Transcripción alternativa:

masa molecular Son solubles en agua Tienen al menos 1 grupo carboxilo y al menos 1 grupo amino en el carbono Alfa Los humanos sólo podemos sintetizar unos 10 aa (aa esenciales). Los aminoácidos se unen entre sí originando péptidos. O 2. ENLACE PEPTÍDICO Se establece entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino siguiente, lo que implica la pérdida de una molécula de agua. H El amino libre de un extremo y el carboxilo libre del otro extremo de la cadena reciben el nombre de N-terminal y C-terminal respectivamente. Por convenio, los aminoácidos se numeran desde el N-terminal. C-COOH En disolución acuosa, los aminoácidos muestran un comportamiento anfótero, es decir, pueden ionizarse, dependiendo del pH. O En medio ácido (exceso de H+) se comporta como una base captando H+ y quedando cargado positivamente, ya que los protones aceptan el -COO-. R En medio básico (exceso OH-) el grupo NH2 se comporta como un ácido, liberando H+; con lo que pierde su carga positiva. También se puede comportar como un ácido y una base a la vez. En el último caso los aminoácidos se ionizan doblemente, apareciendo una forma dipolar iónica llamada zwitterion. H OH 1 ↑ COOH NH: - C R H H₂O H H CARACTERÍSTICAS DEL ENLACE PEPTÍTICO Enlace covalente más corto que la mayor parte de los enlaces C-Ca y N-Ca Es un enlace muy fuerte y resistente que se comporta como un doble enlace y no permite el giro Los cuatro átomos (C=O y N-H) están situados en el mismo plano con distancias y ángulos fijos Los únicos enlaces que pueden girar, y no del todo, son los formados por C-Ca y N-Ca NH: - C - COOH H NH: - C - CÓ NHC R R COOH 2.1. PÉPTIDOS. POLIPEPTIDOS Unión de los aminoácidos. ● Los enlaces químicos entre aminoácidos (enlaces peptídicos) forma las cadenas llamadas péptidos. Si el número de aminoácidos que forma un péptido es dos, se denomina dipéptido, si es tres, tripéptido... Si es inferior a 10 aminoácidos se habla de oligopéptido, y si es superior se denomina polipéptido. ● ● ● 3. ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS 3.1. PRIMARIA La estructura primaria es la secuencia lineal de aminoácidos de la proteína. Nos indica qué aminoácidos componen la cadena polipeptídica y el orden en que dichos aminoácidos se encuentran. La secuencia de una proteína se escribe enumerando los aminoácidos desde el extremo N-terminal hasta el C-terminal. Sólo cuando un polipéptido se halla constituido por más de 50 moléculas de aminoácidos o si el valor de su peso molecular excede de 5 000 se habla de proteína. La función de una proteína depende de su secuencia de aminoácidos y de la forma que ésta adopte. El cambio de un solo aminoácido de la secuencia de la proteína puede tener efectos muy importantes. CARACTERÍSTICAS Todas las proteínas la tienen. •Está dispuesta en zigzag. •El número de polipéptidos diferentes que pueden formarse es muy grande 3.2. SECUNDARIA La estructura secundaria es la disposición que adopta en el espacio la estructura primaria. Se debe a la capacidad de rotación que tienen los enlaces que forman el Ca de cada aminoácido. Se establecen debido a la infinidad de enlaces por puentes de hidrógeno que se producen entre los grupos -C-O de unos enlaces peptídicos y los grupos -NH de otros enlaces peptídicos próximos. Son conocidos tres tipos de estructura secundaria: a-hélice, hélice de colágeno y la conformación 3 o lámina plegada B. a) a-hélice ● Esta estructura se produce al enrollarse helicoidalmente la estructura primaria sobre sí misma, en sentido dextrógiro. ● Se forman enlaces de puentes de hidrógeno intracatenarios entre el grupo -NH de un aa y el -CO de otro, de los enlaces peptídicos, que debido al enrollamiento, se encuentran enfrentados. ● Presenta 3,6 aa por vuelta. Cadenas R hacia fuera Los restos R de los aa y los H del Ca se sitúan hacia el exterior de la hélice. ● b) La conformación ß o lámina plegada B Esta estructura se produce cuando varios fragmentos polipeptídicos, procedentes de la misma o de distintas cadenas, se disponen paralelos o antiparalelos unos con otros en zigzag y se asocian entre sí. Las cadenas polipeptídicas se pueden unir dedos formas distintas: Los fragmentos se disponen paralelos o antiparalelos, según tenga diferente o el mismo sentido. En las cadenas antiparalelas, una va en sentido N-C y la otra en sentido C-N. Características Se establecen enlaces de H entre los enlaces peptídicos del C=O de un segmento y del NH de otro segmento que quedan enfrentados Los puentes de hidrógeno son más o menos perpendiculares al eje principal de la estructura en hoja plegada. Todos los grupos R en cada una de las cadenas alternan, primero arriba del eje de la lámina, después abajo del mismo, y así sucesivamente. Muchas proteínas globulares presentan segmentos con conformación ß alternados con segmentos de estructura en a-hélice. En general, las proteínas que se quedan en la estructura secundaria, dan lugar a proteínas filamentosas alargadas. ● Son insolubles en agua y soluciones salinas y realizan funciones esqueléticas. Las más conocidas son; la -queratina del pelo, plumas, uñas, cuernos, etc; la fibroína del hilo de seda y de las telarañas; la elastina del tejido conjuntivo. 3.3. TERCIARIA Es la disposición que adopta la estructura secundaria en el espacio, como consecuencia de las uniones entre radicales de aa situadas a lo largo de la cadena. Las interacciones que intervienen en el plegamiento de la estructura secundaria son: ● Puentes de Hidrógeno. Se establecen entre los radicales de aa polares sin carga. Interacciones electrostáticas, enlaces de tipo iónico entre los radicales de aa ácidos y básicos. Puentes Disulfuro. Enlaces fuertes covalentes entre dos grupos SH de dos aa. Interacciones hidrofóbicas y uniones de Van der Waals. Son las uniones más débiles y se establecen entre aa cadenas laterales no polares. De la estructura terciaria depende la función de la proteína, cualquier cambio en la disposición de esta estructura puede provocar la pérdida de su actividad biológica. TIPOS DE ESTRUCTURA TERCIARIA: Fibrosa o filamentosa⇒La estructura secundaria no se pliega, las proteínas tienen forma alargada. Estas proteínas son muy resistentes e insolubles en agua. Función: Estructural. Globular La estructura secundaria se pliega y adopta una forma tridimensional compacta más o menos esférica. Estas proteínas son solubles en agua y disoluciones salinas. Función transportadora, enzimática, hormonal. 3.4. ESTRUCTURA CUATERNARIA Sólo se presenta en aquellas proteínas que están formadas por varias cadenas polipeptídicas Es la unión mediante enlaces débiles de varias cadenas polipeptídicas, denominadas subunidades o protómeros, con estructura terciaria, idénticas o no, para formar un complejo proteico . La estructura cuaternaria es responsable de la actividad biológica de la proteína. Según el número de protómeros que se asocian las proteínas que tienen estructura cuaternaria se denominan: Dímeros, hexoquinasa; tetrámero, hemoglobina; Pentámeros, ARN-polimerasa; Polímeros(los filamentos de actina y miosina de las células musculares, etc) Las uniones se realizan mediante enlaces débiles, no covalentes: Interacciones hidrofóbicas, puentes de hidrógeno, interacciones salinas, Fuerza de Van der Waals. En algunas ocasiones puede haber enlaces fuertes tipo puentes disulfuro, en el caso de las inmunoglobulinas. 66558855 4. PROPIEDADES DE LAS PROTEÍNAS Las propiedades de las proteínas dependen sobre todo de los radicales R libres y de que éstos sobresalgan de la molécula y, por tanto, tengan la posibilidad de reaccionar con otras moléculas. El conjunto de aminoácidos de una proteína cuyos radicales poseen la capacidad de unirse a otras moléculas y de reaccionar con éstas se denomina centro activo de la proteína. 4.1. SOLUBILIDAD Normalmente las proteínas con estructura terciaria fibrilar son insolubles en agua, mientras que las proteínas globulares son solubles. Al disolverse, dan lugar a disoluciones coloidales. A pesar de ser solubles, la mayoría de las membranas biológicas son impermeables al paso de proteínas ● La solubilidad de estas moléculas se debe a los radicales R de los aa apolares se sitúan hacia el interior, y los de los aa polares hacia el exterior y pueden establecer PH que se pueda unir a otras proteínas, lo que provocaría su precipitación. La solubilidad depende del pH, temperatura, concentración iónica... ● 4.2. ESPECIFICIDAD La especificidad es doble: de especie y de función. Especificidad de especie: Las proteínas en los seres vivos son características de cada especie, en algunos casos varían de unos individuos a otros. En su secuencia de aminoácidos, las proteínas presentan dos tipos de sectores: Sectores estables y sectores variables (Algunos aminoácidos pueden ser sustituidos por otros distintos sin que se altere la funcionalidad de la molécula). Ello ha dado lugar, durante la evolución, a una gran variabilidad de proteínas, lo que permite que cada especie tenga sus proteínas específicas y que, incluso, aparezcan diferencias entre individuos de la misma especie (rechazo en trasplantes de tejidos). Las diferencias entre proteínas homólogas, es decir, con la misma función, son grandes entre especies alejadas evolutivamente y escasas entre especies emparentadas. Especificidad de función. Cada proteína realiza una determinada función exclusivamente. La especificidad se debe a que su actuación se realiza mediante interacciones selectivas con otras moléculas con una secuencia de aminoácidos y una conformación concreta. 4.3. CAPACIDAD AMORTIGUADORA Las proteínas, al estar constituidas por aminoácidos, tienen un comportamiento anfótero. Tienden a neutralizar las variaciones de Ph del medio, ya que pueden comportarse como un ácido o una base y, por tanto, liberar o retirar protones (H+) del medio. 4.4. DESNATURALIZACIÓN Proceso por el cual la proteína pierde su estructura secundaria, terciaria y cuaternaria la proteína reducida a un polímero con estructura primaria. Las consecuencias inmediatas son la disminución drástica de la solubilidad de la proteína, acompañada frecuentemente de precipitación y la pérdida de todas sus funciones biológicas En determinados casos, la desnaturalización puede ser reversible. (renaturalización) Cuando los cambios son poco intensos y actúan durante poco tiempo. Agentes desnaturalizantes Calor. La mayor parte de las proteínas experimentan desnaturalizaciones cuando se calientan entre 50º y 600; otras se desnaturalizan también cuando se enfrían por debajo de los 10 a 15 oC. ● ● Radiaciones Químicos: todos los agentes que rompen interacciones o enlaces presentes en la estructura nativa de la proteína: Detergentes, urea a altas concentraciones, altas concentraciones de sal y extremos de pH. ● 5. CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS Se clasifican en: ● HOLOPROTEÍNAS: Formadas solamente por aminoácidos. Fibrosas función estructural/contractil(colágeno). Actina, miosina y queratina. O Globulares→ Albúminas, globulinas, histonas • Heteroproteínas: Formadas por una fracción proteínica y por un grupo no proteínico, que se denomina "grupo prostético. Se clasifican según la naturaleza del grupo: 1. Glucoproteínas: ribonucleasa, mucoproteínas, anticuerpos, proteínas de membrana... 2. Lipoproteínas: De alta, baja y muy baja densidad, que transportan lípidos en la sangre. (HDL, LDL...) 3. Nucleoproteínas: Nucleosomas. 4. Cromoproteínas: Pueden ser de dos tipos: Porfirínicas. Hemoglobina, mioglobina que transportan oxígeno; No profirínicas como la hemocianina (pigmento respiratorio de crustáceos y moluscos), hemeritrina (transporta oxígeno en la sangre de invertebrados) 5. Fosfoproteínas: Tienen PO4H3 en el grupo prostético. La caseína de la leche, vitelina en la yema de huevo, caseína en queso... 6. FUNCIONES DE LAS PROTEÍNAS Estructural →glucosa proteínas en la membrana celular, queratina en pelo y uñas e histonas en los cromosomas Enzimática →catalizan funciones químicas Hormonal insulina y glucagón Defensiva anticuerpos y trombina Transporte →hemoglobina y hemocianina Reserva energética (menos frecuente) →caseína Homeostática actúa como tampón Contráctil miosina y actina Anticongelante ENZIMAS Son biocatalizadores específicos de las reacciones químicas que tienen lugar en los seres vivos. Desde el punto de vista químico, todas las enzimas son proteínas globulares (excepto algunos tipos de ARN con capacidad catalítica, denominados ribozimas). Reacción química: Una reacción química implica la rotura de enlaces entre los átomos de los reactivos y la formación de nuevos enlaces, lo que origina productos. Este proceso no se lleva a cabo directamente, sino a través de un estado intermedio, denominado estado de transición o complejo activado A+B(reactivos)→C+D(productos) Glucosa+ATP-Glucosa 6P+ADP Se llama sustrato al compuesto sobre el que actúa la enzima y, como consecuencia de la catálisis, queda transformado en producto. 1. ENERGÍA DE ACTIVACIÓN Es la energía mínima que hay que comunicar a los reactivos para que se produzca la reacción química, o lo que es lo mismo para relajar o romper enlaces y formar otros nuevos para obtener así los productos. Para acelerar una reacción química se puede calentar los reactivos o añadir un catalizador, es decir, una sustancia que disminuya la energía de activación necesaria para llegar al estado de transición. 2. AMINOÁCIDOS QUE CONSTITUYEN LA ESTRUCTURA DE UNA ENZIMA Aminoácidos estructurales Responsables de la forma Aminoácidos de fijación → Se unen al sustrato y lo que fijan mediante enlaces débiles. Aminoácidos catalizadores Modifican el sustrato. Provocan la rotura de alguno de los enlaces del sustrato, catalizando su transformación en producto. 3. CARACTERÍSTICAS DE LAS ENZIMAS Las enzimas cumplen las características propias de los catalizadores: Aceleran la reacción e intervienen en cantidades muy pequeñas, sin consumirse. Se obtiene la misma cantidad de producto, pero en menos tiempo. Pero las enzimas se diferencian de los catalizadores no biológicos en que: ● Son muy específicas Actúan óptimamente a la temperatura de los seres vivos. Son muy activas o eficaces. Al ser, en general, proteínas globulares, presentan un pH elevado. zimógenos o proenzimas➜ No son activas hasta que actúan sobre ellas otras enzimas o iones. pepsinógeno estomacal Isoenzimas→Pueden presentar formas moleculares diferentes pero que catalizan la misma reacción química Las enzimas actúan en reacciones encadenadas o vías metabólicas. los sustratos se transforman en productos a través de vías o rutas metabólicas (reacciones enzimáticas consecutivas), que generan intermediarios metabólicos o metabolitos. 4. TIPOS DE ENZIMAS SEGÚN SU ESTRUCTURA →PROTEÍNAS ENZIMÁTICAS (enzimas estrictamente proteicas) →HOLOENZIMAS = fracción proteica (APOENZIMA) + fracción no proteica (COFACTOR) Inorgánicos: cationes metálicos Mg2+, Fe2+, Zn2+, Ca2+, K+ ● Orgánicos -COENZIMAS (la unión con el poenzima es débil y temporal) o-Grupos prostéticos. Cuando los cofactores se encuentran unidos fuertemente a la apoenzima -El apoenzima determina la especificidad de la reacción, es decir el sustrato sobre el que puede actuar. -El cofactor permite la transformación del sustrato en producto. Se une al centro regulador. COENZIMAS Son sustancias necesarias en el proceso de catálisis enzimática. Nunca son proteínas, son como un segundo sustrato, pues la unión coenzima-apoenzima es temporal. TIPOS: ● DE ÓXIDO REDUCCIÓN O PROTONES H+, son transportadoras de electrones. NAD+/NADH NADP+/NADPH DE TRANSFERENCIA, transportadoras de energía. ADP/ATP Son transportadores de grupos químicos. Por ello, se modifican durante la reacción (a diferencia de la apoenzima). No son específicos: pueden unirse a muchos apoenzimas diferentes. 5. ACTIVIDAD ENZIMÁTICA Se conocen más de 2.000 enzimas diferentes, capaces de realizar una reacción química específica. Pero no hay ninguna célula que contenga todas las enzimas conocidas, sino que diferentes células contienen diferentes tipos de enzimas. Los enzimas inducen modificaciones a los sustratos a los que se unen, ya sea por ruptura, formación o redistribución de sus enlaces o introducción o pérdida de algún grupo funcional. O ACCIÓN ENZIMÁTICA PARA DOS SUSTRATOS: A veces, la enzima atrae primero a un sustrato y después al otro, liberándose también los productos por separado (mecanismo de "ping-pong"). E +S →ES→ E + P 6. EL CENTRO ACTIVO DE UNA ENZIMA. CARACTERÍSTICAS O Es una parte muy pequeña de la enzima. O Es donde se produce la reacción catalizada (La unión E y S) O Tienen una conformación espacial en forma de hueco, lo que facilita encajar el sustrato. o Están formados por aminoácidos que, aunque distantes en la cadena polipeptídica, debido a los repliegues de ésta, quedan próximos. Los radicales de estos aa presentan afinidad química por el sustrato, al que se unen por enlaces débiles, lo que facilita la separación del producto. En el centro activo se distinguen: aa de fijación y aa catalizadores. La unión del sustrato es muy específica: Complementariedad geométrica y complementariedad de cargas. 7. TEORÍAS/MODELOS DE LA ACCIÓN ENZIMÁTICA O Modelo de Llave y Cerradura (Emil Fischer): Substrato y enzima se acoplan de la misma manera que una llave se ajusta a su cerradura. hoy se considera insuficiente al no explicar algunos fenómenos. Modelo de Ajuste Inducido (Koshland): El centro activo de la enzima sufren una alteración en su estructura por el hecho físico de la unión con el sustrato.E stá mucho más de acuerdo con todos los datos experimentales conocidos hasta el momento. O Modelo de apretón de manos: La enzima y el sustrato modifican su forma para acoplarse O 8. GRADOS ESPECIFICIDAD ENZIMÁTICA Especificidad absoluta: Cuando la enzima actúa sólo sobre un sustrato. Especificidad de grupo: Cuando la enzima reconoce un grupo de moléculas determinado. Especificidad de clase: La actuación de la enzima no depende del tipo de molécula, sino del tipo de enlace. El resultado de la unión enzima (E) y sustrato (S) es que el sustrato se transforma en otra molécula llamada producto (P). Una enzima puede unir dos sustratos en su sitio activo 9. CINÉTICA DE LA ACTIVIDAD ENZIMATICA GRÁFICA DE MICHAELIS-MENTEN, Variación de la actividad enzimática con la concentración de sustrato. KM: Constante de Michaelis. Parámetro característico de cada enzima. Hace referencia a la afinidad de un enzima por su sustrato. Un valor KM bajo significa que consigue alta eficacia catalítica(la afinidad de la enzima por el sustrato) a bajas concentraciones de sustrato. Es la concentración de sustrato a la que la velocidad de reacción es la mitad de la Vmáx. ISOENZIMAS: Son enzimas que realizan la misma función, pero que se presentan en formas moleculares, Vmax y Km, distintos. Unas son más aptas para las células de unos órganos y otras para las de otros, o son más aptas para diferentes etapas de la vida. 10. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA ● TEMPERATURA: Cada enzima actúa a una temperatura óptima. Las variaciones de temperatura provocan cambios en la estructura terciaria o cuaternaria, alterando la actividad de la enzima. La mayoría de las enzimas se inactivan a temperaturas entre 50 - 60 oC, excepto las de las bacterias termófilas, capaces de resistir temperaturas próximas a 100 oC. se desnaturalizan. INHIBIDORES: sustancias que disminuyen, e incluso anulan, la velocidad de la reacción catalítica. Pueden ser perjudiciales o beneficiosos: Penicilina, AZT O INHIBIDORES IRREVERSIBLE O VENENO: Producen inactivación permanente de la actividad enzimática ya que se une al centro activo de la enzima y lo inutiliza de forma permanente O INHIBIDORES REVERSIBLE: El inhibidor se fija al centro activo de la enzima de forma temporal y no destruye la actividad catalítica de la enzima. ● 11. ESTRATEGIAS PARA AUMENTAR LA VELOCIDAD DE LAS REACCIONES ENZIMATICAS Aumento de la concentración de moléculas de sustrato ● Aumento de la concentración de moléculas de enzima REGULACIÓN POR INHIBICIÓN FEED-BACK O RETROALIMENTACIÓN: El producto final actúa como inhibidor, inactivando la enzima 1. Si hay mucho producto final se inhibe la enzima 1 para que baje y cuando comienza a haber menos producto final, la enzima vuelve e actuar y sube la producción. Aumento de la temperatura ● pH: Cada enzima actúa a un pH óptimo. Los cambios de pH alteran la estructura terciaria y, por tanto, la actividad de la enzima. ● O No competitiva: El inhibidor se une a una región distinta del centro activo y provoca un cambio en la conformación del enzima que da lugar a una disminución de su actividad o Competitiva: El inhibidor es una molécula con una conformación espacial parecida al sustrato, por lo que compite por alojarse en el centro activo, impidiendo la unión del sustrato ● Con el pH óptimo 12. CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS 1. Óxido-reductasas: (Reacciones de oxido-reducción) Facilitan la transferencia de electrones de una molécula a otra. Si una molécula se reduce, tiene que haber otra que se oxide. Ejempos: Deshidrogenasas (quitan Hy e de una molécula) Oxidasas 2. Transferasas (Transferencia de grupos funcionales) grupos aldehídos, grupos fosfatos (kinasas) 3. Hidrolasas (Reacciones de hidrólisis) Transforman polímeros en monómeros. Rompen enlaces con la adicion de una molecula de agua. Actúan sobre los enlaces: éster, glucosídico, peptídico, enlace C-N 4. Liasas. Separan grupos sin intervención de agua, sin hidrólisis 5. Isomerasas. La enzima transfoorma un isómero en otro. 6. Ligasas o sintetasas. Catalizan la unión de moléculas o grupos con la energía de la desfosforilacion del ATP. ● 13. VITAMINAS Grupo de sustancias orgánicas de naturaleza, estructura y composición variada. No las podemos sintetizar y son imprescindibles. Se necesitan en cantidades muy pequeñas para el correcto funcionamiento del organismo; por eso se denominan micronutrientes. Debemos obtenerlas a partir de la dieta: vegetales, bacterias y hongos la sintetizan. Características: ● No son nutrientes energéticos ni forman estructuras Desempeñan funciones catalíticas Algunas actúan como coenzimas o precursoras de coenzimas, resultando imprescindibles para el correcto funcionamiento del metabolismo celular. Son esenciales para la mayoría de los organismos CLASIFICACIÓN: HIDROSOLUBLES Son pequeñas moléculas solubles en agua. Muchos incluyen nucleótidos en su estructura. Actúan como coenzimas o precursoras de coenzimas; (C y la familia de las vitamina B) Ejemplos: Vitamina B9, ácido fólico⇒(acción) Coenzima del metabolismo de ácidos nucleicos y aminoácidos. (Sintomas de deficiencia)Anemia Vitamina B2 (riboflavina) → (Acción)Constituyente de coenzimas FAD. (Sintomas de deficiencia) Labios enrojecidos, grietas en las comisuras de la boca, lesiones oculares. Ácido Pantoténico vitamina B5⇒ (Acción)Constituyente de la coenzima A. (Sintomas de deficiencia) Fatiga, perturbaciones del sueño, Alteraciones neurológicas LIPOSOLUBLES Son lípidos esteroides (vitamina D) o isoprenoides (vitamina A, E y K). Son insolubles en agua. Solubles en lípidos y sustancias apolares. Se ingieren y almacenan en el organismo en forma de provitaminas. Ejemplos: Vitamina D o calciferol (Fuentes en la dieta) Aceite de hígado de bacalao, huevo, lácteos. (Funciones en el cuerpo) Promueve el crecimiento y mineralización de los huesos. Aumenta la absorción de calcio. (Síntomas de Deficiencia) Raquitismo Osteomalacia Vitamina E (tocoferol)→(Fuentes en la dieta) Semillas, verduras de hoja verde, margarinas, manteca. (Funciones en el cuerpo ) Antioxidante, evita daños celulares (Síntomas de deficiencia ) Posiblemente anemia. Vitamina K (Fuentes en la dieta) Verduras de hojas verdes. Producto de bacterias intestinales. (Funciones en el cuerpo ). Importante en la coagulación de la sangre. (Síntomas de deficiencia ) Sangrado, hemorragias internas. Coagulación sanguínea deficiente. ÁCIDOS NUCLEICOS Químicamente los ácidos nucleicos son polímeros de elevado peso molecular constituidos por la unión mediante enlaces químicos de unidades menores llamadas nucleótidos. ARN Y ADN 1. COMPONENTES 1.1. NUCLEÓSIDOS: Se denomina nucleósido a la molécula que resulta de la unión entre una pentosa (ribosa o desoxirribosa) y una base nitrogenada. mediante un enlace ß-N-glucosídico. El enlace N-glucosídico se establece, con pérdida de una molécula de agua, entre el -OH del C1 de la pentosa y el hidrógeno del N1, si se trata de una base pirimidínica (C,T,U), o el N9, si es una base púrica (A,G). 1.2. NUCLEOTIDOS: molécula que resulta de la unión de un nucleósido a un ácido fosfórico, mediante enlace éster. Están formado por una base nitrogenada, un azúcar y un ácido fosfórico. enlace éster se produce entre el grupo hidróxilo (- OH) del carbono 5`de la pentosa y el OH del ácido fosfórico Podría producirse el éster con los hidroxilos 2', 3' y 5' de los ribonucleótidos o con los 3' y 5' de los desoxirribonucleótidos. La presencia de fosfato confiere carácter ácido a la molécula de los nucleótidos. FUNCIONES DE LOS NUCLEOTIDOS 1. Son los monómeros de los ácidos nucleicos. 2. Nucleótidos no nucleicos. Son nucleótidos que se encuentran libres en la célula. Realizan diferentes funciones: 2. a. Nucleótidos acumuladores de energía Intervienen en las reacciones metabólicas en que se libera o consume energía, ya que los enlaces entre fosfatos de los nucleótidos acumulan energía química que puede transferirse a otras sustancias cuando dichos enlaces se hidrolizan: ATP + H2O → ADP + Pi + Energía ADP +H20 AMP + Pi +Energía De igual manera, la energía desprendida en muchas reacciones químicas y procesos fisiológicos puede aprovecharse para sintetizar las formas energéticas de los adenosín-fosfatos 2. b. Nucleótidos que actúan como coenzimas Las coenzimas son moléculas orgánicas, no proteicas, que intervienen en las reacciones catalizadas por enzimas, actuando, generalmente, como transportadores. Los átomos de hidrógeno desprendidos en las reacciones de oxidación son captados por estas moléculas que actúan como transportadoras de H. NAD+, NADP+, FAD... son coenzimas que participan en reacciones de deshidrogenación (para ello toman H+ y electrones de algunas moléculas y quedan con forma reducida: NADH, NADPH, FADH2, FMNH2) Actúan como coenzimas en reacciones de oxido-reducción COENZIMA A: Interviene en procesos metabólicos como transportador de grupos acilo procedentes de ácidos orgánicos. El acetil CoA, un derivado de la CoA con gran importancia en el metabolismo celular. En su composición se encuentra la vitamina B5 o ácido pantoténico. 2. c. Algunos nucleótidos como el AMP cíclico actúan como mediadores en la comunicación celular. 2. ENLACE FOSFODIESTER Dos nucleótidos van a poder unirse entre sí mediante un enlace fosfodiéster o fosfato, este enlace se forma entre un OH del ácido fosfórico de un nucleótido y el OH del carbono 3 del azúcar del otro nucleótido con formación de una molécula de agua La unión de otros nucleótidos dará lugar a un polinucleótido los extremos libres 5' y 3 marcan el sentido de la cadena polinucleótidlca'. Se establece entre el radical fosfato situado en el carbono 5`de un nucleótido y el radical -OH del C 3`del nucleótido siguiente (enlace 5'03') 3. ACIDO DESOXIRIBONUCLEICO (ADN) 3.1. TIPOS Monocaternario y Bicaternario 3.2. LOCALIZACIÓN En procariotas➜Una molécula de ADN bicatenario circular no asociado a histonas y proteinas no histonas (nucleoide) En eucariotas → Moléculas lineales ligadas a proteínas básicas (histonas), en el núcleo, como fibra de cromatina o como cromosomas. -ADN en las mitocondrias y en los cloroplastos (en anillo) En los virus → Una molécula monocateria o bicatenaria, lineal o circular. 3.3. ESTRUCTURA DEL ADN A. ESTRUCTURA PRIMARIA Es la secuencia de nucleótidos de una sola cadena, unidos por enlaces fosfodiéster. La cadena presenta dos extremos libres: el 5' unido al grupo fosfato y el 3' unido a un hidroxilo. Cada cadena se diferencia de otra por: su tamaño, su composición y su secuencia de bases. La secuencia se nombra con la inicial de la base que contiene cada nucleótido: ACGT. Contiene la información genética. P- dR-A Las bases de ambas cadenas se mantienen unidas por enlaces de hidrógeno. El número de enlaces de hidrógeno depende de la complementariedad de las bases. B. ESTRUCTURA SECUNDARIA (WATSON Y CRICK) CARACTERÍSTICAS: Es una doble hélice de 2 nm de diámetro. ● ● ● Las bases nitrogenadas se sitúan en el interior de la doble hélice, siendo los planos de sus anillos paralelos entre sí, y perpendiculares al eje imaginario de la doble hélice. Las parejas de bases se encuentran unidas a un armazón formado por las pentosas y los grupos fosfato. El enrollamiento es dextrógiro(la estructura gira a la derecha a medida que avanza) y plectonémico((para que las dos cadenas se separen es necesario que se desenrollen)) Cada pareja de nucleótidos está situada a 0,34 nm de la siguiente y cada vuelta de doble hélice contiene 10 pares de nucleótidos (3,4 nm). Las dos cadenas son antiparalelas y complementarias es decir, sus enlaces fosfodiester 5' 3, tienen sentidos opuestos. MODELOS DE DOBLE HÉLICE DE ADN FORMA A: Es dextrógira, pero las bases están en planos inclinados y el eje no los atraviesa por el centro. FORMA Z: Es levógira, con enrollamiento irregular en zig-zag. Se da donde hay muchas C y G. Se cree que constituye señales de proteinas reguladoras de la expresión del mensaje genético. FORMA B ((Watson y Crick)): Las bases están en planos horizontales y el eje los atraviesa por el centro. Dextrogira Estructura mantenida por enlaces de puente de H, y por las interacciones hidrofóbicas entre los grupos lipófilos -CH3 y -CH= de las bases (que se disponen hacia el interior). REPLICACIÓN: el ADN hace copias de sí mismo. El ADN contiene y almacena la información genética, la cual deberá expresarse mediante la síntesis de proteínas. Además esta información debe transmitirse de generación en generación. Existe gran diferencia entre el contenido de ADN de seres unicelulares primitivos y el de organismos pluricelulares. Dentro de un mismo grupo puede haber, a su vez, grandes diferencias que no parecen guardar relación con su complejidad. DESNATURALIZACIÓN E HIBRIDACIÓN DEL ADN: La desnaturalización se produce al separarse las dos hebras por la rotura de los enlaces de hidrógeno por la temperatura o el pH. Manteniendo una temperatura de 65 °C o menor durante un tiempo prolongado se puede producir la renaturalización o hibridación del ADN. EMPAQUETAMIENTO (superenrollamiento) DEL ADN CIRCULAR BACTERIANO (procariota): La doble hélice circular bacteriana se asocia a un pequeño número de proteínas y ARN que mantienen su empaquetamiento en el nucleoide, mediante un superenrollamiento en forma de ochos que dan lugar a dominios o bucles. También es una doble hélice de ADN circular el contenido en los cloroplastos y mitocondrias en eucariotas. EMPAQUETAMIENTO DEL ADN EN CÉLULAS EUCARIOTAS EN DIVISIÓN. LOS CROMOSOMAS MITÓTICOS: En el núcleo en interfase de las células eucariotas, el ADN se encuentra desenrollado, en forma de cromatina, asociado a unas proteínas llamadas histonas. C. ESTRUCTURA TERCIARIA En las células eucariotas, al tener mayor cantidad de ADN, el problema consiste en introducir en cada célula más de 1 m de ADN, siendo el diámetro del núcleo apenas 10 micras. Para ello, el ADN forma fibras de 10 nm, 30 nm, bucles, rosetones y cromosomas. FIBRA DEL "COLLAR DE PERLAS" O FIBRA DE 100 Å: aparece en las células eucariotas somáticas en interfase. (1er nivel de empaquetamiento) La cromatina presenta aspecto de collar de perlas. Cada perla es un nucleosoma de 10 nm de diámetro. Nuclesoma ADN espaciador (o linker) FIBRA CROMATÍNICA O DE 300 Å (MODELO DEL SOLENOIDE: (20 nivel de empaquetamiento) Es el resultado de la condensación de la fibra de 100 A que se enrolla sobre sí misma alrededor de un eje, dando lugar a una forma más condensada y adoptando forma de solenoide (aproximadamente 6 nucleosomas por vuelta de solenoide.) Histona H, El nucleosoma está constituido por Un núcleo o core de histonas (octámero), envuelto por una doble hélice de ADN de 146 pares de base que describen 1,65 vueltas alrededor del octámero de histonas. El ADN espaciador o linker, lo constituyen dos hebras de ADN que conectan el núcleo posterior con el anterior. Cromatosoma La histona H1 se asocia a cada nucleosoma. Cada cromatosoma contiene 166 pares de bases de ADN, que describen dos vueltas completas alrededor del octámero de histonas. MÉTODOS PARA EL ANÁLISIS DE LA ESTRUCTURA DEL ADN R. Franklin observó que la doble hélice tiene: ancho uniforme de 2 nm 100 A ADN Histona H, 6 nucleosomas Nucleosoma 300 A 3er Y 40 NIVELES DE EMPAQUETAMIENTO: la fibra de 30 nm se pliega en forma de grandes bucles o asas radiales (70 nm). Estas estructuras se compactan en rosetones y espirales de rosetones, para dar lugar a las cromátidas de los cromosomas. 3.4. HITOS HISTÓRICOS EN EL ESTUDIO DEL ADN En 1896 Friedrich Miescher aisló un compuesto al que llamó nucleína (posteriormente ADN). En 1944 Avery y colaboradores establecieron que el ADN era la molécula portadora de la información genética. Franklin, Wilkin, Watson y Crick desarrollaron un modelo para explicar la estructura del ADN. En 1966 Severo Ochoa terminó de descifrar el código genético. Watson y Crick sugirieron la hipótesis de la replicación del ADN en y Severo Ochoa fabricó cadenas de ácido nucleico en un tubo de ensayo. • bases separadas por 0.34 nm • cada vuelta de la doble hélice está formada por 10 pares de nucleótidos, lo que supone una longitud de 34 A por vuelta de hélice. 4. ÁCIDO RIBONUCLEICO (ARN) Es un polirribonucleótido formado por la unión de ribonucleótidos 5 fosfato de A, G, C y U unidos mediante enlaces fosfodiester en sentido 5' 3'. Su estructura es en la mayor parte de los organismo monocatenaria excepto en algunos virus, el ARN es bicatenario. En algunos ARN monocatenarios hay zonas con estructura bicatenaria en doble hélice, por la complementariedad de bases. Su función es dirigir la síntesis de proteínas a partir de la información obtenida del ADN. Todos los ADN se forman a partir de ARN, tomando una parte de él como molde (lo que hace que sean complementarios). En los virus, que carecen de ADN, se encarga de almacenar y trasmitir la información genética En las células eucariotas se localiza en el núcleo (nucleolo y disperso en nucleoplasma) y citoplasma (ribosomas, disperso en el citosol, en mitocondrias y cloroplastos. En las células procariotas se localiza en citoplasma y ribosomas 4.1. EL ARN DE TRANSFERENCIA (ARNt). Tiene entre 70 y 90 nucleótidos y se encuentra disperso en el citoplasma. Hay unos cincuenta tipos de ARNt. Constituye el 15% del ARN de la célula. ● ● ● ● Estructura: El ARNt es monocatenario, pero presenta zonas con estructura secundaria en doble hélice, y zonas con estructura primaria o lineal, que forman asas o bucles, lo que confiere a la molécula una forma de hoja de trébol. En ella se distingue: -Brazo D: Unión con el enzima que cataliza la unión del ARNt al aminoácidoespecífico. El ARN t, con su aminoácido específico se denomina aminoacil-ARNt. -Brazo T, se une al ribosoma durante la traducción. -Brazo del anticodón o Brazo A: tiene un (anticodón) triplete que determina el aminoácido que se unirá a la molécula y que es complementaria del algún codon del ARN m. Zona de unión al ARNm. Diferente para cada ARNt en función del aa que transportan. se sintetiza en el núcleo y sale hacia el citoplasma para realizar su función. Su función es transportar aminoácidos específicos hasta los ribosomas, donde, según la secuencial especificada en un ARN mensajero se sintetizan las proteínas. Las diferencias entre los ARNt son debidas fundamentalmente a una secuencia de tres bases nitrogenadas, denominada anticodón. ● Entre los nucleótidos que forman los ARNT, además de A, G, C y U, aparecen otros que llevan bases metiladas, como la dihidrouridina, la ribotimidina, la inosina, la metilguanosina... que constituyen el 10% de los ribonucleótidos totales del ARNt. ● -Extermo 3': todos tienen una secuencia de nucleótidos CCA sin aparear, que actúa como aceptor de aminoácidos. Por este extremo se une al aminoácido. -Extremo 5': Tiene un triplete con G y un ácido fosfórico libre. ● 4.2. EL ARN MENSAJERO Es monocatenario, básicamente lineal, excepto algunas zonas donde se forman horquillas y con un peso molecular que oscila entre 200.000 y 1.000.000. Bucle (obrazo) D Su función es copiar la información genética del ADN (→ transcripción) y llevarla hasta los ribosomas. En éstos se sintetizarán las proteínas (→ traducción). Tiene una vida muy corta (algunos minutos) ya que es destruido rápidamente por las ribonucleasas. ● EN EUCARIOTAS: Presenta algunas zonas (pocas) en doble hélice, por complementariedad de bases entre distintos segmentos, y zonas lineales que dan lugar a los llamados lazos en herradura. El ARNm eucariótico se forma a partir del transcrito primario, también llamado ARN heterogéneo nuclear Posee una serie de segmentos con información, denominados exones, alternados con otros sin información denominados intrones, que luego son suprimidos y no aparecen el ARNm Este proceso se denomina maduración y se produce en el núcleo. Sitio de unión del aminoácido ● Anticodón EN PROCARIOTAS: Bucle (o brazo) TYC ● En el extremo 5 tienen una "caperuza" de metil-guanosina unida al grupo trifosfato, y en el extremo 3', una "cola" de poli A. porta información para que se sintetice una proteína: MONOCISTRÓNICO. En el extremo 5 tienen un grupo trifosfato. contiene información separada para la síntesis de varias proteínas distintas: POLICISTRÓNICO. 4.3. ARN NUCLEOLAR Se encuentra asociado a diferentes proteínas formando el nucléolo. Se origina a partir de diferentes segmentos del ADN denominados región organizadora nucleolar(NOR). Una vez formado se fragmenta dando lugar a los diferentes tipos de ARNr. Se trata de una hebra única de 45 S, a partir de la cual se obtiene por escisión enzimática, los ARN ribosómicos 18 S; 5,8 S y 28 S. A partir de todos ellos se forman las dos subunidades ribosómicas, una de 40 S y otra de 60 S, que atraviesan la envoltura nuclear y se unen en el citoplasma, dando lugar a un ribosoma de 80 S. Es un ARN que se encuentra constituyendo, en parte, el nucléolo en las células eucariotas. 4.4. ARN RIBOSÓMICO Es el más abundante. El ARNr unido a proteínas básicas forman los ribosomas. El ribosoma es el encargado de la traducción del ARNm. Los distintos ARNr tienen una estructura monocatenaria con bucles y horquillas que condicionan su estructura secundaria. Estos plegamientos condicionan su interacción con las proteínas ribosoma les para formar las subunidades de los ribosomas. ● Este tipo de ARN representa el 60% del peso de dichos orgánulos. El ARNr presenta segmentos lineales y segmentos en doble hélice. El ARNr está asociado con las proteínas ribosómicas (más de 70), formando una estructura relacionada con la síntesis de proteínas El peso molecular del ARNr oscila entre 500.000 y 1.700.000. Las células procariotas presentan ribosomas de 70 S, menor peso que los de las células eucariotas, de 80 S Se ha observado la existencia de ARN con función biocatalizadora (ribozimas), por lo que se ha sugerido que, en el origen de la vida, los ARN pudieron ser las primeras moléculas capaces de autoduplicarse. Después, sería el ADN el encargado de guardar la información genética, ya que su cadena es más estable. Participan en el procesado del RNA transcrito primario y en la formación de enlace peptídico en la síntesis de proteínas. 5.5. OTROS TIPOS DE ARN Algunos tienen función catalítica: ribozimas. Otros se asocian con proteínas para formar ribonucleoproteínas, algunas de las cuales modifican los ARNm para hacerlos funcionales. Existen algunos que pueden escindirse en varios fragmentos por sí mismos: autocatalíticos. Fuente: Libro Santillana Biología 2ª Bachillerato