGAA…

    • La estructura cuaternaria es la forma de estructurarse las proteínas y el DNA. Existen cuatro niveles estructurales (Ver Citología). Sólo tiene estructura cuaternaria el DNA de la cromatina, ni el DNA bacteriano ni el DNA de mitocondrias y cloroplastos.

    RNA

    Las moléculas del RNA tienen estructura primaria, y además el transferente tiene estructura secundaria en hoja de trébol.

    ENDOTÉRMICA

    EXOTÉRMICA

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    1962 Premio Nobel a Watson Y Crick