Aminoácidos, Péptidos y Proteínas: Fundamentos de la Bioquímica

Aminoácidos

Un aminoácido es una molécula orgánica en la que encontramos un carbono central o α al que se le unen 4 sustituyentes diferentes: un grupo amino (-NH2), un carboxilo (-COOH), un H y un tercer grupo R. El carbono α se denomina así por su posición relativa con respecto al grupo carbonilo. Todos los aminoácidos presentan unas características comunes, y es la naturaleza del grupo R, al que se denomina como la cadena lateral, lo que les diferencia, caracteriza y proporciona sus propiedades específicas.

Los aminoácidos son moléculas que se describen en su fuente natural y seguidamente los investigadores estudian la estructura para proporcionar una síntesis química. Los aminoácidos conocidos son: Se pueden nombrar con abreviaturas de tres o una letra, para escribir la secuencia de una proteína se suele usar la abreviación de una letra.

Cabe resaltar que una proteína es una macromolécula o un polímero; es decir, un conjunto de unidades estructurales básicas denominadas monómeros, en este caso, los aminoácidos.

Encontramos dos excepciones de los aminoácidos, el 21 y 22:

La **selenocisteína (Sec)** es un aminoácido codificado por el codón STOP UGA cuando lo que se sintetiza es una selenioproteína, esto hace parar la síntesis de la proteína. Tiene su propio y específico tRNA capaz de reconocer cuándo debe incorporar Sec.

La **pirrolisina** es un aminoácido codificado por el codón STOP UAG en arqueas metanogénicas, esta proteína solo se encuentra en organismos procariotas.

En nuestro organismo, no poseemos las rutas necesarias para fabricar todos los aminoácidos, sino que hay algunos que necesitamos obtenerlos del alimento. Estos son los 9 aminoácidos esenciales; la arginina se considera esencial en los primeros años de vida de los humanos, pero con el paso del tiempo se desarrollan rutas de síntesis y deja de ser esencial.

1.2. Estructura y propiedades de los aminoácidos

Atendiendo a la estructura del aminoácido puedo estudiar sus propiedades:

En primer lugar, los aminoácidos exhiben propiedades ácido-base debido a la presencia de dos grupos que pueden ionizarse. Dependiendo del pH de la solución en la que se encuentren, estos grupos pueden estar protonados o no. A pH ácidos, los dos grupos estarán protonados; a medida que aumenta el pH y el ácido carboxílico pierde su protón lo cual hace que la molécula sea neutra; por último, a pH básico la amina también pierde un protón, dejando el grupo amino sin carga y por tanto la carga total de la molécula será negativa.

La forma provocada se denomina forma catiónica, la forma neutra se denomina la forma zwiteriónica y la negativa se denomina forma aniónica.

La presencia de estas formas zwiteriónicas permite determinar una propiedad importante de cada aminoácido: su **punto isoeléctrico (pI)**, que corresponde al pH en el cual la carga neta del aminoácido es 0. Cada aminoácido tiene un pI único.

Además de estas propiedades ácido-base, los aminoácidos también exhiben propiedades ópticas debido a que los carbonos α son quirales, lo que implica la existencia de estereoisómeros. En el caso de los aminoácidos, estos pueden presentar enantiómeros, que son moléculas que son la imagen especular una de la otra, similar a la simetría entre nuestras manos. Para distinguirlos, se observa la disposición del grupo amino: si está hacia la derecha, se denominan aminoácidos D (dextrógiros), mientras que si está hacia la izquierda, se llaman aminoácidos L (levógiros). La mayoría de las proteínas están formadas por L aminoácidos.

1.3 Clasificación de los aminoácidos

Puedo clasificar los 20 aminoácidos proteínicos según la naturaleza de su cadena lateral R.

• La cadena lateral R es alifática no polar:
  • Glicocola
  • Alanina
  • Valina
  • Leucina
  • Metionina
  • Isoleucina
  • Prolina
• La cadena lateral R polar pero no cargada:
  • Serina
  • Treonina
  • Cisteína
  • Asparagina
  • Glutamina
• La cadena lateral R es aromática:
  • Fenilalanina
  • Tirosina
  • Triptófano
• La cadena lateral R polar cargada +:
  • Histidina
  • Lisina
  • Arginina
• La cadena lateral R polar cargada -:
  • Aspártico
  • Glutámico

En bioquímica es necesario conocer la estructura entera de cada aminoácido ya que te pueden pedir dibujarla así veremos cada uno de ellos:

Aminoácidos con cadena alifática no polar:

• Glicocola: es el aminoácido mas sencillo, si cadena R es un H y por eso es el único aminoácido que no tiene un estereoisómero.
• Alanina: es un aminoácido poco reactivo, el grupo R es un metilo que no reacciona ya que también es pequeño
• Metionina: tiene un S que es importante porque es un átomo que participa mucho en reacciones de oxidación y reducción

Aminoácidos con cadena apolar:

Se forma un ciclo de gran tamaño, características peculiares, suele estar en posiciones determinadas porque puede dar impedimento estérico para que la proteína adquiera una estructura determinada.

Aminoácidos con cadena polar no cargada:

Las dos tienen una amida que les da polaridad a la molecular pero no se puede ionizar

Tienen un grupo hidroxilo que da polaridad y además puede sufrir modificaciones ya que se les pueden unir otro grupos fincional

Aminoácidos con cadena cargada negativamente:

Aminoácidos con cadena cargada positivamente:

La histamina es importante ya que su grupo se puede protonar y aportar una carga positiva al aminoácido. El equilibrio de ionización esta entorno al pH fisiológico (7/7,5) y puede protonarse y desprotonarse fácilmente en pH neutros. Es un aminoácido importante en la formación de la hemoglobina.

Aminoácidos con cadena aromática

La presencia de esos ciclos hace que los aminoácidos tengan propiedades espectroscópicas importantes, son capaces de absorber en el rango del ultravioleta del espectro.

1.4 Reacciones de modificaciones química de aminoácidos.

Reacción con ninhidrina: La ninhidrina, junto con los aminoácidos, reacciona para formar un intermedio, el cual, al reaccionar nuevamente con otra molécula de ninhidrina, produce un compuesto de color morado que es cuantificable. Esta reacción se puede utilizar en la detección y cuantificación de aminoácidos, la cual es su principal empleo.

Reacción con cloruro de Dansilo: exhibe fluorescencia en luz ultravioleta. Y su principal aplicación es su empleo en la detección y cuantificación de aminoácidos.

1.5 Aminoácidos no proteicos

Además de los aminoácidos mencionados, existen otros no proteicos que desempeñan funciones importantes:

La β-alanina, similar a la alanina pero con el grupo amino en la posición β, se encuentra en vitaminas.

El GABA, unido al carbono #, actúa como neurotransmisor, facilitando la transmisión de señales entre neuronas a través de la sinapsis.

La ornitina y la citrulina son intermediarios en el ciclo de la urea.

La homoserina y homocisteína son intermediarios metabólicos.

Otros compuestos no proteicos cumplen funciones de señalización, actuando como hormonas, como es el caso de la tiroxina, segregada por la glándula tiroides y caracterizada por la presencia de yodo en su composición.

La taurina, precursor metabólico, es abundante en el organismo y desempeña funciones importantes.

Péptidos

2.1 ¿Qué son los péptidos? El Enlace peptídico

El enlace responsable de unir dos aminoácidos es conocido como enlace peptídico. Se forma mediante la unión del grupo carbonilo del primer aminoácido con el grupo amino del segundo, lo que da lugar al enlace peptídico. La combinación de dos aminoácidos forma un dipéptido, mientras que tres aminoácidos unidos constituyen un tripéptido.

Existe una distinción entre péptidos y proteínas que depende del número de aminoácidos. Cuando se superan los 70 aminoácidos, la estructura se considera una cadena polipeptídica y se le llama proteína, por debajo de este número se consideran péptidos. Para todos ellos se puede utilizar el nombre más general de polipéptidos o cadena polipeptídica, aunque estos dos términos se utilizan más como sinónimo de proteína que de péptido.

El enlace peptídico posee ciertas propiedades distintivas:

1. Carácter de doble enlace: A pesar de no ser ni un enlace sencillo ni uno doble, exhibe una distancia intermedia debido a formas resonantes. Este carácter de doble enlace hace que el enlace peptídico se mantenga en un plano, donde los átomos participantes están prácticamente alineados.
2. Disposición trans: A excepción de la prolina, que puede adoptar una disposición cis debido a la voluminosidad de su grupo R, el grupo R está orientado en posición trans con respecto al oxígeno del grupo carbonilo.
3. Restricción en el giro: El movimiento de los átomos que componen el enlace está restringido, lo que limita considerablemente cualquier giro. La cadena polipeptídica no es lineal, sino que puede adquirir una estructura compacta. Sin embargo, se permite el giro alrededor de los enlaces que unen el carbono α con el grupo carbonilo (C=O) y también del grupo amino que participa en el enlace peptídico. Estos giros se denotan mediante los ángulos φ (fi) y ψ (psi), respectivamente.

La cadena polipeptídica tiene dos extremos distintos: el extremo amino terminal (N-terminal o Nt), que es el inicio de la cadena y no forma parte de ningún enlace, y el extremo carboxilo terminal (C-terminal o Ct), que corresponde al último aminoácido de la cadena y posee un grupo carboxilo libre. Todos los péptidos tendrán estos extremos por lo general, aunque algunos pueden ser cíclicos como por ejemplo la ciclosporina A, el cual es un inmune depresor que se suele tomar después de un transplante para evitar un rechazo del nuevo órgano.

2.2 Propiedades de los péptidos

Los péptidos absorben en el rango ultravioleta y presenta un máximo de absorción en torno a los 280 nm. Sin embargo, cuando los aminoácidos se unen, surge un nuevo comportamiento. El enlace peptídico también absorbe en esta zona, con un máximo alrededor de los 220 nm, y abarca mucho más que la absorción individual de los tres aminoácidos.

En cuanto a las propiedades ácido-base, los péptidos también exhiben estas características, y su punto isoeléctrico puede calcularse teniendo en cuenta no solo los grupos terminales, sino también los grupos de aminoácidos y cadenas laterales. Además, presentan propiedades estereoquímicas, al igual que las proteínas, cabe resaltar que los péptidos están formados por aminoácidos mayoritariamente L.

Los aminoácidos pueden reaccionar con compuestos químicos para producir compuestos coloreados, y lo mismo ocurre con los péptidos. Dos de las reacciones mas importantes en este contexto son la reacción de Edman y el método de Lowry:

• La reacción de Edman permite secuenciar el extremo amino terminal de un péptido, ya que puede reaccionar con él.
• El método de Lowry se utiliza para cuantificar péptidos o proteínas. Utilizando el reactivo de Folin, que reacciona con los grupos hidroxilos, el reactivo de Folin oxidado se reduce, lo que provoca un cambio de color y con ello podemos calcular la concentración de péptidos y proteínas.

2.3 Péptidos naturales

Péptidos pequeños

Algunos ejemplos de péptidos pequeños incluyen el glutatión, que contiene una cisteína que puede formar un enlace disulfuro y la carnosina que, por otro lado, contiene un aminoácido importante llamado histidina, cuyo papel aún no se comprende completamente, pero se le han atribuido varias funciones, como la capacidad de actuar como tampón.

Péptidos hipofisarios

Otros péptidos, denominados hipofisarios, son sintetizados por la glándula pituitaria. Ejemplos de estos son la hormona adrenocorticotropa (ACTH), que participa en la estimulación de otras hormonas, y la prolactina, que estimula la producción y secreción de leche.

Péptidos hipofisarios secretados por la adenohipófisis

A pesar de que solo difieren en dos aminoácidos, estos cambios hacen que las funciones de los péptidos sean muy diferentes. Por ejemplo, la ACTH actúa en la contracción de los vasos sanguíneos, mientras que la oxitocina, otro péptido, participa en la contracción del músculo liso del útero durante el parto, provocando las contracciones necesarias para dar a luz al bebé.

Péptidos hipofisarios secretados por la neurohipófisis

La vasopresina se produce en el hipotálamo y se almacena en la glándula pituitaria posterior. Su función principal es regular la cantidad de agua en el cuerpo y controlar la presión arterial al contraer los vasos sanguíneos. Además, desempeña un papel en el comportamiento social, el apego y la memoria.

Oxitocina: A menudo llamada la "hormona del amor" o la "hormona del vínculo", la oxitocina se libera en el cerebro en respuesta a la intimidad física, el parto, la lactancia materna y otros eventos sociales positivos. Ayuda a promover el apego emocional, la confianza y la empatía, así como a facilitar las contracciones uterinas durante el parto y estimular la liberación de la leche materna.

Péptidos opiáceos endógenos

Endorfinas: Son neurotransmisores producidos por el cuerpo que actúan como analgésicos naturales. Se liberan en respuesta al estrés y al ejercicio físico, así como durante experiencias placenteras. Las endorfinas ayudan a aliviar el dolor, reducir el estrés y promover sentimientos de euforia y bienestar.

Encefalinas: Son péptidos opioides endógenos que actúan como neurotransmisores en el sistema nervioso central. Tienen propiedades analgésicas y regulan el estado de ánimo, el apetito y la respuesta al estrés. Las encefalinas se liberan en respuesta al estrés, el ejercicio y el placer.

Opioides no endógenos: Se refiere a los opioides que no son producidos naturalmente por el cuerpo, sino que son sustancias exógenas, como la morfina, la heroína y los medicamentos recetados como analgésicos. Estas sustancias se unen a los receptores opioides en el cerebro y el cuerpo, produciendo efectos similares a las endorfinas y las encefalinas, como el alivio del dolor y la sensación de euforia, pero también pueden ser altamente adictivas y tener efectos secundarios graves.

Péptidos del sistema inmunitario innato

Los péptidos que forman parte del sistema inmunitario innato desempeñan un papel crucial en la defensa del organismo contra agentes patógenos. Entre estos péptidos se encuentran las β-defensinas, que son especialmente destacadas por su actividad antimicrobiana. Estas β-defensinas suelen contener enlaces o puentes disulfuro que les confieren estabilidad estructural y eficacia en su función de impedir la infección por diversos microorganismos.

Otros péptidos

Existen otros péptidos que tienen funciones opuestas en el control del apetito y la saciedad. Un ejemplo destacado es la leptina, una hormona peptídica sintetizada principalmente en el tejido adiposo que actúa para regular el apetito y el metabolismo. La leptina se produce en mayor cantidad cuando queremos inducir una sensación de saciedad, enviando señales al cerebro para reducir la ingesta de alimentos. Por otro lado, existen péptidos como el péptido Ghrelina que inducen la sensación de hambre. La regulación del equilibrio entre la leptina y la Ghrelina, junto con otros factores, es fundamental para mantener un peso corporal saludable.

La investigación sobre la leptina ha generado un gran interés, ya que se ha especulado con la posibilidad de anular su efecto para inducir artificialmente la saciedad, lo que podría ser una estrategia eficaz para el tratamiento de la obesidad. Sin embargo, se ha descubierto que la sensación de saciedad está influenciada por una red compleja de genes y moléculas, lo que sugiere que el abordaje terapéutico para el control del peso corporal es mucho más complejo de lo que inicialmente se pensaba.

Ejercicio

Hannah es una niña que desde pequeña mostraba una conducta extraña con la comida: nunca quedaba saciada con la comida y estaba obsesionada con ella. Después de visitar muchos especialistas encontraron un nutricionista que, después de realizarle analíticas, y una prueba genética, descubrió que Hannah tenía unos niveles extremadamente bajos de leptina. Sufría una enfermedad denominada deficiencia congénita (enfermedad que se padece desde el nacimiento) de leptina.

El examen genético mostró estas diferencias en el gen que codifica la leptina:

DNA salvaje: 5Õ - AAG AGC TGC CAC TTG - 3Õ

DNA molde: 5Õ-TTC TCG ACG GTG AAC-3Õ. Cambio A por T , T por A, C por G y G por C

ARN: 3Õ - AAG AGC UGC CAC UUG - 5Õ: Cambio G por C, C por G A por U y T por A

Lys - Ser - Cys - His - Leu

DNA salvaje: 5Õ - AAG AGC TTC CAC TTG - 3Õ

DNA molde: 5Õ-TTC TCG AAG GTG AAC-3Õ

ARN: 3Õ - AAG AGC UUC CAC UUG - 5Õ

Lys - Ser - Phe - His - Leu

Observamos que no es una mutación silenciosa porque cambia un aminoácido, si aunque cambien las bases nitrogenadas, se produce el mismo aminoácido, seria una mutación silenciosa. Es una mutación importante porque cambia la estructura del aminoácido, la cisteína tiene un azufre, lo cual hace que difiera mucho del otro aminoácido; aldeas la phenilanalina tiene una cedan a aromática muy hidrofobia que puede favorecer la interacción entre cadenas de lecitina y puede provocar un cambio muy importante. En conclusión, el cambio de aminoácidos hace que se forme una cadena muy diferente.

Otro péptido de 30 aminoácidos importante es la Semaglutida, lo importante es que estimula la formación de insulina, inhibe la producción de glucagón, reduce el apetito y ralentiza la digestión. Es el principio activo del medicamento Ozempic, indicado para la diabetes tipo 2 pero que se utiliza también para la reducción de peso.

Proteínas

3.1 La estructura nativa

Las proteínas, esas moléculas fundamentales para la vida, son el resultado de una intrincada danza de aminoácidos que se unen para formar cadenas polipeptídicas. Estudiamos meticulosamente sus estructuras, buscando alcanzar su configuración tridimensional óptima, conocida como **estructura nativa**. Una vez que la alcanzan, estas proteínas se convierten en proteínas funcionales, capaces de llevar a cabo una amplia variedad de funciones vitales para los organismos vivos.

Con 20 aminoácidos diferentes en juego, las posibilidades de secuencias para formar una cadena polipeptídica de solo 4 aminoácidos son enormes: 204, un número que supera con creces la capacidad de síntesis de cualquier laboratorio. Sin embargo, en la naturaleza, no todas las combinaciones son posibles; existen solo algunas secuencias determinadas que se encuentran en las proteínas funcionales.

La importancia de la secuencia de aminoácidos en la estructura final y la función de una proteína fue comprendida por Anfinsen, quien estableció una conexión crucial entre ambas. Cada proteína tiene asignada una conformación única y específica, y toda la información necesaria para adoptar esa conformación está codificada en su secuencia de aminoácidos. En esencia, todo radica en la secuencia de aminoácidos.

Posteriormente, Frederick M. Richards confirmó esta idea al demostrar que la secuencia de aminoácidos contiene la información necesaria para el plegamiento de la proteína. Observó que durante el proceso de plegamiento, los enlaces peptídicos que unen diferentes regiones de la proteína se comportan de manera consistente, independientemente de los aminoácidos específicos presentes en esas regiones. Es decir, si se tienen dos fragmentos idénticos y se pliegan por separado, el resultado final es el mismo que cuando la proteína está completa; los enlaces no discriminan qué aminoácidos están presentes en cada región, siempre llevan al mismo plegamiento.

3.2 Niveles estructurales en proteínas

Los niveles estructurales de las proteínas ofrecen una visión detallada de su organización tridimensional, cada uno revelando aspectos cruciales sobre su función y comportamiento. Comencemos explorando estos niveles estructurales:

Estructura Primaria:

Este nivel se refiere a la secuencia lineal de los aminoácidos que componen una proteína. Se representa típicamente con una cadena de letras, como "MYAWCCDE", donde se observan los dos extremos: el amino-terminal (M) y el carboxilo-terminal (E). La secuencia primaria es esencial, ya que determina la forma y la función de la proteína. Aunque suele comenzar con la metionina, esto no es una regla fija y puede modificarse una vez que la proteína ha sido sintetizada.

Estructura Secundaria:

Aquí es donde observamos la disposición tridimensional de los aminoácidos en la secuencia de una proteína. La estructura secundaria de una proteína puede ser ordenada o desordenada:

En la estructura secundaria ordenada, los ángulos φ y ψ se mantienen constantes, lo que lleva a la formación de diferentes patrones. En el gráfico de Ramachandran se representa las posibles combinaciones de los ángulos φ y ψ que pueden encontrarse en las cadenas polipeptídicas. Este gráfico permite hacer predicciones sobre la estructura secundaria de la proteína que puede tener forma de hélice α, de lámina β o de hélice de poliprolina II.

La hélice α: descubierta por Pauling, los aminoácidos se disponen en una espiral dextrógira con aproximadamente 3.6 aminoácidos por vuelta. Los enlaces de hidrógeno intracatenarios entre el grupo carbonilo de un enlace peptídico y el grupo amino de otro enlace peptídico estabilizan la estructura. Las cadenas laterales de los aminoácidos están dispuestas hacia el exterior de la hélice, creando un patrón cuadrado en el corte transversal. Un ejemplo común de estructura helicoidal α son las queratinas, presentes en las uñas, los cuernos y el pelo, lo que ilustra cómo esta estructura secundaria específica se encuentra en diversas proteínas en la naturaleza.

La lámina β es una estructura extendida que se forma mediante dos o más hebras β, ya que una única hebra β no puede constituir una lámina de este tipo. Esta estructura se mantiene estable gracias a los enlaces de hidrógeno, los cuales se establecen entre las hebras β y participan los grupos que forman parte del enlace peptídico. Dependiendo de cómo se formen estos enlaces, existen dos tipos de láminas β: la lámina β paralela y la lámina β antiparalela, cuya distinción radica en la orientación de las hebras que las componen. En la lámina β antiparalela, las direcciones de los enlaces peptídicos en las dos hebras son opuestas, mientras que en la lámina β paralela, estas direcciones son paralelas. La estabilidad de estas láminas depende de la organización de los enlaces de hidrógeno. La lámina antiparalela tiende a ser más estable debido a una disposición más ordenada de los enlaces, lo que, paradójicamente, la hace más susceptible a ser desestabilizada al romperse con mayor facilidad.

Las cadenas laterales de los aminoácidos se proyectan hacia arriba y hacia abajo de la lámina β, contribuyendo a su estructura tridimensional. Aunque el enlace peptídico tiende a ser plano, no lo es completamente, lo que provoca que las hebras tengan cierto alabeo y pliegue, impidiendo que sean completamente lineales.

La hélice poliprolina II es una estructura de tipo helicoidal con una rotación levógira, lo que significa que al observarla se aprecian tres aminoácidos por vuelta, a diferencia de la hélice α. Esta hélice es más extendida que la α, lo que implica que no permite la formación de enlaces de hidrógeno intracatenarios, situación que puede desestabilizar su estructura. En un corte transversal, la hélice poliprolina II se asemeja más a un triángulo. Aunque esta estructura no se encuentra de manera aislada en la naturaleza debido a la falta de enlaces de hidrógeno, puede interactuar con otras hélices poliprolinas y establecer enlaces de hidrógeno con ellas, lo que contribuye a su estabilidad mediante interacciones intermoleculares.

En las estructuras secundarias desordenadas hacemos referencia a los giros β formados por 4 aminoácidos y estabilizados por enlaces de hidrógeno que se establecen entre el aminoácido i y el aminoácido i+3. Estos giros beta son importantes porque su función es la de conectar las hebras de una lámina β antiparalela

También existe la estructura Random o desordenada en la que entran todas las estructuras que no podemos meter en ninguna de las clasificaciones anteriores.

Estructura terciaria:

La estructura terciaria es la disposición en el espacio de los aminoácidos no consecutivos de la cadena. Tenemos dos tipos de estructuras terciarias:

Estructuras supersecundarias:

Se tratan de asociaciones de elementos de estructuras secundarias, generalmente se asocian dos tipos de estructuras secundarias ordenadas: hélice α o lámina β, podemos tener muchos casos, dos hélices α en la misma dirección, dos láminas β, una hélice α y una lámina βÉ

Cuando tenemos una asociación de mas de dos hélices α hablamos de “coiled coil”. Lo característico de un "coiled coil" es su disposición en paralelo, donde las hélices individuales se enrollan unas alrededor de otras formando una superhélice. Este empaquetamiento permite una interacción estable entre las cadenas y proporciona una estructura resistente y rígida.

También existen asociaciones de láminas β, en estos casos dos hebas de una lámina β se asocian y se unen a través de una estructura helicoidal (hélice α) esta estructura se conoce como $#$

También existe una asociación llamada clave griega o greca la cual esta formada por una lamina β antiparar lela de 4 hebras y otra estructura denominada barril β en la que se unen tantas hebras β que acabar girando como consecuencia del alabeo hasta que la primera hebra se une con la última y se forma una estructura cilíndrica cerrada que se asemeja a un barril.

Otro tipo de asociaciones de láminas β son las láminas β alabeadas en las que no se llega a formar un barril pero se llega a doblar la lámina

Algunos ejemplos de asociaciones de laminas β son:

Dominios:

Los dominios son asociaciones de estructuras secundarias independientes unas de otras. El plegamiento de unas de las asociaciones es independiente del plegamiento de la otra parte de la proteína. Podemos encontrar proteínas en las que detectamos que existen dominios con funciones diferentes para la misma proteína. Existen dos tipos de dominios:

• Dominios continuos: que están separados únicamente por un segmento polipetdico; es decir, si yo utilizara una encima que me corta un enlace peptídico, puedo separar perfectamente un dominio del otro
• Dominios discontinuos separados por mas de un segmento peptidico, debería cortar mas de un enlace peptídico para separar los dominios.

Tenemos dos tipos de proteínas con estructura terciaria:

Proteínas globulares o fibrosas

Las proteínas fibrosas son un tipo de proteínas con función estructural que comúnmente forman fibras alargadas y filamentosas en el cuerpo. A diferencia de las proteínas globulares, que suelen ser esféricas y solubles en agua, las proteínas fibrosas tienden a tener una forma alargada y una estructura repetitiva y además, son insolubles en agua.

Las proteínas globulares tienen una estructura esférica y tienen muchos mas tipos de funciones que las anteriores por ejemplo pueden tener función enzimática, función de señalizaciónÉ ade mas se caracterizan porque son solubles en agua

Estructura cuaternaria:

La estructura cuaternaria es una caracterstica de algunas protenas que est n formadas por dos o m s cadenas polipept dicas, conocidas como subunidades. Esta estructura describe la disposici n tridi mensional de estas subunidades y su orientaci n relativa entre s, ya que est n unidas mediante enlaces no covalen tes. Un ejemplo cl sico de protena con estructura cuaternaria es la hemoglobina, una protena presente en los gl bulos rojos que se encarga de transportar el oxgeno en el cuer po. La hemoglobina est formada por cuatro subunidades, cada una de las cuales contiene un grupo hemo capaz de unirse al oxgeno. Otro ejemplo importante es el fibrin geno, una protena implicada en el proceso de coagulaci n de la sangre. El fibrin geno se compone de tres pares de subunidades di ferentes que se ensamblan para formar un complejo pro teico funcional durante la coagulaci n. Adems, hay canales i nicos que tambi n presentan es tructura cuaternaria, como los canales i nicos implicados en las membranas celulares, donde m ltiples subunidades se organizan para formar un canal funcional que regula el flujo de iones a trav s de la membrana. Es importante destacar que la estructura cuaternaria es fundamental para la funci n de estas protenas, ya que la disposici n especfica de las subunidades determina sus propiedades y actividad biol gica. 3.3 la estructura del col geno Dedicamos una parte del tema a estudiar una protena muy importante que es el col geno, se trata de una protena importante ya que esta muy presente en nuestro organismo (es la protena que esta en mayor porcentaje en peso). Esta protena se suele ver dentro de los tipos de estructuras se cundarias aunque en realidad la estructura del col geno puede considerarse terciaria o incluso cuater naria. En las fibras de col geno, encontramos una unidad estructural repetida que consta de tres h lices de poliprolina II. Estas tres h lices de poliprolina II, a su vez, forman una h lice dextr gira de poliprolina, creando lo que se conoce como la triple h lice, o tropocol geno, que es la unidad b sica del col geno. La estabilidad de esta estructura se debe a los enlaces de hidr geno que mantienen unidas las tres h lices. Aunque no hay enlaces de hidr geno intra catenarios debido a su distancia, s pueden formarse entre cadenas, lo que se conoce como enlaces inter catenarios. Pgina 18 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. ¿Has probado ya el nuevo Huesitos COMBIX? ¡Flipaaantee! a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-9873925 El tropocol geno interact a entre s de manera ordenada, lo que conduce a la formaci n de una estructura cristalina, similar a una corona. Cuando esta ordenaci n no est presente, las estructu ras resultantes son opacas, como en el caso de los tendones. Este ordenamiento estructural es crucial para las propiedades fsicas y biol gicas del col geno, y su comprensi n es fundamental para entender su papel en la formaci n y la funci n de diversos tejidos en el cuerpo humano. La composici n del col geno es notable por la pre sencia abundante de aminocidos especficos, como la glicina, la prolina y la lisina. Adems, es posible la formaci n de hidroxilisina mediante la uni n de un grupo hidroxilo a la lisina. Esta combinaci n nica de aminocidos confiere al col geno su estructura distin tiva y sus propiedades funcionales. Aunque el col geno es una protena intrnsecamente estable, es especialmente susceptible a los efectos del envejecimiento. Con el paso del tiempo, se pro duce un proceso conocido como glicosilaci n, donde se a aden cadenas de az cares al col geno. Este proceso de glicosilaci n afecta el ordenamiento de las fibras de col geno, lo que puede resultar en una disminuci n de su funcionalidad y elasticidad. Para contrarrestar los efectos del envejecimiento en el col geno, muchas personas recurren a la suplementaci n con compuestos que favorecen la sntesis de col geno en el organismo. Estos suplementos pueden proporcionar los nutrientes necesarios para mantener la producci n ade cuada de col geno y preservar la salud de la piel, los huesos, las articulaciones y otros tejidos co nectivos. Cabe resaltar que una ingesta de col geno no tendr el efecto que se busca, lo que en realidad haya que ingerir son precursores del col geno. Proteinas intrinsecamente desordenadas: Las protenas intrnse camente desordenadas son aquellas que, en su forma natural, se encuentran en un estado desplegado o desordenado, a pesar de ello, son funcionales y activas. Este tipo de protenas desordenadas pueden interactuar con una variedad de ligandos y responder a di ferentes estmulos, lo que les permite procesar informaci n de ma nera ms compleja. Adems, suelen estar asociadas a cidos nuclei cos y pueden formar estructuras vricas organizadas para llevar a cabo diversas funciones. Una caracterstica distintiva de las protenas intrnsecamente desordenadas es que las regiones desordenadas suelen carecer de residuos hidrof bicos y tienden a tener una naturaleza polar. Esta polaridad les confiere una gran capacidad para interactuar con otras protenas y ligandos, lo que les permite participar en una amplia gama de procesos biol gicos. En resumen, las protenas intrnsecamente desordenadas representan una clase especial de pro tenas que desafan la noci n tradicional de estructura proteica ordenada, pero que desempe an roles importantes en la regulaci n y la transmisi n de informaci n dentro de las c lulas. 3.4 Plegamiento de prote nas Aun no se ha resuelto el problema del plegamiento de protenas, sabemos que la estructura tri dimensional est en su estructura primaria, y aunque sabemos que la informaci n est ah, no sa Pgina 19 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. ¿Has probado ya el nuevo Huesitos COMBIX? ¡Flipaaantee! a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-9873925 bemos como se traduce esa informaci n en un plegamiento u otro. Ademas tampoco se llega a comprender como el proceso de plegamiento de protenas puede ser tan r pido. Tenemos varios tipos de enlaces que estabilizan la estructura nativa de una protena: 1. Enlaces covalentes: hemos visto dos tipos de enlaces covalentes en las protenas: 1. 2. El enlace peptdico El enlace o puente disulfuro: se forma cuando tenemos dos residuos de cisterna pr xi mos en el espacio y forman un dmero, es un enlace covalente muy reversible, se puede formar y destruirse segn el ambiente de oxidaci n/reducci n que haya en la c lula. Es tos enlaces pueden ser de dos tipos: intracatenarios (entre la misma cadena) o interca tenarios (entre cadenas diferentes). Es el plegamiento de la protena lo que dirige la formaci n de cada pareja de enlaces disulfuro y no al rev s. Adems, en esta breve pel cula tambi n se aprecia cmo el plegamiento de una protena es jer rquico y modular. ¥ Los agentes desnaturalizantes son sustancias que pueden afectar la estructura tridimensional de las protenas, llevndolas a un estado desplegado o desnaturalizado. En el caso especfico de los puentes disulfuro, los agentes desnaturalizantes pueden romper estos enlaces y desestabilizar la estructura proteica. Existen dos tipos principales de agentes desnaturalizantes para los puentes disulfuro: Reductores: Estos agentes tienen la capacidad de reducir los puentes disulfuro, es decir, de romper los enlaces disulfuro. Uno de los reductores ms comunes es el $-mercaptoetanol. ¥ Al agregar $-mercaptoetanol a una muestra de protena, este agente reacciona con los puentes disulfuro, provocando la ruptura de los enlaces y desnaturalizando la protena. Oxidantes: Por otro lado, los oxidantes tambi n pueden desnaturalizar las protenas al oxi dar los grupos sulfhidrilo (-SH) de los residuos de cistena, formando nuevos enlaces disulfu ro o modificando la estructura de los puentes disulfuro existentes. El $-mercaptoetanol tambi n puede actuar como oxidante en ciertas condiciones. En el caso mencionado de la insulina y su an lisis en un gel, si se quisiera separar los distintos iso formas de insulina presentes en una muestra, se podra utilizar un gel de poliacrilamida, por ejemplo. Para desnaturalizar la insulina y romper los puentes disulfuro que podran interferir con su migraci n en el gel, se podra agregar $-mer captoetanol como agente reductor. Esto ayuda ra a desplegar la estructura de la insulina y faci litara su separaci n por tamao durante la elec troforesis en gel. 2. Efecto hidrof bico: es un concepto clave en el plegamiento de las protenas y en la forma ci n de sus estructuras tridimensionales estables. Se refiere a la tendencia de las mol culas no polares, como las cadenas laterales de aminocidos hidrof bicos, a evitar el contacto con Pgina 20 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-9873925 el agua y a agruparse entre s en un medio acuoso. Cuando una protena se encuentra en un ambiente acuoso, las regiones hidrof bicas de la protena tienden a plegarse hacia el n cleo de la estructura proteica, alej ndose del agua. Este proceso es impulsado por la energa li bre del sistema, ya que al agruparse las regiones hidrof bicas, se reduce el rea de superfi cie total expuesta al agua, disminuyendo as la energa libre del sistema y aumentando su estabilidad. 3. 3. 4. 5. 4. 5. 6. De nuevo, tenemos agentes desnaturalizantes como el SDS que distorsionan el efecto hidrof bico solubilizando las cadenas apocares en el medio acuoso. Suelen ser estructuras vricas or ganizadas a base de unidades proteicas asocia das a cido nucleicos. Enlace de hidr geno: En ciertas estructuras, se forman enlaces de hidr geno (H) gracias a la participaci n de grupos funcionales que forman parte del enlace pept dico. Adems de estos grupos, hay otros tomos que tambi n pueden contribuir a la formaci n de estos en laces de hidr geno. Estos se encuentran en los amino cidos cuyas cadenas laterales contienen grupos -OH o -NH, los cuales pueden participar en la formaci n de estos enlaces de hidr geno. Sin embargo, existe la posibilidad de romper estas interacciones mediante agentes desnatu ralizantes como el cloruro de guanidinio y la urea. Estos agentes distorsionan la red de enla ces de hidr geno al competir con los grupos involucrados en la formaci n de dichos enla ces. El cloruro de guanidinio, por ejemplo, contiene grupos amino que pueden protonarse, mientras que la urea, a ciertas temperaturas, puede interactuar con estos grupos, as como con algunos aminocidos y mol culas de agua presentes en la cadena. El resultado de este proceso es la desna turalizaci n de la protena, donde su es tructura tridimensional nativa se ve alte rada, lo que puede tener consecuencias significativas en su funci n y actividad biol gica. Interacciones electrost ticas:Las interacciones electroest ticas ocurren entre grupos con car gas opuestas, formando puentes salinos. En un entorno acuoso, es probable que los resi duos hidrof bicos se ubiquen en el interior de la protena, mientras que los residuos ms cargados est n en la superficie. Estas interacciones electroest ticas son susceptibles de ser afectadas por cambios en el pH o la concentraci n i nica. Por ejemplo, variaciones en el pH pueden alterar la carga de los grupos ionizables en la protena, lo que a su vez puede afectar las interacciones electroest ticas entre los residuos. Del mismo modo, cambios en la concentraci n i nica pueden influir en la estabilidad de los puentes salinos formados entre los grupos con cargas opuestas. Estas modificaciones en las condiciones ambientales pueden conducir a la ruptura de estas interacciones electroest ticas y, en consecuencia, a cambios en la estructura tridimensional de la protena. Esto puede tener un impacto significativo en la funci n y la actividad biol gi ca de la protena, ya que su estructura es fundamental para su correcto funcionamiento. Pgina 21 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. ¿Has probado ya el nuevo Huesitos COMBIX? ¡Flipaaantee! a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-9873925 5. Interacciones de Van der Waals: Las fuerzas de van der Waals son conocidas por ser dbiles en comparaci n con otros tipos de enlaces, sin embargo, su importancia radica en su gran cantidad. Estas fuerzas son muy numerosas y, al igual que los enlaces de hidr geno, desem pe an un papel crucial en la estabilidad y las propiedades de las mol culas y las biomol cu las. 3.5 Propiedades f sico-qu micas de las prote nas Muchas de estas propiedades las hemos visto en el tema de los peptidos o o de los aminocido y que las propiedades de las protenas son una acumulaci n de las propiedades de los aminocidos que las componen. Estas propiedades son muy importantes ya que si las conocemos nos pueden ayudar a dise ar un protocolo para purificar, detectar y cuantificar una protena Propiedades cido-base: Las protenas son sustancias anfot ras, lo que significa que pueden ac tuar como cidos o bases dbiles dependiendo del medio en el que se encuentren. Cada prote na tiene un punto isoel ctrico caracterstico, donde su carga neta es cero. Por encima del punto isoel ctrico, la protena tendr una carga neta negativa, mientras que por debajo de este punto, la carga neta ser positiva. Esta capacidad cido-base tambi n hace que las protenas act en como sustancias tamp n, como la hemoglobina, que ayuda a mantener el pH de la sangre en un rango ptimo. Ademas tiene un car cter zwiteri nico. Propiedades espectrosc picas: Las protenas exhiben un mximo de absorci n alrededor de los 280 nm, correspondiente a los mximos de absorci n de los aminocidos aromticos. Conocer la absorbancia en este punto permite la detecci n y cuantificaci n de la protena en una disoluci n, lo que facilita su estudio. El principal crom foro es el enlace peptdico. Los ms caractersticos son las cadenas laterales de los aminocidos aromticos. Algunas protenas son coloreadas (co factores y grupos prost ticos). Masa molecular: Las protenas tienen una masa molecular significativa, generalmente compuesta por cientos o miles de aminocidos, lo que determina su tama o. Esto es crucial para la separa ci n de protenas en funci n de su tamao durante procesos de purificaci n. Propiedades hidro dinmicas (masa y forma = tamao). Reactividad qumica: Reactividad de los aminocidos que los componen (NH2-t, COOH-t y R). Cloruro de dansilo, reactivo de Edman, ninhidrina o Mtodo de Lowry. Solubilidad: La solubilidad de las protenas puede variar segn la composici n de sus aminoci dos, lo que puede ser til para la separaci n de protenas con diferentes solubilidades. Adems, las enzimas, que son protenas, son especialmente importantes debido a su funcionalidad catalti ca. Su capacidad para catalizar reacciones especficas permite su f cil detecci n y purificaci n a lo largo del proceso de purificaci n. Funcionalidad: Ensayos especficos. Especialmente significativo en el caso de las enzimas. Precipitaci n fraccionada: La precipitaci n fraccionada, utilizando compuestos como el sulfato de amonio, es un mtodo comnmente utilizado para separar y purificar protenas basado en diferencias en su solubilidad en presencia de diferentes concentraciones de sales.

 TEMA 4 CLASIFIC PROT 4.1 Clasificaci n de prote nas seg n la composici n Existen dos tipos principales de protenas: las protenas simples o homoprotenas, que est n for madas exclusivamente por aminocidos, y las protenas conjugadas o heteroprotenas, que cons tan de una cadena polipptidica (llamada apoprotena) junto con una mol cula diferente, conoci da como grupo prost tico o cofactor. Las heteroprotenas tambi n pueden denominarse holopro tenas. Dependiendo de la naturaleza del grupo prost tico, se pueden clasificar en varios tipos de pro tenas: ¥ Nucleoprotenas: cuando el grupo prost tico es un cido nucleico. ¥ Glicoprotenas: si el grupo prost tico es un hidrato de carbono. Cuando los hidratos de carbono son complejos, se denominan glucoprotenas. ¥ Hemoprotenas: si el grupo prost tico es un grupo hemo. ¥ Fosfoprotenas: si se une un grupo fosfato al grupo prost tico. ¥ Metaloprotenas: si el grupo prost tico es un metal. ¥ Cromoprotenas: si el grupo prost tico es un grupo crom foro. ¥ Flavoprotenas: si el grupo prost tico es un nucle ti do de flavina. ¥ Lipoprotenas: si se unen lpidos al grupo prost tico. ¥ Mucoproteinas: si el grupo es un largo y complejo polisac rido. Pgina 23 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-9873924 4.2 Clasificaci n de prote nas seg n la conformaci n Segn su conformaci n, podemos clasificar las protenas en dos tipos principales, particularmente cuando nos referimos a la estructura terciaria: Protenas globulares: Estas protenas tienen una estructu ra tridimensional compacta y esf rica. Son solubles en agua y suelen desempe ar funciones diversas, como ca talizar reacciones bioqumicas, transportar mol culas, o actuar como reguladores en procesos celulares. Ejemplos de protenas globulares incluyen la mioglobina y la he moglobina. Protenas fibrosas: Por otro lado, las protenas fibrosas tienen una estructura alargada y fibrilar. Son insolubles en agua y, debido a su naturaleza, suelen desempe ar un papel estructural en los tejidos del cuerpo. Por ejemplo, el col geno es una protena fibrosa que pro porciona resistencia y elasticidad a los tejidos conecti vos como la piel, los huesos y los tendones. Otro ejemplo son las queratinas, que son protenas fibrosas que componen estructuras como el cabello, las u as y la epidermis. 4.3 Clasificaci n de prote nas seg n la localizaci n Protenas solubles: Estas protenas ejercen su funci n en disoluci n acuosa, es decir, en el me dio extracelular o intracelular donde el agua est presente en abundancia. Un ejemplo de prote nas solubles son las enzimas presentes en el cito sol de la c lula, que catalizan reacciones bioqu micas fundamentales para el metabolismo celu lar. Protenas de membrana: Estas prote nas requieren estar asociadas a una membrana lipdica para ser funciona les. Pueden ser de dos tipos: Protenas perif ricas: Son aquellas que se encuentran asociadas de forma temporal o dbil a la superficie de la membrana. Estas prote nas pueden interactuar con otras protenas de la membrana, con lpidos o con el citoes queleto celular. Ejemplos de protenas perif ricas incluyen algunas protenas de se alizaci n celu lar. Protenas integrales: Son protenas que se insertan completamente a trav s de la membrana lip dica, de manera que tienen regiones tanto en el interior de la c lula como en el exterior. Estas protenas pueden atravesar la membrana una o varias veces y desempe an diversas funciones, como transporte de mol culas a trav s de la membrana, transducci n de se ales y reconocimien to celular. Ejemplos de protenas integrales incluyen los canales i nicos y los receptores de mem brana. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Pgina 24 Abre tu Cuenta NoCuenta con el código WUOLAH10 y llévate 10 € al hacer tu primer pago a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-9873924 4.4 Clasificaci n de prote nas seg n la funcionalidad Segn su funcionalidad las protenas se pueden clasificar en: ¥ Protenas pasivas: que pueden desempe ar su funci n sin asociarse a otras protenas. - Protenas pasivas estructurales: su funci n es estructural por ejemplo en el citoesqueleto o la matriz extracelular y tambi n tiene propiedades mecnicas (flexibilidad, rigidez y resistencia). Algunos ejemplos son el col geno, la elastina y la queratina. - Protenas pasivas almacenadoras: Su funci n es almacenar por ejemplo el almacenaje de hierro. Algunos ejemplos son el complejo de ferrita y la miela de casena. ¥ Protenas activas: las protenas se asocian a una mol cula que se llama ligando Definimos un nuevo concepto que es la fracci n de saturaci n ! que es la cantidad de ligando unido respecto a la concentraci n de protena total. Ka N Ka = Lo que obtenemos es una hip rbole en la que vemos que hay una curva de saturaci n, en el caso de una protena y un solo ligando los valores varan entre 0 y. 1 . [ P L] Kd P + L'kd· PiL ka= [P][2] i [P 27 = . ka [P] [L] . [Lu] [P U = I fracci n W = [P+ ] L] ka[P][L] > W = [D] + [D. L] de saturaci n 8 = 0 Ka[P][ Ly [P3 + afinidad: ↳ ka [L] I a 4kd , 6 afinidad 1 + ka[L] [2] Ka: P + n L = P . Ln · 8 =- 1 P + 20 : D . L P . L + L . : P. 22 P-4n- + L · P . Ln +Ka: [2] Cuando trabajamos con protenas activas muchas veces vamos a tener las curvas de saturaci n definidas por la ecuaci n y encontraremos dos sitios diferentes, el sitio de union y el centro activo, sobre todo en las enzimas. No es lo mismo, el sitio donde se uno el ligando que donde se lleva a cabo la reacci n. = Dentro de las protenas activas tenemos el grupo mas abundantes y tenemos varios subgrupos: - Protenas reguladoras: protenas que pertenecen en procesos de se alizaci n celular como hormonas y receptores de membrana. Hormonas como la insulina y el glucag n - Protenas transportadoras: como la hemoglobina que transporta el oxigeno, tambi n los ca nales i nicos para transportar los iones. Pgina 25 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Abre tu Cuenta NoCuenta con el código WUOLAH10 y llévate 10 € al hacer tu primer pago a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-9873924 - Protenas protectoras: ayudan a protegernos frente a la infecci n de agentes pat genos como las inmunoglobulinas, fibrin geno y la trombina que se encargan de la coagulaci n sangunea. - Protenas catalizadores: catalizan reacciones como las enzimas, un esquema general es en cima + sustrato → complejo encima-sustrato → recuperaci n de la encima y la formaci n de un producto. Algn ejemplo son las lisozimas que se basan en la ruptura de la pared bacte riana (est sobre todo en la saliva) o la "-sarzina que rompe las cadenas de RNA. - Protenas contractiles: que participan en los procesos de contracci n, algun ejemplo son la activa, miosina y la tubulina (es al fibra de los microesqeueletos, microt bulosÉ) - Protenas activas t xicas: muchos de los venenos son protenas como el ntrax, la anmona, fosfolipasa, neurotoxinas - Proteinas ex ticas: Todas las dems las vamos a llamar protenas activas ex ticas, su funci n no se pede englobar en ninguna de las otras por ejemplo la funci n de adhesi n (que esta en la piel del mejill n por ejemplo), funcion el stica como la resilina en insectos, funciona edulcorante como la monelina que da sabor dulce y funci n anticongelante presente en los peces del rtico.

TEMA 5 Pr!"EÍNa# Pr!"EÍNa# Almacenadoras y transportadoras Las protenas surgen de un cambio crucial en el me tabolismo celular cuando se produce la transici n del metabolismo anaer bico al aer bico. En el pri mero, la participaci n de la mol cula de oxgeno es fundamental desde el punto de vista energ tico. En la va anaer bica, la glic lisis produce 2 ATP, mien tras que en la respiraci n celular aer bica se gene ran 36 ATP, lo que representa una diferencia signifi cativa de 18 veces ms energa. El oxgeno comienza a desempe ar un papel importante con la aparici n de las cianobacterias, que realizan la fotosntesis, liberando oxgeno que inicialmente era t xico. Sin embargo, surge un problema: Àcmo llega el oxgeno a los tejidos, especialmente en organismos pluricelulares? En organismos unicelulares, el oxgeno puede llegar a los tejidos mediante difusi n simple. Sin embargo, en organismos pluricelulares, la difusi n es insuficiente y lenta debido a la baja solubili dad del oxgeno en el agua. Por lo tanto, en nuestros cuerpos, el oxgeno circula a trav s de la hemoglobina, componente del sistema circulatorio compuesto por vasos sanguneos (venas y ar terias) distribuidos por todo el organismo. Adems, para mejorar la solubilidad del oxgeno y su transporte, aparecen la hemoglobina, que transporta el oxgeno, y la mioglobina, que lo al macena en los tejidos. Gracias a este sistema, es posible distribuir el oxgeno y garantizar su llega da a todas las c lulas para llevar a cabo el meta bolismo aer bico. El oxgeno viaja protegido por la hemoglobina, que est contenida en los gl bulos rojos, que ca recen de orgnulos y realizan un metabolismo anaer bico. La hemoglobina es una protena colorida debido a su contenido de hierro, que tam bi n la clasifica como una metaloprotena. Los peces rticos, adaptados a bajas tem peraturas, no tienen color en su sangre debido a la falta de hemoglobina. En su entorno, el oxgeno se disuelve f cilmente en el agua, permitiendo que se difunda hacia los tejidos. Otras protenas, como la hemocianina, que contiene cobre en lugar de hierro, tambi n pueden transportar oxgeno. Esta protena, de color azul, est presente en especies como el cangrejo bayoneta, lo que suscita un gran inter s cientfico. Pgina 27 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10007744 5.2 La hemoglobina y mioglobina La mioglobina y la hemoglobina son ejemplos de heteroprotenas, ya que est n compuestas por una apoprotena (la globina) y un grupo prost tico, que en este caso es el grupo hemo. Estas protenas se clasifican como metaloprotenas, cromoprotenas y hemoprotenas. Ambas son un ejemplo de cmo estructuras tridi mensionales muy similares pueden resultar en funcio nes diferentes. Mientras que la hemoglobina transporta el oxgeno a los tejidos, la mioglobina se encarga de almacenarlo. Una diferencia clave entre ellas es su afini dad por el oxgeno. Las caractersticas estructurales de estas protenas in cluyen el grupo prost tico hemo, que est compuesto por un anillo de porfirina con varios sustituyentes, como 4 grupos metilo, 2 grupos vinilo y 2 cidos propi nicos. Estos sustituyentes determinan que el grupo hemo corresponda al anillo de protoporfirina IX, siendo la diferencia principal entre ellas los sustituyentes de los 4 anillos. Adems de estos sustituyentes, encontramos un tomo de hierro en el centro del grupo hemo, que puede for mar 6 enlaces. Cuatro de estos enlaces se unen a la pro toporfirina, otro se une a un residuo de Lisina proximal presente en la cadena polipeptdica, y el ltimo enlace se utiliza para unirse al oxgeno, ya sea para almacenar lo o transportarlo. Estructura de la hemoglobina La hemoglobina es una mol cula ms compleja en comparaci n con la mioglobina. Se trata de un heterotetramero, lo que significa que est formada por cuatro cadenas peptdicas y h lices, ya que las subunidades no son idnticas. En la hemoglobina, encontramos dos cadenas ! y dos " que interact an entre s para formar la estructura completa. En cuanto a la estructura primaria, observamos diferencias entre las cadenas ! y " en su secuencia y composici n. La estructura secundaria de cada uno de estos monmeros, tanto ! como ", es principalmente helicoidal, con aproximadamente un 70% de h lice !. Cada monmero contiene 8 h lices identi ficadas con letras may sculas de la A a la H. Pgina 28 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Abre tu Cuenta NoCuenta con el código WUOLAH10 y llévate 10 € al hacer tu primer pago a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10007744 En lo que respecta a la estructura terciaria, es globular para cada una de las cadenas. Adems, la estructura terciaria es muy similar entre el monmero ! y el monmero ", diferenci ndose princi palmente en su estructura primaria. En cuanto a la estructura cuaternaria, los monmeros ! interact an con los monmeros " median te interacciones no covalentes. Sin embargo, los dos monmeros ! no interact an entre s, al igual que los dos monmeros ". Cada monmero contiene dos grupos hemo, lo que proporciona cuatro sitios de uni n al ox geno. Adems, hay varios tipos de hemoglobina, siendo la ms comn la HbA, presente en adul tos, compuesta por dos cadenas ! y dos " (!2"2). Otros tipos incluyen la HbA2, tambi n presente en adultos pero con una composici n ligeramente diferente en las cadenas polipeptdicas, encontramos de nuevo dos cadenas polpeptdicas dife rentes, dos ! y dos # que tendr n una estructura primaria diferente a las cadenas ! y a las " (por eso se nombra con otra letra griega). Este tipo de he moglobina constituye en 2% de toda la presente en el cuerpo de un adulto. La HbE est presente en los embriones y com puesta por cadenas $ y %; y por ltimo la HbF, o hemoglobina fetal, que tiene una mayor afinidad por el oxgeno y est compuesta por cadenas ! y &. La alta afinidad de la HbF por el oxgeno es importante para garantizar el suministro adecuado de oxgeno al feto durante el desarrollo fetal. En estas h lices, hay dos aminocidos de gran impor tancia. La histidina, que ocupa la posici n 8 de la h li ce F, es conocida como histidina proximal, ya que se encuentra directamente unida al tomo de hierro en el grupo hemo. Por otro lado, la histidina que ocupa la posici n 7 del grupo E es la histidina distal, que no est unida directamente al tomo de hierro, pero for ma un enlace de hidr geno con el oxgeno que se une a este tomo. Cuando la hemoglobina se une a una mol cula de di xido de carbono, esta se une al grupo hemo desplazando al oxgeno, lo que puede resultar en una muerte lenta e inadvertida. La funci n de las histidinas es crucial ya que, al plegarse, la he moglobina crea un entorno que favorece la uni n del oxgeno sobre el di xido de carbono, proporcionando un impedimento est rico contra este ltimo. El papel de las cadenas polipeptdicas es fundamental en la estructura y funci n de la hemoglobina. Las interacciones entre las cadenas ! y " son esenciales para la formaci n de la estructura tetramrica de la hemoglobina y para la estabilidad de la mol cula en su conjunto. El tomo de hierro en el grupo hemo puede tener diferentes estados de oxidaci n. Solo cuando el hierro est en estado de oxidaci n +2, la hemoglobina puede unir el oxgeno, formando lo que se conoce como oxihemoglobina. Si el oxgeno no est unido, la hemoglobina se denomina des Pgina 29 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Abre tu Cuenta NoCuenta con el código WUOLAH10 y llévate 10 € al hacer tu primer pago a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10007744 oxihemoglobina. Por otro lado, si el hierro est en estado de oxidaci n +3, no puede unirse al oxgeno, y se forma lo que se conoce como metahemoglobina. Los diferentes estados de la hemoglobina, como la oxihemoglobina, la des oxihemoglobina y la metahemoglobina, muestran cambios significativos en sus espectros de absorci n cuando se analizan mediante espectroscopa. Es tos cambios son indicativos de las diferentes conformaciones y estados de la hemoglobina y son cruciales para comprender su funci n en el transporte de oxgeno y di xido de carbono en el cuerpo humano. Estructura de la mioglobina La mioglobina, a diferencia de la hemoglobina, es un monmero que consiste en una sola cadena polipeptdica y un grupo hemo. Aunque el nmero de aminocidos en la mioglobina es ms simi lar entre las distintas cadenas, su estructura primaria sigue siendo diferente de las cadenas alfa y beta de la hemoglobina. En cuanto a la estructura secundaria, la mioglobina tambi n adopta una estructura helicoidal, con ocho h lices alfa identificadas de la A a la H. Se mantiene la presencia de la histidina en las posi ciones F8 y E7. La estructura terciaria de la mioglobina es globular y bastante similar entre el monmero alfa y beta, sin embargo, a diferencia de la hemoglobina, la mioglobina no tiene una estructura cuater naria. La diferencia funcional clave entre la hemoglobina y la mioglobina radica en su capacidad de uni n y transporte de oxgeno. Mientras que la hemoglobina transporta el oxgeno, la mioglobina se encarga principalmente de almacenarlo en el tejido muscular, debido a su estructura ms com pacta y su mayor afinidad por el oxgeno. En t rminos de cmo se une cada protena al oxgeno, la hemoglobina tiene cuatro sitios de uni n que pueden unirse a cuatro mol culas de oxgeno, formando un complejo con una constan te de disociaci n especfica. Por otro lado, la mioglobina solo se une a una mol cula de oxgeno. La fracci n de saturaci n, que es la concentraci n de oxgeno unido dividida por la concentraci n total de hemoglobina o mioglobina, se puede expresar en funci n de la constante de disociaci n. La curva de saturaci n de la hemoglobina es sigmoidea en lugar de hiperb lica como la de la mioglobina, lo que significa que se requiere una presi n parcial de oxgeno ms alta para alcanzar una fracci n de saturaci n del 50%. Esto se debe a las diferencias en la afinidad al oxgeno entre las dos protenas: la mioglobina tiene una mayor afinidad, lo que significa que alcanza una frac ci n de saturaci n del 50% a presiones parciales de oxgeno ms bajas en comparaci n con la hemoglobina. Esta diferencia en la afinidad al oxgeno es lo que hace que la hemoglobina sea una transportadora de oxgeno, mientras que la mioglobina es una protena de almacenamiento. ³-Uni n al oxgeno d Hemoglobina Mioglobina Hb + 402 Hb(02)4 * [ Hb][ CO2] kd = [Hb(02)n] [02]unido = 02 : 'MbOz Kd= Mb + [Mb] [02] [Hb] Total V = [02] , U = [O2] [02] [Mb]+ ³ kdMb+ [02] = Kanb + ³ X 0 * Hb + 02 . H202 +02 = i kdkdzkdz kdu pOz [02] U = P50Hb+ 8 = 0, 5 pOz , d' . Kdz HbOz H2(01)2 d O POz U = POz P5OMb + pOz 02] [Mb: ³ + Afinidad Pgina 30 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10007744 5.3 La cooperatividad La cooperatividad es nica para aquellas protenas con ms de una cadena polipeptdica, ya que tienen ms de un sitio de uni n con el ligando. Por eso, no se encuentra en la mioglobina. El coeficiente de Hill es un parmetro importante que se utiliza para describir la cooperatividad de la uni n de un ligando a una protena multimerica, como la hemoglobina. Indica la magnitud de la cooperatividad en la uni n del ligando, siendo 1 si no hay cooperatividad, mayor que 1 si hay cooperatividad positiva y menor que 1 si hay cooperatividad negativa. Es una medida impor tante para entender cmo la uni n de un ligando afecta la afinidad de la protena por ligandos adicionales. En el caso de la hemoglobina, su valor es de 3.2. Sin embargo, puede darse el caso de que el coeficiente de Hill sea menor que 1, lo que in dica una cooperatividad negativa, donde la uni n de la primera mol cula desfavorece la uni n de esa protena con una segunda cadena de ligando. En este caso particular, la cooperatividad es positiva. Variando la ecuaci n, se puede expresar el coeficiente de Hill en base a logarit mos. Al representar gr ficamente estos datos, obte nemos una recta. La pendiente de esta recta nos permite calcular el coeficiente de Hill. En el caso de la mioglobina, esta recta es 1, ya que el coeficiente es 1 en la mioglobina, mientras que la recta roja representa la hemoglobina. El equilibrio se da a trav s de dos estados diferentes, pasando de un es tado tenso a uno relajado. El estado tenso (T) corresponde a la des oxihemoglobina, mientras que el estado relajado (R) corresponde a la oxihemoglobina. Cada uno de estos estados est estabilizado por una serie de enlaces. Al estudiar la estructura de la oxihemoglobina y la desoxihemoglobina, se observa una peque a diferencia. La desoxihemoglobina tiene una forma tensa, mientras que en el estado relajado hay un cambio donde la h lice ! y " giran 15¼ respecto a la otra h lice ! y ". Esto se debe a la com paraci n entre las estructuras de stas. En el esta do tenso, se generan enlaces de hidr geno entre diferentes aminocidos de las cadenas laterales que se pueden ionizar, as como entre los extremos amino-terminales de cada una de las subunidades de la hemoglobina. Estas interacciones electroes t ticas desaparecen cuando pasa del estado tenso al relajado. Los puentes salinos no est n presentes en el estado relajado, pero s en el tenso. Adems, cuan do no hay tomo de oxgeno, el tomo de hierro (Fe) est ligeramente por debajo, pero cuando se une el oxgeno, este forma un enlace de hidr geno con la histidina distal, atrayendo al tomo de Fe y coloc ndolo justo en el plano. Al desplazarse la h lice alfa, ocurre el cambio de orienta ci n de un dmero al otro. El desplazamiento ocurre debido a que al unirse el oxgeno, el hierro cambia de posici n, arras trando consigo todo lo que est unido. Este cambio conduce al giro de 15 grados. Siempre hay un equilibrio entre los estados tenso y relajado, pero este equilibrio se desplaza hacia el lado rela jado a medida que se unen ms mol culas de oxgeno. Sin embargo, siempre hay un equilibrio hacia el lado tenso. Pgina 31 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Abre tu Cuenta NoCuenta con el código WUOLAH10 y llévate 10 € al hacer tu primer pago a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10007744 Segn el modelo secuencial, a medida que se unen las mol culas de oxgeno, hay un cam bio conformacional que favorece el estado relajado. El modelo ms intuitivo de com prender es el modelo simtrico, donde la uni n de una mol cula de oxgeno produce un cambio conformacional. 5.4 Alosterismo El alosterismo se observa cuando la uni n de un ligando a una protena provoca un cambio con formacional que modifica la afinidad de esa protena por el mismo ligando o por otro ligando di ferente. En el primer caso, cuando un ligando modifica la afinidad por el mismo ligando, hablamos de un efecto alost rico homotr pico. Un ejemplo es el oxgeno, que act a como un efector alost rico homotr pico al alterar la afinidad de la hemoglobina por el propio oxgeno. En cambio, si la modificaci n afecta la afinidad por otro ligando diferente, se trata de un efecto alost rico heterotr pico. Aqu, hay varios efectos posibles. Por ejemplo, la afinidad de la hemo globina por el oxgeno se ve influenciada por mol culas como el 2,3-bifosfoglicerato, el pH del medio o el di xido de carbono. La cooperatividad solo se observa en protenas con ms de una cadena polipeptdica, mientras que el alosterismo puede ocurrir en protenas monomricas de una sola cadena o en protenas oligomricas con m l tiples cadenas polipeptdicas. Normalmente, los moduladores alost ri cos se unen a un sitio diferente al que se une el ligando principal, como es el caso del oxgeno. d Uni n del ligando Uni n del efector alost rica El efecto alost rico puede provocar una disminuci n (efecto alost rico negativo) o un aumento (efecto alost rico positivo) en la afinidad de una protena por su ligando. En el caso de la hemo globina, se observan tres efectos alost ricos homotr picos negativos: El primer factor alost rico es el copuesto 2,3-bifosfoglicerato, una mol cula que se forma como parte de un proceso se cundario en la glic lisis. Esta mol cula disminuye la afinidad de la hemoglobina por el oxgeno al cambiar su conforma ci n. No se une al grupo hemo, sino que interact a con un ÒhuecoÓ en la estructu ra cuaternaria de la hemoglobina, estabi lizando el estado tenso, que es el estado sin oxgeno. Otro factor alost rico es la concentraci n de protones. A mayor concentraci n de protones (ma yor acidez), menor ser la afinidad de la hemoglobina por el oxgeno. Este fenmeno se conoce como efecto Bohr. Los protones estabilizan el estado tenso al alterar los patrones de enlace, lo que promueve las interacciones entre las cadenas. Pgina 32 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Abre tu Cuenta NoCuenta con el código WUOLAH10 y llévate 10 € al hacer tu primer pago a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10007744 Si el pH aumenta, habr un desplazamiento hacia la izquierda, lo que aumentar la afinidad de la hemo globina por el oxgeno. Por otro lado, si la sangre se vuelve cida, el transporte de oxgeno se ver com prometido y los tejidos pueden experimentar defi ciencia de oxgeno. El tercer factor es el di xido de carbono (CO2), que act a como un factor alost rico. Cuando el CO2 se disuelve en agua, forma cido carb nico, lo que resulta en la generaci n de bicarbonato y protones, acidificando el medio y disminuyendo la afinidad de la hemoglobina por el oxgeno. Adems, el CO2 puede unirse al extremo amino terminal de las cadenas polipeptdicas de la he moglobina, formando una mol cula conocida como carbamato + protones. Esta uni n es irreversible y conduce a la acidificaci n del medio, lo que tambi n disminuye la afinidad de la hemoglobina por el oxgeno. Todos estos factores tienen el mismo efecto, y gracias a esta reacci n, el CO2 puede contribuir a mantener el pH de la sangre, en algunos casos, de manera favorable. La hemoglobina fetal, conocida como hemoglo bina F, tiene una mayor afinidad por el oxgeno y se representa como la lnea roja en el gr fico. Esta caracterstica permite que el oxgeno fluya desde la oxihemoglobina materna hacia la desoxihemo globina fetal. Se observa un cambio en el ami nocido gamma, lo que resulta en una estructura con mayor afinidad por el oxgeno. La primera enfermedad molecular descrita es la anemia falciforme, que se caracteriza por un cambio en la estructura de los gl bulos rojos, adoptando una forma de hoz. Este cambio se debe a una mutaci n en un nico aminocido, donde el glutmico es reemplazado por una valina. Como resultado, la mol cula de hemoglobina forma fibras que se depositan y precipitan en los gl bulos rojos. Recientemente, se ha aprobado el primer medicamento que corrige este defecto.

TEMA 6 Pr!"EÍNa# Pr!"EÍNa# PROTECTORAS 6.1 Inmunoglobulinas Los invertebrados poseen un sistema inmunitario que carece de la capacidad de sintetizar inmu noglobulinas, ya que estas se producen exclusivamente en la mdula sea. Estas inmunoglobulinas desempe an un papel crucial en dos etapas del sistema inmunitario: la fase de reconocimiento, donde se unen a c lulas especficas encargadas de su sntesis y secreci n (linfocitos b), y la fase efectora, solubles en secre ciones y fluidos como saliva, moco, sangre o linfa. Desde el punto de vista estructural, las inmuno globulinas son glicoprotenas, lo que implica la presencia de cadenas polipeptdicas junto con ca denas de hidratos de carbono. Esta composici n es crucial, ya que la interacci n con los hidratos de carbono permite identificar c lulas malignas. 6.2 La estructura de la Inmunoglobulinas La estructura secundaria est predominantemente compuesta por lminas beta, con una estructura ex tendida a lo largo de toda la protena. En cuanto a la estructura terciaria, adopta una forma globular y es soluble en agua. Cada inmunoglobulina presenta una estructura cate naria, compuesta por cuatro cadenas polipeptdicas: dos pesadas (H) y dos ligeras (L), unidas entre s por enlaces disulfuro. En la mol cula de inmunoglobulina, se distinguen cuatro regiones constantes y dos variables. Tres de las regiones constantes se encuentran en la cadena pesada, mientras que una se ubica en la cadena ligera. Asimismo, existen dos regiones variables, una en la cadena pesada y otra en la li gera. Los hidratos de carbono se unen principalmente a la re gi n constante 2 de la inmunoglobulina. Las regiones constantes comparten la misma secuencia de aminocidos para todos los anticuerpos que pertenecen a un tipo de anticuerpos, mientras que las regiones variables presentan una secuencia de aminocidos nica para cada anticuerpo, lo que determina su especificidad. Adems, la mol cula de inmunoglobulina presenta una regi n flexible conocida como "regi n bisa gra", que permite el plegamiento de las ca denas y les proporciona movilidad. Adems de la regi n bisagra, es crucial desta car la importancia de las regiones variables, ya que son las reas donde los anticuerpos se Pgina 34 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10007745 unen a las mol culas extra as conocidas como antge nos, desencadenando as la activaci n del sistema in munitario. Estas regiones variables, tambi n llamadas regiones hipervariables, son esenciales para la com plementariedad entre el anticuerpo y el antgeno. Gracias a la presencia de la bisagra, se puede uti lizar una enzima que rompe un enlace peptdico especfico en esta regi n, lo que permite obtener dos fragmentos: uno Fab (fragmento de uni n al antgeno) y otro Fc (fragmento cristalizable o constante). La funci n del fragmento Fc es pro porcionar un sitio reconocible por c lulas especia lizadas llamadas macr fagos, que identifican y eliminan todo aquello que est unido al anticuerpo. Por otro lado, el fragmento Fab se encarga de reconocer la mol cula extra a y facilitar su eliminaci n. 6.3 Clasificaci n y funci n de la inmunoglobulina Existen cinco tipos principales de inmunoglobuli nas, que se diferencian principalmente por la es tructura de sus regiones variables y hipervariables. La IgG es la ms abundante y se produce durante la respuesta secundaria del sistema inmunitario, lo que proporciona una respuesta ms r pida cuando nos enfrentamos por segunda vez al mismo ant geno. Adems, es la nica que puede atravesar la barrera placentaria, protegiendo as al feto con la inmunidad materna. La IgA se presenta en forma de dmeros (dos mol culas de inmunoglobulina unidas) y es importante porque se encuentra soluble en la leche materna, lo que permite la transferencia de inmunoglobulinas al beb durante la lactancia. La IgM, que se presenta en forma de pentmeros (cinco mol culas de inmunoglobulina unidas), se sintetiza por primera vez en respuesta a una infecci n. La IgD, presente en menor cantidad, se encuentra principalmente en la superficie de los linfocitos B, que son las responsables de secretar anticuerpos. Pgina 35 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Abre tu Cuenta NoCuenta con el código WUOLAH10 y llévate 10 € al hacer tu primer pago a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10007745 Finalmente, las IgE son relevantes en las infecciones parasitarias, ya que los anticuerpos IgE acti van los mastocitos, desencadenando la liberaci n de histamina y otras sustancias implicadas en la respuesta al rgica. 6.4 El sistema inmunitario El sistema inmunitario humano cuenta con diversas lneas de defensa para proteger el organismo: En primer lugar, se encuentra la barrera fsica, como la piel, que dificulta la penetraci n de organismos pat genos. En caso de heridas, es crucial desinfec tarlas para prevenir infecciones. La segunda barrera son las secreciones de las mu cosas, como la saliva que contiene la enzima lisozima, act an como barreras adicionales al romper la pared bacteriana y evitar la entrada de bacterias Si los pat genos logran atravesar estas barreras, entran en juego las c lulas y protenas sangu neas que ayudan en la defensa (tercera linea de defensa). Las c lulas fagocticas, como los macr fagos, detectan y destruyen bacterias y virus al ingerirlos y descomponerlos en lisosomas. Las c lulas citot xicas, como los linfocitos NK, perforan las c lulas infectadas para eliminarlas. El sistema de complemento, una serie de protenas en la sangre, tambi n se activa r pidamente en respues ta a una lesi n. Estas tres lneas de defensa conforman el sistema inmunitario innato, presente desde el nacimien to. En los vertebrados, existe un cuarto sistema de defensa ms especfico y especializado, denomi nado sistema inmunitario adquirido, que se desarrolla y adapta a lo largo de la vida. Este sistema implica la acci n coordinada de c lulas como los linfocitos B, que producen anticuerpos, y los lin focitos T, que colaboran en la eliminaci n de pat genos. A diferencia del sistema innato, el sistema adqui rido es altamente especfico y se adapta a los pa t genos encontrados. Los anticuerpos producidos varan dependiendo del antgeno presente, gene rando una respuesta inmunol gica espec fica. Esta especificidad es crucial para distinguir entre lo que es da ino y lo que es inocuo en el orga nismo. El sistema inmunitario adquirido pasa por dos fases principales: la fase de reconocimiento, donde se identifican y aprenden los antgenos extraos, y la fase de respuesta, donde se genera una respuesta inmunol gica adaptativa y se desarrolla la memoria inmunol gica. La capacidad de distinguir entre mol culas propias y extra as es fundamental para evitar enfer medades autoinmunes, donde el sistema inmunitario ataca c lulas y tejidos propios, y para pre venir reacciones al rgicas, donde se producen respuestas exageradas a sustancias inofensivas. Como habamos visto hay dos etapas en la respuesta inmunitaria: la etapa de reconocimiento y la etapa efectora. En la primera etapa, el sistema inmunitario reconoce al antgeno, lo que supone un aprendizaje para el mismo. Este aprendizaje puede ocurrir de manera natural, exponi ndonos a agentes pat genos que causan enfermedades, o de forma artificial mediante vacunas. Cuando nos vacunamos, existen diferentes tipos de vacunas, como las de ARN mensajero, que es la novedad, las cuales pueden utilizar protenas del propio virus o partes de la toxina que no cau san la enfermedad pero inducen una respuesta del sistema inmunitario. Pgina 36 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Abre tu Cuenta NoCuenta con el código WUOLAH10 y llévate 10 € al hacer tu primer pago a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10007745 Este proceso se conoce como tolerancia, que es fundamental para distinguir entre lo propio (bueno) y lo ajeno (mal). La etapa efectora comprende la respuesta celular y la humoral. La res puesta celular es llevada a cabo por los linfocitos T, especialmente los linfocitos T citot xicos, que segregan sustancias qumicas que destruyen las c lulas infectadas. La respuesta humoral es reali zada por los linfocitos B, que son los nicos capaces de sintetizar y secretar anticuerpos. Ninguno de estos linfocitos puede llevar a cabo su funci n si no son previamente activados. Para activarlos, hay tres tipos de c lulas: los linfocitos colaboradores (TH), que frente a la presen cia de un antgeno activan tanto a los linfocitos T citot xicos, que generan la respuesta celular, como a los linfocitos B, que generan la respuesta humoral. Cuando los linfocitos B son activados, comienzan a dividirse, dando lugar a c lulas plasmticas, que secretan los anticuerpos, y a c lulas de memoria, que generan la memoria inmunol gica y permanecen almacenadas en el organismo en caso de una exposici n futura al mismo antgeno. Esta memoria inmunol gica permite una respuesta ms r pida y efectiva en futuras exposiciones, lo que se conoce como respuesta secun daria. Hablamos constantemente de antgenos, que son todo aquello que nuestro organismo conside ra como extrao, ya sean prote nas, carbohidratos, u otros. Si nos adentramos en la estructura del antgeno, encontramos que una inmunoglobulina reconoce una peque a regi n de ese an tgeno, que puede ser una se cuencia de aminocidos o una conformaci n especfica en 3D de la protena. Todo lo que es reconocido por el anticuerpo se conoce como eptopo, que es la parte del antgeno a la que se unir el anticuerpo. Los eptopos pueden ser de dos tipos: confor macionales, cuando lo reconocido es una conformaci n especfica, o secuenciales, cuando se re conoce una secuencia de aminocidos. Adems, los eptopos pueden ser continuos o disconti nuos, dependiendo de si los aminocidos reconocidos son consecutivos o no en la secuencia. Dentro de un mismo antgeno, puede haber diferentes eptopos que son reconocidos por diferen tes anticuerpos. Estos eptopos se conocen como determinantes antignicos, que pueden ser monovalentes si solo hay un eptopo, o multivalentes si hay ms de uno. Algunas mol culas son tan peque as que no activan el sistema inmunitario por s solas, y se denominan haptenos, pero si se unen a mol culas ms grandes, pueden activar el sistema inmunitario y provocar la producci n de anticuerpos. El sistema inmunitario tiene varias propiedades importantes: es altamente especfico, ya que cada anticuerpo reconoce un solo eptopo o puede reconocer varios con la misma conformaci n; es altamente vers til, pudiendo generar hasta 1000 millones de inmunoglobulinas diferentes; ge nera memoria inmunol gica, permitiendo una respuesta ms r pida en futuras exposiciones al mismo antgeno; puede autoregularse, lo que significa que puede inducir la muerte celular pro gramada si el antgeno ya no est presente; y finalmente, tiene la capacidad de tolerancia, que le permite discernir entre lo propio y lo extrao. Antes se crea que era el antgeno el que determinaba la sntesis del linfocito B o T, pero ahora tenemos la teora de la selecci n clonal. Todas las c lulas B parten de una c lula madre en la m Pgina 37 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10007745 dula sea. Solamente los linfocitos B acti vados por los linfocitos T colaboradores, cuando hay un antgeno presente, son los que se activan y comienzan a dividirse. Es tos linfocitos B activados forman las c lulas plasmticas, las cuales generan los anti cuerpos que circulan por la sangre. Las c lulas plasmticas que son clones (derivadas de la misma c lula madre) son selecciona das cuando el organismo se enfrenta a un determinado antgeno. 6.5 Anticuerpos mocionares y policlonales Para producir anticuerpos monoclonales, se obtiene una preparaci n homognea de anticuerpos que reconocen un nico epitopo de un antgeno especfico. Por otro lado, los anticuerpos poli clonales son una mezcla heterognea que puede reconocer diferentes epitopos del mismo ant geno. Los anticuerpos policlonales se obtienen en laboratorio inyectando el antgeno a un cone jo, cuyo sistema inmunitario se activa y produce una mezcla de anticuerpos en su suero que reco nocen diferentes partes del antgeno. Para obtener anticuerpos monoclonales, se trabaja con ratones. Se inyecta el antgeno y se extrae el bazo del rat n. Se a aden c lulas tumorales al bazo, las cuales crecen r pidamente y son pr cticamente inmorta les. Al fusionar las c lulas, se obtiene un cultivo de c lulas hbridas. Luego, se diluye para que en cada pocillo haya una c lula y se permite que crezcan. Despu s, se realiza un screening, donde se ponen en contacto los clones con el antgeno y se selecciona la mejor c lula para su cultivo y para obtener el anticuerpo monoclonal, el cual reconoce un solo epitopo del antgeno.

TEMA 7 La! En"#Ma! La! En"#Ma! 7.1 Enzimas Las enzimas aumentan la velocidad a la que transcurre una reacci n qumica, en este caso bio qumica, porque tiene lugar dentro de la c lula de nuestro organismo. Propiedades: Partimos de los sustratos, que originan otras mol culas que son los productos. Suele ser una reacci n qumica reversible y se tiene un equilibrio determinado por una constante de equilibrio. Muchas veces hay reacciones que pueden ocurrir termodinmicamente pero son muy lentas cin ticamente. Pueden tardar aos en convertirse en productos, lo cual no es viable para nuestro or ganismo ya que las reacciones se tienen que dar en microsegundos. Lo que hacen es aumentar la velocidad de la reacci n, cosa que hace cualquier catalizador qumi co. Una propiedad de estas enzimas es que las encimas no se alteran durante la reacci n, se va a poder obtener inalterada una vez se hayan formado los productos, y nos servir para catalizar otra reacci n. Otra cosa importante es que no modifican la constante de equilibrio, solo aumenta la velocidad de la reacci n. Descubrimiento: Louis Pasteur (1822 - 1895): Concluy que la fermentaci n alcoh lica llevada a cabo por levaduras era en realidad catalizada por unos ÒfermentosÓ (las enzimas) Eduard Bchner (1860-1917) Premio Nobel de Qumica en 1907: Demostr que extractos de le vaduras, carentes de c lulas, tambi n podan catalizar estas reacciones. James Batcheller Sumner (1887-1955) - Premio Nobel de Qumica en 1946: En 1926 cristaliz la primera enzima, la ureasa, a partir de semillas de Canavalia ensiformis (el haba). John Howard Northrop (1891-1987) - Premio Nobel de Qumica en 1946: En 1930 consegua cris talizar la pepsina. En colaboraci n con Kunitz, consigui tambi n la cristalizaci n de otras enzimas digestivas, como la tripsina y la quimotripsina, y la de alguno de sus precursores inactivos. William H. STEIN y Stanford MOORE se incorporan a The Rockefeller Institute entre 1938 y 1939, con el fin de desarrollar un mtodo general de fraccionamiento de aminocidos. Reciben el Pre mio Nobel de Qumica en 1972 "for their contribution to the understanding of the connection between chemical structure and catalytic activity of the active centre of the ribonuclease molecu leÓ. Secuencian la primera enzima, la ribonucleasa pancre tica bovina o RNasa A. La mayora de las enzimas son protenas, la mayora porque puede haber otro tipo de enzimas con na turaleza de cido nucleico, en concreto son mol culas de ARN (fragmentos cortos que llevan a cabo esa funci n cataltica) estas enzimas causo tenemos el ARN llevando a cabo la funci n se denominan ribozimas. Un ejemplo es el ribosoma. Hay enzimas en las que adems de la cadena poli petdica se le tiene que unir otra mol cula que de nominamos cofactor, lo mismo que el grupo pros t tico, va a estar irreversiblemente a la protena (siempre est unido) como el grupo hemo de la hemoglobina. Pgina 39 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10007746 Estos cofactores pueden tener una naturaleza inorgnica como el Mg2+ que es un cofactor inor gnico que est en muchas enzimas; otros pueden tener naturaleza orgnica. Cuando una enzima tiene un cofactor de naturaleza orgnica, a este cofactor se le llama coenzima, como por ejemplo el ATP, la coenzima A. En estas protenas, la cadena polipeptdica la llamamos apoprotena y al cofactor o coenzima. 7.2 Especifidad enzim tica Enzimas con mecanismos catalticos muy parecidos reconocen sustratos diferentes, adems son las mol culas que tienen un alto poder cataltico. Lo podemos relacionar con el nmero de re cambio que es el nmero de mol culas de sustrato que es trasformado por mol cula de encima y por unidad de tiempo. Tienen la propiedad de la reversibilidad, esto hace re ferencia a que cuando tengo una reacci n en la que parto de un sustrato A para formar uno B, la reacci n es reversible, pero muchas veces de A a B esta catali zada por una enzima 1 y de la B a la A por otra enzima diferente. Se puede regular la acci n de una enzima. Si necesita mos mucha energa de forma r pida, se activan las en zimas aplicadas en la gluc lisis, pero si no necesito energa, las c lulas no gastan energa en esa reacci n, no se activan esas enzimas. Es muy importante y vere mos la regulaci n enzimtica. Tienen un gran espectro de funciones, segn esta fun ci n podemos clasificarlas en hasta 6 grupos diferen tes. ¥ La especificad de las encimas puede ser de tres tipos: Absoluta: un sustrato para una enzima concreta, la enzima tiene un sitio y una cadena de aminocidos caractersticos de forma que solo puede unirse a un sustrato. ¥ ¥ De grupo o de reacci n: la enzima cataliza una reacci n en la que necesita la existencia de un gru po funcional determinado, localizado en el sustrato. Relativa de reacci n: esto quiere decir que inde pendientemente del enlace que se encuentre en el que va a actuar la enzima, siempre que encuentre el enlace adecuado, participar en la ruptura del enla ce. Pgina 40 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Ser la Cantera de la F1 siendo universitario. Escucha la nueva podtrevista de Wuolah y descubre cómo a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10007746 Hay enzimas que pueden discernir entre dos ismeros diferentes porque hay enzimas estereoes pecficas, por ejemplo, entre un enanti mero D o L. Cada una tiene su especificidad. La quimiotripsina, la tripsina y la elastasa for man parte de las sern proteasas: Si nos fija mos en la quimiotripsina y analizamos la es tructura donde se aloja su sustrato, se trata de una localizaci n con mucho espacio que permite que se alojen los aminocidos cuya cadena lateral es voluminosa e hidrof bica. En el caso de la tripsina, encontramos un re siduo asp rtico cargado negativamente, por eso le gusta que la cadena lateral de los ami nocidos sea cargada. En el caso de la elastasa, en el sitio hay dos aminocidos hidrof bicos y por eso interact an con grupos hidrof bicos. Otra propiedad es el alto poder cataltico. Tambi n hablamos de que las enzimas se pueden regular porque hay mecanismos de regulaci n y decimos que hay un amplio espectro de funcio nes, fundamentalmente participan en reacciones encaminadas a la obtenci n de energa y reaccio nes para la sntesis de nuevos constituyentes de la c lula. Luego se puede ir al detalle y se ve que hay muchos tipos ms de reacciones, pero el fin se puede agrupar en esto. Ya tenemos claro que las enzimas son capaces de aumentar la velocidad de una reacci n. Qumi camente, lo que sucede es que parto de un valor de energa libre de Gibbs y llego a la formaci n de unos productos que tendr n un valor determinado. La diferencia de estas energas me puede decir si una reacci n es favorable o no (espont nea, si &G es menor que 0 es favorable); otra cosa es la velocidad de la reacci n. Se define la &G a una temperatura de 25 ¼C, 1 atmsfera y 1 Molaridad. En estos casos, esta concentraci n es demasiado alta por lo que se usa un pH de 7. Siempre en cualquier reacci n catalizada, cuando comienza a pro ducirse la reacci n se tiene que llegar al es tado de transici n, para lo que hay que aportar energa al sistema. En una reacci n enzimtica se forma un complejo enzima-sustrato que se transforma en producto y la enzima se libera (ni se alteran ni se destruyen las enzimas) y est lista para parti cipar en otra reacci n enzimtica. Realmente lo que se forma es un estado intermedio, que existe en el que tenemos la enzima unida pero no es lo que se conoce como estado de transici n que fsicamente no lo podemos aislar. La reacci n evoluciona hacia la formaci n del producto y la &G desciende, se desprende de energa. La energa que tengo que aplicar se llama energa de activaci n, siempre aporto un de terminado valor de energa llamada energa de activaci n. (Reacci n normal) Pgina 41 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Ser la Cantera de la F1 siendo universitario. Escucha la nueva podtrevista de Wuolah y descubre cómo a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10007746 Cuando tenemos una reacci n enzimtica, en realidad tenemos dos estados intermedios, el pri mero es la uni n de la enzima y el sustrato; a continuaci n, se lleva a cabo la reacci n enzimtica y el sustrato se transforma en producto y sigue unido a la enzima, y una vez finalizada esta etapa se obtiene el producto separado de la enzima. Si hacemos el an lisis vemos que llegamos a un estado de transici n y a continuaci n volvemos a aplicar una energa y obtenemos el estado intermedio enzima-producto, finalmente todo evolu ciona hacia la formaci n del producto. Sigue siendo necesario aportar una energa, pero ahora es mucho menor. Disminuye la energa de activaci n que tengo que aplicar para llegar al estado de transici n, la reacci n transcurre con mayor velocidad. Seguimos teniendo los mismos valores iniciales y finales. El sitio donde se une el sustrato para llevar a cabo la reacci n se conoce como centro activo. Es una regi n que supone una peque a parte del volu men total de la enzima y puede estar formado por aminocidos que pueden estar muy distantes en la secuencia. Estos aminocidos pueden ser no esenciales, que contribuyen a la estructura de la protena pero no afectan su funci n si se alteran, o esenciales, que s afectan a la estructura y funci n de la enzima. La interacci n entre la enzima y el sustrato se lleva a cabo mediante diversos enlaces, como electroest ticos, de hidr geno, fuerzas de Van der Waals e in teracciones hidrof bicas. Todos los centros activos comparten esta caracterstica. Existen dos modelos para explicar la interac ci n entre la enzima y el sustrato. El ms an tiguo es el modelo de "llave y cerradura", que sugiere que la estructura de la enzima est rgidamente adaptada al sustrato (espe cificidad absoluta). Sin embargo, este mode lo no explica completamente el comporta miento de todas las enzimas. Surge enton ces el modelo del "ajuste inducido", que propone que cuando el sustrato se acerca, se produce una remodelaci n del entorno activo para que el ajuste sea ideal para unirse al sustrato y llevar a cabo la reacci n. 7.3 Clasificaci n y nomenclatura En cuanto a la nomenclatura de las enzimas, ante riormente se les daban nombres triviales. Poste riormente, se les a adi el sufijo "-asa" al nombre del sustrato o de la reacci n que catalizaba la en zima (por ejemplo, ureasa o arginasa). Tambi n se les puede nombrar con el sufijo segn la reacci n (por ejemplo, triglic rido hidrolasa). Se estableci una comisi n para asignar nombres a cada enzima, los cuales comienzan por "EC" seguido de cuatro nmeros. El primer nmero indica la clase de Pgina 42 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10007746 enzima, el segundo el tipo de enlace que rompe y los ltimos dos hacen referencia al sustrato sobre el que act a. Las enzimas se clasifican en seis grupos diferentes segn su funci n: ¥ Oxidoreductasas: Catalizan reacciones de transfe rencia electr nica, es decir, reacciones de oxida ci n-reducci n donde un sustrato se reduce mien tras otro se oxida. Por ejemplo, la conversi n de un alcohol a una cetona. ¥ Transferasas: Transfieren grupos funcionales como carbono, nitr geno, f sforo o azufre. Por ejemplo, las fosfotransferasas transfieren grupos fosfato del sustrato a otra mol cula. ¥ Hidrolasas: Rompen enlaces mediante la adici n de una mol cula de agua. Ejemplos incluyen pro teasas como la tripsina, glicosidasas y lipasas que descomponen grasas. ¥ Liasas: Catalizan la ruptura de enlaces sin la parti cipaci n de agua. Por ejemplo, las descarboxilasas que eliminan un grupo carboxilo, liberando di xi do de carbono. ¥ Isomerasas: Catalizan reacciones de transforma ci n de ismeros, convirtiendo ismeros L en D, como la enzima enantiomerasa, o realizando con versiones entre epmeros. ¥ Ligasas: Catalizan la formaci n de enlaces entre mol culas, requiriendo energa que a menudo se obtiene de la hidr lisis de ATP. Las vitaminas son indispensables para las reacciones enzimticas, actuando como cofactores o coenzimas. Estas mol culas no pueden sintetizarse en el organismo y deben obtenerse a trav s de la dieta para asegurar su disponibilidad. Hay vitaminas liposolubles, como la vitamina A, que es crucial para la visi n, y vitaminas hidrosolubles que act an como cofactores en diversas reac ciones enzimticas. 7.4 Coenzimas y cofactores

TEMA 8 Ci!ÉTi"# En$%MÁTi"# 8.1 ecuaci n de Michaelis-Menten Muchas enzimas siguen una cin tica de Michaelis-Menten, dentro de esta ecuaci n hay parme tros cin ticos importantes parea cada pareja enzima sustrato. Cada una de las reacciones tiene su propia constante de equilibrio, es muy difcil que la reacci n revierta de ES a E + S por lo que tiene una constante de equilibrio muy peque a. La etapa limi tante de la reacci n viene dada por la constante cin tica ms baja, esta es la K2. Estudio de los tiempos iniciales, en estos la concentraci n del sustrato libre es mucho mayor que la del complejo enzima-sustrato. 8.2 Parmetros cinticos Los parmetros de vmax y de km son caractersticos de la enzima-sustrato, estas son magnitudes relativas. Vmax es la velocidad mxima de una reacci n en condiciones saturantes (unidades: unidades de concentraci n/ tiempo) Pgina 44 Enrique eMe e Habra un equilibrio pero cuan Ki do se forma el producto es mas k2 E t S Q K 1 ³ E . S....... E+ P difcil que se revierta el sentido de la reacci n Etapa limitante vo = k= [E . S] A-> t iniciales de las reacciones [D] condiciones de [s]) [ Es] cin ticas de primer saturaci n. No hay orden mas sustrato que se-estado estacionario pueda unir a la enzima d [E . S] de = 0 : [E. S] = cte t D Vf = Ud se forma lo que desaparece * k , [E][5] = (k , = kz) [E. S] I [E+ ] : [E] + [E . S] ; [E] = [ E+ ] [E. S] Sustituyo 2 en d k . ([E+ 3 [E . 93) [9] = (k+ + k)[E. 93 : k, LE+ ] [5] = ((k+ k2) + k, [5) [ E . S] k, 5 E+ ][6] [E+ ] [S] [ES] = i [E . S] = (k -+ ka) + k, [5) k-1 + Ka + [6] Ki Ci!ÉTi"# En$%MÁTi"# TEMA 8 Si sustituyo [E. S) :->Umax Umax y km son propias k-, . [E+ ] [5] Umax-[S] vo : E , Vo = de una pareja de en k-1 + Ka km + [5] + [6] Ki zima y su sustrato ↳ km->cte de Michaelis sik2k,; km= K 1 K Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10007747 a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10007747 FinaPeseLec Linewearer-Burkl . & X km & w I Vo ³ max 3 = a+ bx t Umax · Es] d km ( ³ X a = ~ max km b = Umax En esPonenPt La enzima puede desnaturalizarse. Puede haber cambios estructura les y no se asocie con el centro activo. Puede afectar a aminocidos catalticos desprotonando el grupo amino y que ya no se asocie con el centro activo Entonces Amer Puede aumentar la actividad hasta una temperatura crtica que se desnaturaliza la proteina . km es una constante que nos da idea de la afinidad de una enzima por un sustrato, de tal manera que cuanto mayor sea Km, menor ser la afinidad. Adems, es la concentraci n de sustrato a la que la velocidad inicial de la reacci n es la mitad de la velocidad mxima. (unidades: unidades de concentraci n) La lnea recta corresponde a las condiciones de saturaci n, en un punto no se produce mas pro ducto, ya que no queda mas sustrato para unirse al centro activo de la enzima. Tambi n se puede trabajar con el estado estacionario, lo que dice que en un momento del trans curso de la reacci n enzima, en el que la variaci n de la concentraci n del complejo enzima sus trato con el tiempo es igual a cero, es decir, su variaci n es contaste. Per-- ³ .-> km : Ent: [c] u : Yo: velocidad mxima de una reacci n en con diciones saturantes (4: [c)1t) [S] km a Vo = vmax + 5] · Vo= Umax + kw , Es afinidad de la enzima por un sustrato . ± km = 6 afinidad [S] a la Vo = Umax 2 · Umax 2 ³ ax [S]-km + [5) = 255] In [5] km + Especifidad de La enzimas [S] = km Nmero de mol culas de sustrato que se transforman en producto por mol culas de encima y unidad de tiempo Umax = kca+ [E] Eficacia catal tica : coeficiente de La de catal tica partido de km Kat I km u ([C5'. [E]") e(- 0) Pgina 45 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Te has descargado este apunte gracias a la publicidad. También puedes eliminarla con 1 coin. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10007747 Constante cataltica (Kcat), se define como numero de mol culas de sustrato que se transforman en producto por mol cula de enzima y unidad de tiempo. Esto es el numero de recambio, co rresponde a la constante de la reacci n a concentraciones saturantes de sustrato, en este caso se cumple que la velocidad mxima es igual a la constante cataltica por la concentraci n de enzima. (unidades: tiempo ^-1). Eficacia cataltica, esta se calcula como el cociente de la constante cataltica entre Km (Kcat/Km) (unidades: (unidades de concentraci n á tiempo)^-1). La Kcat y la eficacia cataltica dependen de la Km, por lo que para hallarlos de forma mas sencilla se estableci la siguiente relaci n: Hay condiciones fsicas que pueden influir en la cin tica enzimtica, hay dos de ellos importantes: ¥ pH: este factor es importante porque la protena puede llegar a desnaturalizarse, puede llegar a cambiar la estructura molecular debido a la concentraci n de protiÁenes que altera el equilibrio, tambi n puede afectar a los aa que se unen al sustrato aumentando la Km, puede afectar a aa catalticos haciendo que no se produzca la reacci n enzimtica, cambiando la estructura del centro activo ¥ La temperatura, por debajo por encima de una temperatura exacta la enzima no funciona co rrectamente 8.3 Inhibici n enzim tica La inhibici n enzimtica es un proceso fundamental en la regulaci n de las reacciones bioqumi cas en los organismos vivos. Consiste en la disminuci n de la actividad de una enzima debido a la interacci n de un inhibidor, que puede ser de diversos tipos, con el sitio activo o con otros sitios de la enzima. Esta regulaci n es crucial para mantener el equilibrio en las vas metab licas y res ponder a cambios en el entorno celular. 1. Inhibici n irreversible. La inhibici n enzimtica puede ser reversible o irreversible, dependiendo de la naturaleza de la interacci n entre el inhibidor y la enzima. En la inhibici n irreversible, un inhibidor se une a la enzima formando un complejo enzi ma-inhibidor que bloquea la formaci n del producto. Ejemplos incluyen venenos que desactivan enzimas especficas o iones met li cos como el cianuro. Otro tipo de inhibici n irreversible, pero no mencionado previamente, es la inhibici n suicida. En este caso, las mol culas inhibidoras, tambi n conocidas como "caballos de Troya", tienen una estructura similar al sustrato de la enzima. Se unen al sitio activo de la enzima y, despu s de la reacci n cataltica, se convierten en inhibidores que la inactivan. Un ejemplo de esto es el cido clavul nico, que inhibe la actividad de la sec -!-lactamasa, lo que lleva a la inhibici n de la sntesis de la pared celular bacteriana. Pgina 46 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Te has descargado este apunte gracias a la publicidad. También puedes eliminarla con 1 coin. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10007747 2. Inhibici n reversible En cuanto a la inhibici n reversible, la enzima se regenera al final de la reacci n, se establece un equilibrio de interacci n entre el inhibidor y la encima. Tenemos 4 tipos de inhibici n reversible: 2.1 Inhibici n reversible competitiva. En este caso, el inhibidor tiene una estructura similar al sustrato y compite por unirse al sitio activo de la enzima. Esto impide la formaci n del complejo enzima-sustrato y reduce la activi dad enzimtica. En presencia de un inhibidor competitivo, la constante de Michaelis-Menten (Km) aumenta, mientras que la velocidad mxima (Vmax) per manece constante. Esto se ilustra en una gr fica donde la recta presenta una pendiente inicial mayor, pero el corte con el eje y (representando Vmax) sigue siendo el mismo. Sin embargo, el punto de intersecci n con el eje x (representando 1/km) es menor debido al aumento de Km. Este fenmeno se explica por la formaci n del complejo enzima-inhibidor, que desplaza el equilibrio hacia la derecha a medida que aumenta la concentraci n del inhibidor. Esto resulta en una menor formaci n de complejo enzima-sustrato, lo que reduce la actividad enzimtica y aumenta Km. Sin embargo, aumentar la concentraci n de sustrato puede revertir esta inhibici n competitiva al desplazar el inhibidor del centro activo. Esto permite que la reacci n enzimtica ocurra como si no hubiera inhibidor presente. Un ejemplo de inhibici n competitiva es la ribonucleasa A. 2.2 Inhibici n reversible acompetitiva En la inhibici n acompetitiva, se forma un com plejo inhibidor que se une al complejo enzima sustrato, no a la enzima libre. Esto resulta en una disminuci n de Km, pero Vmax permanece inal terada. Las rectas en la gr fica de Lineweaver Burk son paralelas, lo que indica una inhibici n acompetitiva. Tanto Km como Vmax disminuyen en este caso. La inhibici n acompetitiva es poco comn en la naturaleza, ya que el inhibidor se une especfica mente al complejo enzima-sustrato. Esto afecta al equilibrio de la reacci n, desplaz ndolo hacia la derecha y disminuyendo Km. Sin embargo, debido a que el complejo enzima-inhibidor nunca produce producto, la velocidad mxima no se alcanza y la inhibici n no es reversible. Pgina 47 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10007747 2.3 Inhibici n reversible mixta Por otro lado, en la inhibici n mixta, el inhibidor se une tanto a la enzima libre como al complejo enzima-sustrato, con constantes de disociaci n Ki y Ki2 diferen tes. En este caso, tanto Km como Vmax aumentan, ya que el equilibrio se despla za tanto hacia la izquierda (aumentando Km) como hacia abajo (disminuyendo Vmax). Las rectas en la gr fica de Line weaver-Burk tienen diferentes interceptos en el eje y, lo que indica una inhibici n mixta, un fen meno ms comn en la naturaleza debido a la posibilidad de distintas constantes de disociaci n. 2.4 inhibici n reversible no competitiva En el caso de la inhibici n no competitiva, el inhibidor se une tanto a la enzima libre como al complejo enzima-sustrato, con constantes de disociaci n Ki y Ki2 iguales. Esto se refleja en una gr fica de doble recproco (Lineweaver-Burk), donde se observan dos rectas. La recta correspon diente a la reacci n sin inhibidor y la recta con inhibidor comparten el mismo valor de Km, lo que significa que el punto de intersecci n con el eje x es igual en ambos casos. Sin embargo, el punto de intersecci n con el eje y es diferente, lo que indica que la velocidad mxima disminuye en pre sencia del inhibidor. Este tipo de inhibici n es comn en peque as mol culas que se unen a la enzima y act an como inhibidores no competitivos. Resumen: Competitiva Acompetitiva Mixta KmÕ Km " Km / "Õ VmaxÕ Vmax KmÕ/Vmax " (Km ") / Vmax Vmax / "Õ Km " No competitiva Km Vmax / "Õ Vmax / "Õ Km / Vmax (Km ") / Vmax (Km - ") / Vmax 1 + [i]/Ki 1 + [I]/KiÕ 1 + [I]/Ki o 1 + [I]/KiÕ 1 + [I]/KiÕ 

TEMA 9 R!"uL#$ión En%&MÁTi'( R!"uL#$ión E n%&MÁTi'( La regulaci n enzimtica es crucial, especialmente para aquellas enzimas involucradas en reacciones fundamenta les que limitan una va metab lica en la que participan. Esta regulaci n puede ocurrir en diferentes niveles. En primer lugar, a nivel molecular, se puede regular la con centraci n de la enzima. La cantidad de una enzima pre sente en una c lula est determinada por la velocidad de sntesis de esa enzima, la cual generalmente se controla a nivel de los cidos nucleicos, es decir, a nivel de los genes que codifican para esta protena. Existen diferentes tipos de enzimas en este sentido: las constitutivas, cuya concentraci n es cons tante en la c lula, y las inducibles, cuya expresi n est regulada por la activaci n de los genes que las codifican. En el caso de las enzimas inducibles, si el gen correspondiente no se activa, la concentraci n de la enzima puede ser muy baja o incluso estar ausente. Adems de regular la concentraci n de las enzimas, tambi n se puede modular su actividad. La c lula dispone de varios mecanismos para ello, como la regulaci n alost rica, las modificaciones covalentes, la regulaci n a trav s de las isoenzimas y mediante equilibrios de polimerizaci n y despolimerizaci n de la enzima. En el caso de las c lulas eucariotas, la regulaci n puede extenderse a un tercer nivel, a nivel celu lar. Esto se debe a la presencia de orgnulos dentro de las c lulas eucariotas. Por ejemplo, en el citosol se lleva a cabo la biosntesis de cidos grasos, catalizada por diferentes enzimas que pue den estar distribuidas en distintas partes de la c lula. Adems, existen compartimentos dentro de las c lulas eucariotas que segregan un contenido especfico, donde act an enzimas de manera inversa a las que se encuentran en otros orgnulos. 9.1 Regulaci n alost rica Nos enfocamos en los mecanismos de regu laci n enzimtica, especficamente la regula ci n alost rica. Gracias al estudio de la he moglobina, entendemos el concepto de alosterismo, donde la uni n de una mol cu la, generalmente en un sitio diferente de la protena, induce un cambio conformacional que afecta la afinidad de la enzima por su sustrato. En las enzimas reguladas alost ricamente, existe un sitio adicional al centro activo, donde se une un modulador alost rico, que puede ser positivo (aumenta la afinidad por el sustrato) o negativo (disminuye la afinidad por el sustrato), generando un cambio conformacional que afecta la uni n del sustrato al centro activo. Estos moduladores alost ricos pueden ser homotpicos, si se unen al mismo sitio que el sustrato, o heterotpicos, si se unen en un sitio diferente al centro activo, llamado centro alost rico. Algu nos moduladores pueden detener una reacci n que da lugar al mismo modulador, es decir, en la Pgina 49 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10007748 reacci n se forma un producto que inhibe la reacci n, este fenmeno se conoce como re troinhibici n. En la curva sigmoidea de la hemoglobina, se determina una K50, que es la concentraci n de sustrato a la cual la actividad enzimtica al canza el 50%. Si el modulador es positivo, la K50 ser menor, mientras que si es negativo, se necesitar ms sustrato para alcanzar el mismo nivel de activaci n. Aunque ya no se puede determinar una cin tica, la K50 sigue siendo una medida til para describir la actividad enzimtica bajo influencia alost rica. Estos dos sustratos, son efectores. Los homotr picos positivos, al unirse, incrementan la actividad enzimtica, lo que resulta en una mayor sntesis de producto. Sin embargo, uno de los productos, la CTP, act a como un efecto alost rico heterotr pico negativo. Por lo tanto, durante la sntesis, el CTP inhibe la enzima Aspartato Carbamoiltransferasa. En la c lula, se busca mantener un equilibrio entre los efectos positivos y negativos. Si la concen traci n de sustratos negativos es insuficiente, se activa la sntesis. Por el contrario, si la concentra ci n es alta, se detiene la actividad enzimtica para permitir la activaci n de la sntesis de bases purcas. 9.2 Modificaci n covalente de enzimas Otro mecanismo de regulaci n es a trav s de modificaciones covalentes, que pueden ser reversibles o irreversibles. En el caso de las reversibles, como la fosforilaci n/desfosforila ci n, se unen grupos funcionales mediante enlaces dbiles que pueden romperse o for marse segn las necesidades celulares. Ade ms, la acetilaci n es otro ejemplo de modificaci n covalente reversible. Pgina 50 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Te has descargado este apunte gracias a la publicidad. También puedes eliminarla con 1 coin. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10007748 Por otro lado, las modificaciones covalen tes irreversibles provocan la ruptura de un enlace peptdico que no puede ser restau rado. Un ejemplo es la regulaci n por zi mgenos, donde una protena inactiva se activa mediante la ruptura de un enlace peptdico, usualmente por una proteasa, convirti ndola en una enzima activa. 9.3 Isoenzimas La regulaci n a trav s de las isoenzimas implica enzimas que, a pesar de tener diferentes estructuras primarias, catalizan la misma reacci n y se encuentran en localiza ciones distintas en el organismo. Un ejemplo de regulaci n por isoenzimas es la gluc geno fosforilasa, donde la forma L se fosforila y se vuelve inactiva cuando los niveles de glucosa en sangre dismi nuyen significativamente, se alando que no es l gico continuar la gluc lisis. El glucag n activa una cascada de fosforilaciones que inactiva la forma L de la enzima, evi tando as la gluc lisis en momentos de baja glucosa. Por otro lado, la forma M, presente en el cerebro, no se inac tiva debido a la necesidad constante de funcionamiento de este rgano. Otro ejemplo es la carbamoil sintetasa, donde existen las isoformas 1 y 2. La CPS1, presente en la mitocondria, participa en la sntesis del carbamoilfosfato, que es crucial para el ciclo de la urea. Mientras que la CPS2, localizada en el citosol, se involucra en la sntesis de pi rimidinas (bases nitrogenadas). En el caso de la lactato deshidrogenasa (LDH), que cataliza la conversi n de piruvato en lactato, esta conversi n se produce en la fermentaci n l ctica cuando los niveles de oxgeno son bajos en las c lulas. El lactato puede convertirse en glucosa en otros rganos para obtener energa. La Pgina 51 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Te has descargado este apunte gracias a la publicidad. También puedes eliminarla con 1 coin. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10007748 LDH tiene cuatro cadenas, M o H, for mando diferentes isoformas. Por ejem plo, la H4 tiene mayor afinidad por el lactato, mientras que la M4 tiene menor afinidad. La regulaci n de la H4 ocurre mediante retroinhibici n, donde un au mento en la concentraci n de piruvato inhibe su actividad. Cuando estamos realizando ejercicio f sico intenso, necesitamos generar energa r pidamente. Para ello, comenzamos a descomponer el gluc geno en sus monmeros a trav s de la gluc lisis, ya que necesitamos respiraci n aer bica. Si el suministro de oxgeno es limitado, el piruvato generado contin a su conversi n en lactato, catalizada por la lactato deshi drogenasa isoforma M4. Aunque se forme lactato, el msculo utiliza la energa que se genera. El lactato no se acumula en el msculo, sino que se transporta a otros rganos a trav s de la sangre. Parte del lactato llega al coraz n, donde la isoforma H4 de la lactato deshidrogenasa lo convierte nuevamente en piruvato, el cual se utiliza en la respiraci n aer bica para obtener grandes canti dades de energa. La retroinhibici n ocurre cuando hay un exceso de piruvato, inhibiendo la con versi n de lactato a piruvato y deteniendo la reacci n cuando ya no es necesaria. El resto del lactato que circula por la sangre llega al hgado, donde encontramos la isoforma M4 de la lactato deshidrogenasa, similar a la del msculo esquel tico pero con una menor afinidad por el lactato. Esta isoforma no se inhibe por el lactato y convierte todo el lactato en piruvato para almacenarlo en forma de gluc geno, que puede utilizarse ms adelante si es necesario. 9.4 Equilibrio de polimerizaci n-despolimerizaci n Otro mecanismo de regulaci n es mediante equilibrios de polimerizaci n y despolimeriza ci n de la enzima. Por ejemplo, en el caso de la acetil-CoA carboxilasa, que inicia la sntesis de cidos grasos, la enzima puede existir en forma activa o inactiva. El cambio entre estas formas est regulado por un mecanismo de modificaci n covalente reversible. La forma inactiva puede recuperar parcialmente su acti vidad cuando se polimeriza, a pesar de tener fosfatos en su composici n.

TEMA 10 ÁCi!"S Nu#$Ei#"S ÁCi!"S Nu#$Ei#"S 10.1 çcidos nucleicos y nucleosidos Los cidos nucleicos, el ADN y el ARN, desempe an funciones funda mentales en la c lula. El ADN, o cido desoxirribonucleico, tiene una funci n nica pero crucial: almacenar la informaci n gen tica. Por otro lado, el ARN, cido ribonucleico, tiene una variedad de tipos, pero su funci n principal es participar en la sntesis de protenas, actuando como intermediario para traducir la informaci n del ADN en protenas, lo que implica la conversi n de nucle tidos en aminocidos. Estos cidos nucleicos est n formados por la uni n de unidades es tructurales llamadas nucle tidos. Cada nucle tido consta de tres com ponentes importantes: un az car, al que se une una base nitrogenada, y un fosfato. La uni n de un az car a una base nitrogenada da lugar a un nucle sido, mientras que un nucle tido es un nucle sido ms un fosfato. El fosfato se une al az car a trav s del car bono 5' mediante un enlace fosfo ster, mientras que la base nitrogenada se une al carbono 1' del az car mediante un enlace N glucosdico. El az car puede ser ribosa o desoxirribosa, diferenci ndose en la presencia o ausencia de un tomo de oxgeno en el carbono 2'. La ribosa se encuentra en los nucle tidos que forman el ARN, mientras que la desoxirribosa forma parte del ADN. La presencia del grupo OH en la ribosa hace que el ARN sea ms reactivo y, por lo tanto, ms susceptible a la degradaci n que el ADN, que carece de este grupo y tiene una vida ms larga. Las bases nitrogenadas se dividen en dos tipos: p ricas, derivadas del anillo de la puri na, como la adenina (A) y la guanina (G), que tienen dos anillos en su estructura, y pirimi dnicas, derivadas del anillo de la pirimidina, como la citosina (C), la timina (T) y el uracilo (U), que poseen un solo anillo. La timina es exclusiva del ADN, mientras que el uracilo es exclusivo del ARN. En la nomenclatura, los cidos nucleicos se diferencian por la base nitrogenada que acompa a al az car. Pgina 53 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10007749 Las propiedades de los cidos nucleicos se derivan de sus componentes fundamentales. En primer lugar, exhiben propiedades cido-base debido al grupo fosfato, que confiere una carga negativa pr cticamente en todos los pH. El grupo fosfato tiene un pKa de 2, lo que significa que por encima de este valor de pH, todos los nucle tidos presentan un ca r cter cido. Adems, muestran tautomera, lo que significa que una mol cula puede existir en dos estructuras distintas, diferenciadas por la presencia de un grupo funcional. Debido a los anillos de las bases nitrogenadas, los cidos nucleicos tambi n absorben luz ul travioleta, con una absorci n mxima centrada en 260 nm. Esta propiedad permite distinguir entre protenas y cidos nucleicos mediante espectrofotometra debido a la presencia de las bases nitrogenadas. 10.2 Nucle tidos no nucleicos Existen diversos tipos de nucle tidos con dife rentes funciones. Algunos act an como dona dores de energa o grupos fosfato en reaccio nes endot rmicas mediante la hidr lisis de los enlaces fosfo ster. Por ejemplo, el ATP o el GMP son ejemplos de este tipo de nucle ti dos. Otros participan en la se alizaci n celular, donde el aumento de los primeros men sajeros conduce a la sntesis de segundos mensajeros que modulan la expresi n gnica u otras respuestas celulares. Un ejemplo es el cAMP o las alarmonas como el ppGpp. Adems, los nucle tidos pueden actuar como cofactores enzimticos o interme diarios metab licos, uniendo a enzimas para catalizar reacciones espec ficas. Ejemplos de esto incluyen los nucle ti dos de flavina, como el FAD, que parti cipa en reacciones de oxidaci n y re ducci n en el transporte de electrones, los de nicotinamida como el NAD+ y NADP+, y aquellos que intervienen en la transferencia de grupos acilo. Pgina 54 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Plan Turbo - Eliminar los vídeos + 10 descargas sin publicidad por sólo 0,99€ / mes - Oferta limitada a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10007749 Por ltimo algunos act an como activadores de metabolitos: Los cidos nucleicos, como la UDP Glucosa, act an como activadores de metabolitos y deben estar activados para iniciar una ruta meta b lica especfica. Cuando observamos las secuencias de nucle tidos, distinguimos entre oligonucle tidos, que tienen menos de 60 nucle tidos, y polinucle tidos o cidos nucleicos, que tienen ms de 60 nucle tidos. 10.3 Estructura de ADN En el caso del ADN, encontramos diferentes niveles estructurales. La estructura primaria corresponde a la secuencia de nucle tidos en la cadena, donde los nucle tidos se unen entre s mediante enlaces fosfodi ster, en los que el grupo hidroxilo del carbono 3' de un nucle tido reacciona con el grupo fosfato unido al carbono 5' del siguiente nucle tido. Las cadenas de ADN tienen un extremo 5' que corresponde al primer nucle tido, que no participa en ningn enlace, y un extremo 3' que corresponde al grupo hidroxilo que tampoco participa en ningn enlace. Estas cadenas tienen una polaridad y siempre se leen de 5' a 3Õ. La secuencia del ADN se escribe indicando el inicio con 5' y termi nando con 3', con las iniciales de los nucle tidos entre medias, o tambi n se puede representar utilizando el esqueleto, por ejemplo: 5' -pApCpGpT - 3'. El ADN presenta diversas propiedades, entre ellas la absorci n de luz en la regi n ultra violeta (260 nm). Las cadenas de ADN pueden desnaturalizarse al aumentar la temperatu ra, lo que lleva a una transici n de fase en la que la absorbancia del ADN nativo disminu ye en comparaci n con el ADN desnaturalizado. En cuanto a su carga, las mol culas de ADN son hidroflicas debido a la presencia de grupos fosfato, lo que les confiere una alta polaridad. Por esta raz n, el ADN tiene car c ter cido en casi todos los pH. La estructura secundaria del ADN revela aspectos cruciales sobre su composici n y disposici n. Se observ que la composi ci n del ADN vara entre diferentes espe cies, siendo nica para cada una de ellas. Sin embargo, dentro de un individuo de una misma especie, la composici n de ADN es idntica en todas las c lulas. Adems, se constat que la composici n del ADN permanece constante a lo largo de la vida de un individuo, sin alteraciones por la edad o la alimentaci n. Un hecho nota Pgina 55 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Plan Turbo - Eliminar los vídeos + 10 descargas sin publicidad por sólo 0,99€ / mes - Oferta limitada a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10007749 ble es que el nmero de timinas siempre es igual al nmero de adeninas, y el nmero de citosinas es igual al nmero de guaninas. Esta relaci n implica que el nmero de bases pirimidnicas es igual al nmero de bases p ricas. Posteriormente, se comenz a entender que el ADN era el portador de la infor maci n gen tica. Esto llev a la b squeda de su estructura tridimensional. Se descubri que el ADN est formado por dos cadenas anticomplementarias, lo que significa que una de las cadenas va en direcci n 5'-3' y la otra cadena va en direcci n 3'-5'. Estas cadenas son complementarias debido a los emparejamientos especficos en tre las bases nitrogenadas de la doble h lice, conocidos como apareamiento de Watson Crick. Este apareamiento se basa en que, si una cadena tiene adenina, la otra cadena tendr su base complementaria, que es la timina; de manera similar, si una cadena tiene guanina, la otra tendr citosina. Siempre que haya una base p rica en una cadena, estar emparejada con una base pirimidnica en la otra cadena. La doble h lice del ADN tiene una dispo sici n dextr gira y las bases nitrogenadas se encuentran en el interior de la h lice. Se observ que el espacio entre las dos cadenas solo permite este tipo de com plementariedad. Adems, la h lice pre senta dos surcos, el mayor y el menor, que son importantes para la interacci n con otras mol culas y protenas. Las conformaciones sin y anti hacen referencia a la orientaci n del enlace que une el az car con la base en el ADN. Las bases p ricas pue den estar en conformaci n sin cuando los dos anillos est n hacia la mol cula de az car, o en conformaci n anti cuando se alejan de ella. Por lo general, las bases pirimidnicas tienden a predominar en la forma anti. Para copiar el ADN, es necesario separar las dos cadenas. Esto se logra rompiendo los en laces de hidr geno entre las bases, lo que desnaturaliza el ADN. Este proceso se puede monitorear midiendo la absorbancia a 260 nm, ya que cuando las cadenas se separan, hay un aumento en la absorbancia. La temperatura a la que esto ocurre, conocida como temperatu ra de fusi n (Tm), depende de la composici n de bases. Cuantas ms guaninas y citosinas haya, mayor ser la temperatura necesaria para romper los enlaces de hidr geno. Las dos Pgina 56 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10007749 cadenas separadas pueden luego volver a unirse, un proceso que se utiliza ampliamente en t cni cas como la PCR. El descubrimiento de la doble h lice del ADN es fundamental porque indica cmo se copiar el ADN. La complementariedad de bases entre las dos hebras indica cmo se emparejar n durante la replicaci n. Aparte de la forma B del ADN que hemos discutido, existen otras estructuras menos comunes. La estructura A es similar a la B pero ms achatada, con un espacio interior adicional y enlaces de hidr geno ligeramente girados. La estructura Z tiene una h lice lev gira y un apilamiento de bases diferen te, siendo menos comn en la naturaleza. Otra forma, la tri ple h lice, implica tres cadenas de ADN, dos de las cuales interact an mediante emparejamientos de Watson y Crick, mientras que la tercera interacciona con otros tomos de las otras dos cadenas. Esta estructura es ms abundante en c lulas cancergenas. Adems de la estructura secundaria del ADN, existen otros tipos poco frecuentes. Por ejemplo, se presentan curvas o tor siones cuando hay secuencias de 4 o 5 nucle tidos con adenina, lo que ocasiona una curvatura en la estructura conocida como poli A. Las cadenas de ADN tambi n pueden tener palndromos, que son secuencias que se leen igual de izquierda a derecha y de derecha a izquierda. Estas secuen cias pueden formar horquillas o estructu ras cruciformes. En el caso del ADN, esto implica que la secuencia se repite en la cadena complementaria. Adems de los palndromos, existen las repeticiones especulares, donde una parte de la secuencia es la imagen especular de la otra, como si se reflejara en un espejo. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Pgina 57 Plan Turbo - Eliminar los vídeos + 10 descargas sin publicidad por sólo 0,99€ / mes - Oferta limitada a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10007749 La estructura terciaria o tridimensional del ADN difiere entre c lulas eucariotas y pro cariotas. En las procariotas, el ADN forma una doble h lice circular que debe intro ducirse en c lulas de tamao reducido. Para lograr esto, el ADN sufre superenro llamiento, que puede ser positivo o nega tivo segn la direcci n de la torsi n. Esto compacta el ADN, permitiendo que quepa en las c lulas procariotas. En las c lulas eucariotas, el ADN se encuen tra dentro del n cleo. El ADN interact a con protenas llamadas histonas, formando com plejos conocidos como nucleosomas. Las histonas, que son protenas b sicas, se unen al ADN y neutralizan sus cargas negativas, permitiendo que se empaquete de manera compacta. Cada nucleosoma consiste en un octmero de histonas unidas a la cadena de ADN, formando una estructura circular. Los nucleosomas se compactan para formar la fibra de cromatina, la cual se vuelve a n ms compacta solo cuando la c lula se divide, dando lugar a una estructura denominada cromosoma, que representa el mximo grado de compactaci n del ADN. 10.4 La estructura del ARN La estructura del ARN difiere del ADN en varios aspectos. A partir de una mol cula de ADN, se pueden generar mol culas de ADN adicionales a trav s de un proceso llamado replicaci n. Por otro lado, la transcripci n implica la sntesis de ARN a partir de una cadena de ADN, mientras que la traducci n implica la sntesis de protenas a partir de la informaci n contenida en el ARN. Los retrovirus tienen la capacidad de sintetizar una mol cula de ADN a partir de una ca dena de ARN mediante un proceso llamado retrotranscripci n. Pgina 58 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Plan Turbo - Eliminar los vídeos + 10 descargas sin publicidad por sólo 0,99€ / mes - Oferta limitada a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10007749 Estructuralmente, el ARN presenta una estructura primaria que consiste en una secuencia lineal de ribonucle tidos. A diferencia del ADN, el ARN contiene uracilo en lugar de timina. La citosina se puede transformar espont neamente en uracilo a trav s de un proceso denominado desaminaci n hidroltica. La G que origi nalmente se apareaba con la C se encuentra ahora emparejada a una U: Hay una mutaci n que incorporar A en vez de G al replicarse el DNA. El RNA es una mol cula de vida media mucha ms corta y de la que se sintetizan muchas mol culas durante la vida de una c lula, por eso este efecto no es tan delet reo y s se permite que haya uracilo Adems, el ARN es ms inestable que el ADN debido a la presencia de un grupo hidroxi lo en el carbono 2' del az car, lo que lo hace ms reactivo. El ARN es monocatenario, es decir, consta de una sola cadena, lo que implica que no hay interacci n entre dos cade nas para formar estructuras secundarias. En cuanto a la estructura secundaria del ARN, esta puede ser muy variada. Por ejemplo, el ARN transferente (ARNt) puede adoptar una estructura en forma de tr bol. Tipos de ARN El ARN mensajero es crucial para la sntesis de protenas, ya que transporta la informa ci n necesaria para la creaci n de una pro tena especfica. Sin embargo, estas mol culas varan segn est n presentes en c lu las eucariotas o procariotas. En las c lulas procariotas, el ARN mensajero es policistr nico, lo que significa que contiene m ltiples regiones que codifican diferentes protenas. Esto permite la sntesis de varias protenas al leer este ARN. En cambio, en las c lulas eucariotas, el ARN mensajero es monocistr nico. Adems, el ARN mensajero eucariota sufre modificaciones postranscripcionales antes de ser reconocido por el ribosoma para la traducci n de la informaci n. Estas modificaciones incluyen la adici n de una "caperuza" 5' en el extremo 5' del ARN mensajero mediante la metilaci n de una guanina en la posici n 7. En el extremo 3', se agrega una secuencia de nucle tidos de adenina conocida como "cola de poli A", que protege al ARN de la degradaci n. Adems, durante la sntesis del ARN mensajero, se eliminan los intrones, regiones que no contienen informaci n gen tica relevante para la sntesis de prote nas, dejando solo los exones, que son las regiones que s codifican para protenas. Este proceso de eliminaci n de in trones, conocido como "splicing", es crucial para la formaci n del ARN mensajero maduro en las c lulas eu Pgina 59 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10007749 cariotas. En resumen, el ARN mensajero eucariota maduro se caracteriza por ser monocis tr nico, estar modificado con una caperuza 5' y una cola de poli A en los extremos, y ha ber pasado por el proceso de splicing para eliminar los intrones y dejar solo los exones funcionales. El ARN ribosmico desempe a un papel fundamental en la sntesis de protenas al for mar los sitios donde ocurre dicho proceso, es decir, los ribosomas. Se sintetiza como un precursor, lo que significa que tras la transcripci n se obtiene un segmento de ARN ribo smico de diferentes tamaos. La diferencia principal entre los ribosomas de c lulas eucariotas y procariotas radica en su tamao, siendo los ribosomas procariotas ms pequeos que los eucariotas. Los ribosomas procariotas est n formados por ARN ribosmico de 23S, 5S y 16S, mientras que los eucariotas cuentan con cuatro ca denas diferentes de ARN ribos mico (28S 58S 18S y otra que sirve para transcribir otra cadena de RNA ribosmico que es la 55S que hace referencia al tama o). Adems, hay un tipo de ARN ri bosmico, el 28S en eucariotas y el 23S en procariotas, que posee actividad cataltica y cataliza la formaci n del enlace peptdico. Estos se conocen como ribozi mas, siendo enzimas compuestas por cadenas de cidos nucleicos en lugar de protenas. El ARN de transferencia tambi n participa en la sntesis de protenas al unir y transportar los aminocidos al ribosoma para la formaci n de la cadena polipeptdica. Son cadenas cortas de ARN, generalmente entre 73 y 93 nucle tidos, que presentan nucle tidos con bases no can nicas. Su estructura secundaria se asemeja a la forma de un tr bol, con re giones que interact an entre s mediante enlaces de hidr geno entre las bases y una es tructura de doble h lice. Todos los ARN de transferencia (ARNt) presentan una estructura caracterstica que los hace fundamentales en el proceso de sntesis de protenas. Los ARN de transferencia (ARNt) son esenciales en la sntesis de protenas, ya que unen, activan y transportan los aminocidos al ribosoma para su incorporaci n en la cadena polipep tdica. Estos ARNt son sintetizados Pgina 60 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Plan Turbo - Eliminar los vídeos + 10 descargas sin publicidad por sólo 0,99€ / mes - Oferta limitada a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10007749 inicialmente como mol culas pre cursoras que luego se procesan para alcanzar su tamao final. Du rante este proceso, muchos ARNt experimentan un alargamiento pos transcripcional y experimentan modificaciones qumicas que resul tan en la aparici n de bases poco frecuentes, no can nicas. Estas mol culas de ARNt est n formadas por una nica cadena de entre 73 y 93 nucle tidos, con una estructura tridimensional que adopta una forma similar a un tr bol o a una "L" invertida. Su extremo 5' est fosforilado para protegerlo de la degradaci n, mientras que en el extremo 3' todos contienen la secuencia ter minal CCA-OH, crucial para su funci n en la sntesis proteica y que forma parte del sitio de uni n al aminocido correspondien te. Adems, contienen un anticod n, que determina la especificidad del ARNt para unirse a un aminocido especfico o a otro ARNt. La regi n del ARNt conocida como "brazo TËC" contiene una secuencia de ribotimina-pseudouridina-citosina, mientras que en el brazo opuesto, denominado "lazo DHU", se encuentran resi duos de dihidrouracilo. Algunos ARNt pueden tener un brazo adi cional, aunque esta caracterstica no es universal entre todos los ARNt. En conjunto, los ARNt presentan una estructura tridimen sional altamente conservada, crucial para su funci n en la sntesis de protenas. La funci n del ARN en definitiva es llevar a cabo la biosntesis de las protenas. Existe, sobre todo en eu cariotas, un sinfn de peque as mol culas de RNA no codificante cuyo papel es regulador. A pesar de ser poco abundantes, su funci n se revela cada vez ms importante para el buen funcionamiento celular.

TEMA 11 L! rE"#iC!$ión L! rE"#iC!$ión 11.1 Replicaci n del ADN El dogma central de la biologa molecu lar establece el flujo unidireccional de informaci n gen tica: desde el ADN, que se transcribe en ARN mensajero (ARNm), y luego se traduce en protenas. Este principio es esencial para compren der los procesos fundamentales en la c lula y ha sido fundamental en la inves tigaci n biol gica. En los organismos procariotas, todos los procesos ocurren en el citosol debido a la ausencia de un n cleo celular. Por otro lado, en los eucariotas, la repli caci n y la transcripci n tienen lugar en el n cleo. Una vez sintetizado el ARN mensajero en el n cleo, este sale al citoplasma o se dirige a los ribosomas para la traducci n. Adems, existen orgnulos como las mitocondrias o los cloroplastos donde tambi n pueden ocurrir estos procesos, ya que poseen su propio ADN (ADN mitocondrial y ADN cloropl stico, respectivamente).Para llevar a cabo estos procesos, se requieren enzimas especficas. La replicaci n, por ejemplo, implica la duplicaci n de la secuencia de una de las cadenas de ADN, utilizando la otra cadena como molde para de terminar la secuencia de la nueva cadena. Este proceso ocurre solo una vez durante el ciclo celu lar, especficamente durante la fase S de sntesis de ADN, dentro de la interfase. Una vez comple tada la replicaci n, la c lula entra en otra fase donde se prepara para dividirse, generalmente por mitosis en c lulas somticas, dando lugar a dos c lulas hijas idnticas a la c lula original. En seres humanos, este proceso implica la copia precisa de alrededor de 3.2 mil millones de bases de ADN en un lapso de tiempo que vara entre 4 y 8 horas. La exactitud en la replicaci n es esen cial para mantener la integridad gen tica de las c lulas y asegurar la transmisi n adecuada de la informaci n gen tica a las c lulas hijas. Pgina 62 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10007750 Propiedades de la replicaci n del ADN La replicaci n ocurre una vez por ciclo celular, tiene car cter semiconservativo, lo que implica que las hebras de la doble h lice de ADN se separan y sirven como moldes para la sntesis de nuevas hebras complementarias. Esto se ilustra en la transcripci n donde, tras la sntesis de las dos cade nas, podemos encontrarnos con dos escenarios: en uno, ambas cadenas forman una mol cula de ADN con las hebras originales y en otro, una mol cula est compuesta por una hebra original y otra reci n sintetizada (situaci n conservativa o semiconservativa, respectivamente). La base de este concepto se estableci mediante el experimento de Meselson y Stahl, quienes culti varon bacterias en un medio con un is topo de nitr geno. Al cambiar el medio a uno con otro is topo, y tras un ciclo de replicaci n, al separar y centrifugar las mol culas de ADN segn su tama o, se observaron diferentes bandas, confirmando la naturaleza semiconservativa de la replicaci n. En c lulas procariotas, la replicaci n es unifocal, es decir, ocurre en un nico sitio de origen de re plicaci n, denominado oriC. Por otro lado, en c lulas eucariotas, que poseen ADN lineal y exten so, la replicaci n es multifocal, con varios sitios de inicio de replicaci n. La replicaci n es bidireccional: al iniciarla, las cadenas de ADN se separan formando una burbuja de replicaci n, donde se encuentran dos horquillas de replicaci n. Estas horquillas permiten la sntesis de nuevas hebras en ambas direcciones, lo que garantiza una duplicaci n eficiente y precisa del material gen tico. La replicaci n del ADN ocurre siempre en el sentido 5Õ-3Õ, mientras que la cadena molde se forma en sentido contrario. En los organismos eucariotas se replican aproximadamente 100 pares de bases por segundo, mientras que en los procariotas esta cifra asciende a alrededor de 1000 pares de bases por segundo. La estructura ms compacta del ADN eucariota requiere descompactaci n antes de la replicaci n, lo que ralentiza el proceso. Para llevar a cabo la replicaci n, se necesitan un molde, una hebra parental y un fragmento de ARN llamado ceba dor o primer. Sin este fragmento, la replicaci n no puede ocurrir. Adems, se requieren nucle tidos activados que contengan grupos fosfato. Durante la replicaci n, se sintetizan dos cadenas anticom plementarias de manera asimtrica. Una de ellas, llamada conductora, permite una sntesis continua en direcci n 3Õ-5Õ, mientras que la otra, la hebra rezagada, se sintetiza en sentido 5Õ-3Õ de manera discontinua mediante la sntesis de fragmentos. Los 10 mandamientos de la replicaci n del ADN son: 1. Cada divisi n celular conlleva una replicaci n. Pgina 63 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Fireball - ¡Madrid on fire, vamos a romperla! a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10007750 2. La replicaci n del ADN es semiconservativa. 3. En los procariotas, la replicaci n comienza en un nico sitio de origen. 4. En los eucariotas, la replicaci n comienza en m lti ples sitios especficos. 5. La replicaci n es bidireccional. 6. La sntesis de las hebras ocurre en sentido 5Õ-3Õ. 7. Se requiere un molde y un cebador. 8. La velocidad de replicaci n es constante pero vara entre eucariotas y procariotas. 9. Los sustratos de la reacci n deben estar activados. 10. La sntesis es asimtrica, dando lugar a una hebra gua y una hebra rezagada. 11.2 DNA polimerasas La enzima ADN polimerasa, cuya estructura tridimensional fue descu bierta por Arthur Kornberg, tiene varios tipos en c lulas procariotas, de los cuales la DNA polimerasa 1 y la DNA polimerasa 3 son las ms importantes. La DNA polimerasa 1 desempe a un papel crucial en la replicaci n y tambi n participa en la repa raci n del ADN. La DNA polimerasa 2 tiene principalmente una funci n reparadora, mientras que la DNA polimerasa 3 es esencial en la sntesis de ambas hebras de ADN durante la replicaci n. Las DNA polimerasas 4 y 5 tambi n participan en procesos de reparaci n. Todas estas polimerasas comparten caractersticas comunes. Por ejemplo, todas unen un desoxi rribonucle tido a un extremo 3Õ con un grupo OH libre, incorporando un desoxinucle tido trifos fato mediante un enlace fosfodi ster. Tambi n requieren un molde y un cebador, ya que necesitan el extremo OH libre para la elongaci n de la cadena. La procesividad, que se define como el nmero de nucle tidos que una DNA po limerasa puede unir antes de separarse de la horquilla de replicaci n, es crucial. La DNA polimerasa se une al molde, copia un segmento y luego se separa, repitiendo este ciclo. La fidelidad es alta en estas en zimas para evitar mutaciones, y todas tie nen actividad exonucleasa, que puede ser endonucleasa o exonucleasa, dependiendo de si rompen enlaces fosfodi ster dentro de un frag mento o en el ltimo o primer nucle tido, respectivamente. La DNA polimerasa 1 adems tiene actividad exonucleasa 5Õ-3Õ llamada nick-translation, crucial para eliminar los fragmentos de ceba dor en la sntesis de la hebra discontinua durante la replicaci n del ADN. La DNA polimerasa 3 tiene una estructura compleja, siendo una holoprotena compuesta por va rias subunidades, alrededor de 13 cadenas polipeptdicas. Entre estas, algunas forman el n cleo cataltico, denominado "bucle cataltico". Las unidades que participan en este n cleo son las uni dades !, " y #, donde se unen los sustratos para unirse a la cadena en proceso de sntesis. Otras Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Pgina 64 Fireball - ¡Madrid on fire, vamos a romperla! a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10007750 subunidades forman el complejo de la pinza deslizante, como las dos subunidades $, una subuni dad % y las subunidades & y &', que se unen y se deslizan a lo largo de la hebra en sntesis. El n cleo cataltico es un dmero, ya que se necesitan dos para copiar ambas cadenas de ADN, una encar gada de la sntesis continua y la otra de la rezagada. Adems, hay otras unidades como X y Y. La subunidad ', llamada "abrazaderas", es crucial para la procesividad, ya que sin ella la enzima se separara continuamen te de la cadena que est copiando. En cuanto al mecanismo de replicaci n, la primera etapa es la iniciaci n, donde intervienen pro tenas como DNA A, que reconocen el sitio de inicio. Estas protenas reconocen una secuencia de consenso en el ADN y se unen a unas zonas donde aparecen ciertas secuencias. Esto lleva a la separaci n de las dos cadenas del ADN. Las protenas de uni n, conocidas como SSBP, se unen a las cadenas separadas para evitar que vuelvan a interaccionar y formar la doble h lice, facilitando as la acci n de otras en zimas. La helicasa es una de ellas, ya que rompe los enlaces de hidr geno y separa las cadenas. La primasa es necesaria para sintetizar un fragmento de ARN que proporcio na el grupo hidroxilo libre necesario para la replicaci n, conocido como cebador o primer. Este fragmento de ARN, sintetizado por la primasa, es esencial para iniciar la replicaci n del ADN. Ahora comienza la acci n de la DNA polimerasa 3, encar gada de unir los nucle tidos durante la replicaci n del ADN. Esta enzima posee dos abrazaderas que se unen a cada una de las cadenas de ADN y va sintetizando ambas cadenas de forma simult nea. Otras enzimas involucradas en este proceso son las topoisomerasas, encargadas de eliminar su perenrollamientos que podran interferir con la acci n de la helicasa, permitiendo as la separa ci n de las cadenas de ADN. Una vez que todas las protenas est n en su lugar, comienza la etapa de elongaci n. La DNA po limerasa 3 une los desoxirribonu cle tidos mediante la complemen tariedad de bases. En la hebra 5Õ 3Õ, la sntesis ocurre de manera Pgina 65 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10007750 continua a medida que avanza la DNA polimerasa 3 y la helicasa. Por otro lado, en la hebra rezagada, la sntesis no puede ser continua debido a la polaridad 3Õ-5Õ, lo que requiere un proceso diferente. En este caso, la sntesis se realiza me diante la formaci n de fragmentos de Okazaki. La primasa sintetiza un cebador en medio de la cadena, la DNA polimerasa puede unir nucle tidos y la primasa puede sintetizar otro cebador para que la DNA polimerasa contine uniendo ms nucle tidos. Conforme avanza la helicasa, se necesitar n ms cebadores, lo que lleva a la formaci n de m ltiples fragmentos de Okazaki. En la etapa de elongaci n, tras la formaci n del replic n durante la iniciaci n, se lleva a cabo la sntesis continua y discontinua del ADN, dando lugar a fragmentos de Okazaki. Se debe eliminar el cebador inicial de la hebra rezagada. La DNA polimerasa 1, que tiene actividad exonucleasa 5Õ-3Õ, sustituye los ribonucle tidos del ce bador por desoxirribonucle tidos, eliminando as el cebador y uniendo los fragmentos de ADN reci n formados en la hebra rezagada. En la terminaci n, la DNA polimerasa 3 reco noce una secuencia llamada "Ter" y finaliza la replicaci n en c lulas procariotas, que poseen ADN circular de doble cadena. Al finalizar la sntesis, se obtienen dos mol culas circulares de ADN de doble cadena, unidas en una es tructura llamada catenano. Las topoisomera sas, especialmente la topoisomerasa 4, sepa ran estas mol culas circulares de ADN para completar la replicaci n. En c lulas eucariotas, el mecanismo es similar, pero la velocidad de replicaci n es constante aun que menor que en procariotas. Se observa que existen m ltiples puntos de inicio, siendo algunos menos frecuentes que otros. Estos puntos de inicio dependen de la velocidad de la polimerasa: si esta es lenta, se forman puntos de inicio ms frecuentes. Adems, pueden ocurrir puntos de inicio silenciosos cuando la polimerasa se atasca, formando una nueva burbuja de replicaci n en el lu gar del atasco.Las DNA polimerasas en eucariotas se nombran con letras griegas, como la %, que se encuentra en la mitocondria. En las c lulas eucariotas, el ADN se organiza en cromosomas. Sin embargo, surge un problema debido a que una de las hebras carece de un fragmento en sus extremos, conocidos como tel meros. Para mantener la integridad de estos extremos durante la replicaci n, se requiere la acci n de una enzima llamada telomerasa, la cual participa en la sntesis de la hebra continua en los te l meros. Sin la actividad de la telomerasa, en cada ciclo de replicaci n los cromosomas se acorta ran progresivamente hasta su desaparici n. La telomerasa est presente nicamente en las c lulas germinales, que al dividirse dan origen a los gametos. Esto se debe a que en estas c lulas es crucial preservar todo el material gen tico de la c lula madre en las c lulas hijas para garantizar la informaci n gen tica completa en los game Pgina 66 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Fireball - ¡Madrid on fire, vamos a romperla! a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10007750 tos. Por el contrario, las c lulas somticas, como las de la piel, carecen de telomerasa, lo que pro voca que los cromosomas de estas c lulas se acorten con cada divisi n, contribuyendo al proceso de envejecimiento celular. Es por esto que la telomerasa es objeto de estudio en el campo de la investigaci n del envejecimiento, con el objetivo de revertir este proceso

TEMA 12 L! tR!"sC#$pC%ón L! tR!"sC#$pC%ón 12.1 Transcripci n del DNA La transcripci n es un proceso fundamental donde una cadena de ADN se utiliza para sintetizar una cadena de ARN, que puede participar en la sntesis de protenas o en la regulaci n del pro ceso de transcripci n. Es un proceso similar a la replicaci n, que ocurre en el n cleo de las c lulas eucariotas y en el citoplasma de las procariotas. La reacci n es la misma, con la uni n de ribo nucle tidos y la necesidad de sustratos activa dos. La sntesis ocurre en senti do 5Õ-3Õ, mien tras que la lectu ra de la hebra se realiza en senti do 3Õ-5Õ, con etapas de inicia ci n, elongaci n y finalizaci n. A diferencia de la replicaci n, en la transcripci n no se requiere un cebador y solo una de las hebras de ADN sirve como molde para la sntesis de ARN. Al finalizar la transcripci n, la cadena nueva se llama transcrito primario, donde la timina del ADN se reemplaza por uracilo en el ARN. La transcripci n es selectiva y solo ciertas regiones del ADN, llamadas genes, son transcritas. En los procariotas, los genes son policistr nicos, lo que significa que un transcrito primario puede contener informaci n para varias protenas y su expresi n est regulada por un promotor. Por otro lado, en los eucariotas, los genes son monocistr nicos, es decir, cada transcrito primario codifica solo una protena y no hay operones. La transcripci n es un proceso reiterativo y selecti vo, donde la misma secuencia de ADN puede transcribirse varias veces, generando m ltiples mo l culas de ARN. A diferencia de la replicaci n, la transcripci n no es constante en velocidad y puede ocurrir varias veces durante un ciclo celular. Pgina 68 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10007751 Una ltima diferencia clave es que la transcripci n est fuertemente regulada. Esto implica la par ticipaci n de factores de transcripci n y secuencias activadoras. La enzima central en la transcrip ci n es la ARN polimerasa, cuya estructura tridimensional fue descubierta por Roger D. Kornberg. 12.2 RNA polimerasasm En c lulas procariotas, solo hay una ARN poli merasa que sintetiza todos los tipos de ARN. Esta ARN polimerasa es una holoenzima com puesta por un menor nmero de subunidades: 5 subunidades, incluyendo 2 !, 2 " y una #. Un factor crucial en la transcripci n es el factor $, encargado de reconocer el promotor y facilitar el inicio de la transcripci n. La especificidad de reconocimiento del promotor est determinada por el factor $, siendo el ms conocido el $ 70. La ARN polimerasa es capaz de sintetizar ARN sin la necesidad de un cebador, a diferencia de la ADN polimerasa. Sin embargo, no posee actividad correctora. 12.3 Mecanismo de la transcripci n La transcripci n es un proceso fuertemente regulado por factores de transcripci n Esta regulaci n puede tener lugar en cualquiera de las tres etapas, iniciaci n, elongaci n o termi naci n, aunque suele ser la iniciaci n el paso donde mayor incidencia reguladora tiene lugar. - Activadores: Protenas que facilitan la uni n de RNA pol - Represores: Protenas que dificultan la uni n de RNA pol El mecanismo de la transcripci n consta de tres etapas. En la etapa de iniciaci n, la ARN polime rasa se une a la regi n del promotor, donde las secuencias -10 y -35 son cruciales. Una vez unida, la ARN polimerasa forma un complejo cerrado. Al unirse al promotor, la ARN polimerasa es capaz de separar las dos cadenas de ADN, formando un complejo abierto y dando inicio a la polimeri zaci n. Durante este proceso, se sintetiza un fragmento de ARN, tras lo cual la subunidad $ se separa de la ARN polimerasa. Esto marca el comienzo de la elongaci n, donde la ARN polimerasa contin a su funci n sin la participaci n del factor $. En resumen, el promotor, una secuencia de ADN conservada, es esencial para el inicio de la transcripci n, y la regulaci n de la transcripci n se lleva a cabo mediante la interacci n entre la ARN polimerasa, los factores de transcripci n y las secuencias activadoras. La etapa de iniciaci n de la transcripci n ocurre en dos fases. Primero, la ARN polimerasa con el factor $ reconoce la secuencia del promotor, formando un complejo cerrado donde las cadenas de ADN est n unidas por enlaces de hidr geno. Luego, la ARN polimerasa se desplaza hacia la regi n -10 del promotor, abriendo la cadena de ADN al romper los enlaces de hidr geno, lo que resulta en la formaci n de un complejo abierto. En este punto, comienza la polimerizaci n con la uni n de ribonucle tidos, y una vez que se han unido unos 10 o 12 ribonucle tidos, el factor $ se disocia. Esto da paso a la etapa de elongaci n. Durante la etapa de elongaci n, la ARN polimerasa contin a a adiendo ribonucle tidos, alar gando la cadena de ARN. En este punto, las cadenas de ADN est n separadas, y dentro de la ARN polimerasa, hay espacio para aproximadamente 30 ribonucle tidos. De estos, alrededor de Pgina 69 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Te has descargado este apunte gracias a la publicidad. También puedes eliminarla con 1 coin. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10007751 12 forman una h lice hbrida con la cadena de ADN, mientras que los restantes 18 permanecen sin aparear. Una vez que la cadena de ARN se ha elongado lo suficiente, se llega a la etapa de terminaci n. Esta puede ocurrir de dos formas: la terminaci n simple o la terminaci n mediante la formaci n de un bucle de ARN. En la terminaci n simple, la ARN polimerasa se ralentiza al encontrar una secuencia rica en nucle tidos de guanina o citosina en el ADN, lo que dificulta la separaci n de las cadenas de ADN. Adems, se encuentra una secuencia rica en adenina, lo que conduce a la formaci n de enlaces de hidr geno entre estas secuencias y las secuencias ricas en guanina y ci tosina en el ARN reci n sintetizado. Esto provoca la formaci n de un bucle en el ARN, que se se para de la cadena molde, lo que es an logo a la ARN polimerasa chocando contra un muro. A veces, durante la terminaci n de la transcripci n, no se activan las etapas secundarias, y es ne cesario recurrir a una protena llamada protena %. Esta protena reconoce la secuencia de termi naci n e interact a con ella, actuando como un tope para la ARN polimerasa. Esto detiene su avance, resultando en la sntesis de la cadena de ARN y la reformaci n de la doble h lice de ADN. En cuanto a la transcripci n en eucariotas, existen varias diferencias significativas en comparaci n con los procariotas. En los procariotas, la transcripci n ocurre en el citoplasma, mientras que en los eucariotas sucede en el n cleo, al igual que la replicaci n. Adems, en los organismos proca riotas, la transcripci n y la traducci n est n acopladas, lo que significa que la cadena de ARN re ci n sintetizada puede ser leda inmediatamente por los ribosomas para la sntesis de protenas, sin necesidad de separar la cadena. Sin embargo, en los eucariotas, esto no sucede de la misma manera. En los eucariotas, contamos con tres tipos de ARN polimerasa. La ARN polimerasa I sintetiza el ARN ribosmico (como la cadena 58S) y el ARN transferente. La ARN polimerasa II transcribe el ARN mensajero (ARNm) y, finalmente, la ARN polimerasa III sintetiza el ARN ribosmico (como la cadena 58S) y el ARN transferente. Una diferencia importante es que la ARN polimerasa II lleva a cabo el procesamiento primario del ARN y sufre modificaciones post-transcripcionales, como la adici n de una caperuza en el extre mo 5', una cola poli-A en el extremo 3', y la eliminaci n de intrones. El ARN mensajero resultante tiene su extremo 5' protegido por la caperuza y su extremo 3' protegido por la cola poli-A. Esta mol cula de ARN mensajero es la que sale del n cleo y se dirige a los ribosomas para la traduc ci n.

TEMA 13 L! tR!"uC#$ón L! tR!"uC#$ón 13.1 C digo gen tico El c digo gen tico es el conjun to de reglas que define la tra ducci n de una secuencia de nucle tidos en el mRNA a una secuencia de aminocidos en una protena, en todos los seres vivos. En el proceso de traducci n, se sintetiza una protena utilizando la informaci n contenida en una mol cula de ARN mensajero (ARNm) como molde. Adems del ARNm, necesitamos un adapta dor para llevar a cabo la traducci n de la informaci n gen tica en una protena funcional. Este adaptador es el ARN de transferencia (ARNt), que se une a los aminocidos y los lleva al sitio de sntesis proteica, el ribosoma. El ribosoma no solo es el lugar donde ocurre la traducci n, sino que tambi n contiene una cadena de ARN ribosmico que cataliza la formaci n de enlaces pep tdicos entre los aminocidos. Anteriormente se crea que la formaci n de enlaces peptdicos era una reacci n reversible, pero investigaciones posteriores revelaron que en realidad se trata de un proceso irreversible que es fundamental en la traducci n. Durante la traducci n, la informaci n conte nida en el ARN mensajero es leda por los ribosomas, y los ARNt llevan los aminoci dos correspondientes segn el c digo ge n tico. Este proceso asegura que se pro duzca la secuencia correcta de aminocidos para formar la protena especfica codifica da por el ARNm. La informaci n en el RNA mensajero se or ganiza tomando 3 nucle tidos, los cuales forman 64 palabras posibles (codones). El c digo gen tico es altamente preciso y universal. No se superponen c digos y carece de puntuacio nes; la informaci n se lee de manera continua. En el ARN mensajero, existen tres codones que ac t an como se ales de finalizaci n, deteniendo la s ntesis de prote nas cuando son encontrados. Mientras que los restantes 61 codones codifican aminocidos. El AUG, adems de codificar un ami nocido, inicia la sntesis de protenas. En organis mos eucariotas, este cod n codifica metionina, mientras que en procariotas, codifica formilmetio nina. Pgina 71 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10038648 Para la uni n de aminocidos y ARN de transferencia (ARNt), intervienen las enzimas aminoacil-ARNt sinteta sas, que utilizan ATP como fuente de energa, convir ti ndolo en pirofosfato. Este proceso ocurre en dos fa ses: primero, se une ATP al ARNt, formando el comple jo ATP-ARNt; segundo, se une el ARNt al aminocido. Cada aminocido tiene su propio ARNt, diferenciado por la secuencia del anticod n, complementaria a los codones del ARN mensajero. La precisi n de la traduc ci n es crucial y est garantizada por las aminoacil ARNt sintetasas, que aseguran la correcta uni n del ARNt al aminocido correspondiente. Estas enzimas tienen un sitio activo especfico para cada aminocido, lo que garantiza la uni n correcta. Adems, la fidelidad de la traducci n se asegura me diante el reconocimiento preciso del cod n en el ARN mensajero, que se logra gracias a una secuencia anti complementaria. En resumen, la sntesis proteica es un proceso altamente regulado y preciso, donde cada paso contribuye a la correcta formaci n de protenas funcionales. Se descubri que en ocasiones un mismo ARN de transferencia (ARNt) puede reconocer diferentes co dones. Por ejemplo, el ARNt con el cod n UAG po dra reconocer un cod n AUG, AUU, o AUA. Sin em bargo, la uni n entre el primer nucle tido del antico d n y el cod n no es siempre perfecta, lo que llev a la hip tesis del balanceo. Esta hip tesis permite re ducir la probabilidad de mutaciones o mantener una abundancia equilibrada de ARNt. La traducci n ocurre en los ribosomas, estructuras nucleoproteicas compuestas por ARN ribos mico y protenas que interact an con este ARN. Las protenas asociadas son de naturaleza b sica, con carga negativa, para facilitar la interacci n con el ARN. Los ribosomas Los ribosomas constan de dos subuni dades: la mayor y la menor. La subuni dad mayor contiene ARN ribosmico (28S, 5.8S y 5S en eucariotas; 23S y 5S en procariotas) y protenas. La subuni dad menor incluye ARN ribosmico (18S en eucariotas; 16S en procariotas) y protenas. La uni n de estas cadenas de ARN ribosmico y protenas da lugar a coeficientes de sedimenta ci n de 60S en eucariotas y 50S en procariotas para la subunidad mayor, y de 40S en eucariotas y 30S en procariotas para la subunidad menor. Estas subunidades permanecen separadas hasta que la c lula inicia la traducci n de protenas, momento en el que se unen para formar el ribosoma. El conjunto de ribosomas que traducen el mismo ARN mensajero se conoce como polirribosomas o polisomas. Pgina 72 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Sabemos que no eres un tentador, pero aquí te van a dar ganas de probarlo todo a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10038648 La subunidad mayor del ribosoma, que es capaz de catalizar la formaci n del enlace peptdico, se conoce como el director y contiene una cadena de ARN ribosmico, la 28S en eucariotas y la 23S en procariotas. En el ribosoma, hay tres sitios: A (aminoacil-tARN), P (peptidil-tARN) y E. Cada uno se une a dife rentes componentes durante la traducci n. En el sitio A, se posiciona el aminoacil ARNt, mientras que en el sitio P se coloca el peptidil ARNt, que llevar unida a su extremo hidroxilo 3Õ una cadena polipeptdica en crecimiento. Este fragmento peptidil aumentar en el n mero de aminocidos. Por ltimo, en el sitio E (de salida), se sit a el ARNt que ha cedido su aminocido a la cadena peptidil. El mecanismo de traducci n, al igual que la transcripci n y la replicaci n, consta de tres etapas fundamentales: Iniciaci n: En esta fase participan factores de iniciaci n, como IF1, IF2 e IF3. Dos de estos factores se unen a la subunidad peque a (IF1 y IF3), y luego se une el ARNm a la subunidad ribosmica 16S, reconociendo la se al de ini ciaci n AUG, que codifica la metionina y se coloca en el sitio P del ribosoma. El ARNm se une cerca del inicio gracias a una secuencia llamada "shine-dalgarno" ubicada aproxima damente 10 nucle tidos antes del cod n de inicio. Esta secuencia, tambi n conocida como RBS, es rica en bases purinas y es reconocida por el ARNr 16S, lo que permite la interacci n y la colo caci n precisa del AUG en el sitio P, para esto se necesita energa la cual se la proporciona el fac tor de iniciaci n 2, este es una enzima GTPasa. Por ltimo e produce la uni n de la subunidad grande. Elongaci n: En esta etapa, intervienen los factores de elongaci n EF-Tu y EF-G, que son GTPasas y proporcionan la energa necesaria para su funci n. El segundo ARNt (aa2-ARNt) se une al factor de elongaci n Tu, formando el complejo ternario. Este complejo se coloca en el sitio A del ribo soma, y mediante la hidr lisis de GTP, se permite que el ARNt se posicione correctamente y se forme el enlace peptdico entre los aminocidos. Terminaci n: En la etapa final, un cod n de terminaci n en el ARNm (UAA, UAG o UGA) es reco nocido por factores de liberaci n, lo que lleva a la liberaci n de la cadena polipeptdica y la diso ciaci n de los componentes ribosmicos. Participan las protenas denominadas factores de liberaci n o terminaci n (RF1, RF2, RF3). En el sitio P se encuentra unido el tRNA con la cadena polipeptdica que se est formando unida a l, en el sitio A se coloca un factor de liberaci n, dependiendo del cod n se coloca uno u otro, tras esto act a el RFá que separa las subunidades libera el tRNA y la cadena polipeptdica sintetizada, conforme esta se sintetiza adquiera la estructura adecuada para que se le considere la protena nativa para poder llevar a cabo su funci n. El t nel ribosomal permite la salida de la cadena polipeptdica y da un entorno adecuado para que se den la reacciones de los aa y se forme la estructura secundaria adecuada. Pgina 73 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Sabemos que no eres un tentador, pero aquí te van a dar ganas de probarlo todo a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10038648 El ribosoma interviene activamente en la modificaci n postraduccional y en el plegamiento de las cadenas nacientes. El ribosoma tambi n interviene directamente en la distribuci n de las prote nas reci n sintetizadas hacia sus distintas localizaciones celulares. Traducci n en eucariotas Tiene 3 etapas: iniciaci n, elongaci n y terminaci n Los ribosomas eucariotas son 80S, tienen una subunidad mayor (60S) y una subunidad menor (40S). Fase de iniciaci n: eFI de inicio. El ribosoma se une al mRNA (es circular) y busca el cod n AUG. Adems, la protenas eucariotas empiezan por Met Fase de elongaci n: eEF factores de elongaci n. eEF alfa con EF-Tu (GTasa) y eEF2 con EF-G (GTPasa). Fase de terminaci n act a un solo eRF. ModiÞcaciones Postraduccionales 1. Modificaciones amino- y carboxilo-terminales. Inicialmente todos los polipptidos empiezan con un residuo N-formilmetionina(en procariotas) o metionina(en eucariotas), que son elimina dos en la mayora de los casos. Un 50% de las protenas eucari ticas tienen el extremo N-ter minal acetilado. 2. Modificaci n de aminocidos. Los grupos hidroxilo de Ser, Thr y Tyr pueden ser fosforilados; los grupos Asp y Glu pueden recibir grupos amino extras; Lys y Pro son metiladas o hidroxila das (col geno). 3. Uni n de cadenas laterales glucdicas. Se unen covalentemente a residuos Asn o a residuos de Thr. 4. Adici n de grupos prost ticos. Un ejemplo es el grupo hemo del citocromo C y de la hemo globina. 5. Modificaci n proteoltica. La insulina, la tripsina, la quimotripsina y el col geno se sintetizan como precursores inactivos (proinsulina, tripsin geno, quimotripsin geno y protocol geno) que luego deben ser hidrolizados parcialmente para convertirse en productos biol gicamente activos. 6. Formaci n de puentes disulfuro. Pueden ser intra-o intercatenarios y se supone que ayudan a las protenas que deben ser exportadas a mantener su estructura nativa.