Bioquímica Esencial: Enzimas, Vitaminas y Ácidos Nucleicos

Enzimas

Las enzimas facilitan las reacciones biológicas y su función es catalizadora, facilitando su desarrollo. Características: son biocatalizadores muy potentes, son proteínas globulares. Como catalizadores, las enzimas actúan en pequeña cantidad, regulan la velocidad de reacción, no se consumen durante la reacción ni forman parte del producto de reacción y tienen alta especificidad.

Un catalizador es una sustancia que acelera una reacción hasta hacerla instantánea. Componentes: Las reacciones enzimáticas se caracterizan por la formación de un complejo que representa el estado de transición. El sustrato se une a la enzima a través de diferentes interacciones débiles como: puentes de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas en un lugar específico (centro activo). Este centro es una pequeña porción de la enzima, constituido por aminoácidos que interaccionan con el sustrato.

Características del Centro Activo

El centro activo es una región de la enzima que se une al sustrato, representa una parte muy pequeña comparado con el volumen total de la enzima, tiene estructura tridimensional, está ocupado por un tipo de sustrato, y está formado por dos tipos de aminoácidos: aminoácidos de fijación, que se unen al sustrato, y aminoácidos catalíticos, responsables de la transformación de sustratos en productos.

Factores que Afectan la Reacción

Efectos del pH, el centro activo, la ionización, la temperatura, e inhibidores (irreversibles, competitivos, no competitivos, acompetitivos).

Características de la Actividad Enzimática

Hay 3 tipos: especificidad absoluta: la enzima solo actúa sobre un sustrato; especificidad de grupo: la enzima actúa sobre un grupo de moléculas; y especificidad de clase: la enzima actúa sobre un determinado tipo de enlace. Algunas enzimas actúan con ayuda de sustancias no proteicas. En función de su naturaleza pueden ser: cofactor: son moléculas inorgánicas o aniones (Mg²⁺); y coenzimas: son moléculas orgánicas no proteicas indispensables para que se realice la función enzimática (ATP, coenzima A).

Vitaminas

Las vitaminas son sustancias orgánicas indispensables que participan en el metabolismo, no se sintetizan y tenemos que tomarlas del exterior, necesitando proporciones muy bajas. Para poder ser introducidas en el cuerpo se necesita un precursor que hay que tomar en la dieta. La falta de vitaminas produce enfermedades. Esta carencia produce trastornos y la falta de vitaminas se denomina avitaminosis. Se llama hipovitaminosis cuando se toma una vitamina por debajo de los límites requeridos. Se clasifican en: liposolubles: son solubles en grasas y disolventes orgánicos. Ej: vitaminas A, D, E, K, Q. Las hidrosolubles: se disuelven en agua porque tienen grupos -OH. Ej: vitaminas del complejo B y C.

Vitaminas Liposolubles

Vitamina A: produce ceguera nocturna, ya que no se fabrica rodopsina. Vitamina D: produce un enriquecimiento del hueso debido a la falta de calcio que produce el raquitismo y en mayores, rotura de huesos. Vitamina E: en ratas produce esterilidad, se encuentra en semillas. Vitamina K: produce hemorragias subcutáneas, interviene en la formación de protrombina que interviene en la coagulación. Es difícil que haya carencia ya que la flora intestinal la sintetiza en grandes cantidades, en vegetales e hígado de cerdo. Vitamina Q: participa en mitocondrias y aparato respiratorio y en coenzimas redox, también se produce en la flora intestinal, proviene de vegetales e hígado de cerdo.

Vitaminas Hidrosolubles

Complejo B: su falta produce la enfermedad Beri-Beri. La B₂: produce dermatitis, calenturas. La B₃: produce la enfermedad pelagra. La B₆: su carencia produce seborrea, que es el aumento de grasa dermatológica. Su avitaminosis es casi imposible porque la flora la produce. La vitamina B₁₂: produce disminución de glóbulos rojos. Vitamina C: produce escorbuto, es la que más se necesita, se destruye a temperaturas poco bajas.

Otros Ácidos

Ácido pantoténico: forma parte de la coenzima A, en alimentos de origen animal. Ácido fólico: lo tienen las embarazadas con función coenzimática, en alimentos de origen vegetal.

Ácidos Nucleicos

Los ácidos nucleicos fueron descubiertos en 1869 y hasta 1944 no se supo su función, hasta que descubrieron que son polímeros de alto peso molecular, formados por tres tipos de componentes: un azúcar, una base nitrogenada y H₃PO₄. Hay bases púricas: A y G, y pirimidinas (bases pirimidínicas): C, U, T. Solo forman 10 nucleótidos.

Tipos de Ácidos Nucleicos

Se agrupan en dos: los que llevan como pentosa la ribosa y se llaman ácidos ribonucleicos, y los que llevan como pentosa la desoxirribosa y se llaman ácidos desoxirribonucleicos. Las diferencias: tienen diferentes pentosas. El ácido ribonucleico lleva bases púricas A y G, y pirimidinas C y G. En el ácido ribonucleico no hay T. El ácido desoxirribonucleico contiene bases A y G y otras dos C y T, nunca U. Los ácidos nucleicos contienen ARN, tienen menor peso molecular que los ácidos desoxirribonucleicos. Lo normal es que el ARN tenga una cadena mientras que el ADN forma una doble hélice tridimensional, se las llama bicatenarias y al ARN monocatenarias. Los ADN forman cromosomas, contienen información genética y llevan información que se va a heredar, se encuentra en el núcleo de la célula eucariota. Los ARN no llevan información genética pero se encargan de expresar lo que lleva el ADN, ya que el ADN no puede expresarlo, y esta expresión se lleva a cabo mediante proteínas. Su localización es distinta: el ADN en células eucariotas, en el núcleo, y en procariotas, que no tienen núcleo, se encuentra disperso. El ARN se encuentra en el núcleo y en el citoplasma.

Tipos de ADN (según estructura)

ADN monocatenarios: solo tienen una cadena de ácido nucleico. Lineal: muy raros, en virus. Circulares: muy raros, también en virus. ADN bicatenario: circulares: tienen un anillo doble y no tienen extremos libres, peso molecular bajo, en bacterias, mitocondrias, cloroplastos. Lineal: la mayor parte de las células eucariotas, se encuentra en el núcleo con extremos libres.

Tipos de ARN (según función que desempeñan)

ARN mensajero: encargado de llevar información del núcleo al citoplasma donde se expresa mediante una molécula. En su estructura eucariota tiene una cadena larga con pequeños lazos y se forma porque hay unas bases complementarias que se enfrentan. A-U, G-C. Las procariotas solo son lineales. Las eucariotas tienen trozos que no traducen información, se llaman intrones. En las procariotas se traducen siempre. Los que expresan proteínas son exones. ARN transferente: ARN especial con número de nucleótidos muy bajos, se une a aminoácidos y los transporta al lugar de síntesis de proteínas y los coloca dependiendo del orden que los deje el ARNm. En el ARNt también hay uniones de puente de hidrógeno. Tiene bases raras exclusivas del ARNt. Siempre hay una parte llamada anticodón, que es la que va a reconocer el ARNm, y el extremo 3' va a coger los aminoácidos. ARN ribosómico: ARN estructural y con las proteínas forma los ribosomas. Un ribosoma está formado por un 60% de ARNr y un 40% de proteínas. ARN nucleolar: ARN en el nucléolo, en vez de salir se queda allí. Su función es formar ARN ribosómicos junto con proteínas que dan ribosomas y se unirán al citoplasma. El tamaño del nucléolo es 45s. ARN pequeño nucleolar: tamaño muy pequeño, tiene muchos restos de uracilo y participa en el proceso de maduración del ARNm. ARN de interferencia: solo en células eucariotas, descubierto en 1998, se une a unas enzimas, bloquea el ARNm para que no fabriquen la proteína.

Estructura del ADN

El ADN tiene diversas estructuras: estructura primaria: orden o secuencia de nucleótidos. La estructura secundaria: una representación más compleja ya que el ADN tiene dos cadenas y representa una estructura determinada en el espacio. La doble hélice representa la primera estructura estable, se debe a las bases complementarias que están unidas por puentes de hidrógeno. Las dos cadenas se encuentran alrededor de un eje imaginario y son complementarias. Siempre hay dos puentes de hidrógeno entre A-T y tres entre G-C. Las cadenas son antiparalelas, cada una va en un sentido. Estructura terciaria: aquella estructura donde la cadena de ADN se asocia a proteínas. Estas proteínas se unen a histonas y forman un "collar de perlas". Este modelo conformado por histonas junto con ADN forman el nucleosoma. El nucleosoma está formado por 8 moléculas de histonas 2 a 2. Siempre en eucariotas. Se observó que en gametos no existía sino que había una estructura cristalina, el núcleo es muy pequeño y el ADN está más compacto, entonces las protaminas, que son moléculas muy grandes, forman una espiral. Estructura cuaternaria: el ADN junto con las histonas se agrupan mucho más, se observa al microscopio una estructura en reposo. Se propusieron dos modelos: modelo solenoide: propone que la fibra de nucleosomas se enrolla en sí misma sobre un eje imaginario. Modelo superbolas: la fibra de 100 Å (nucleosomas) se enrolla en una bola de 10-12 nucleosomas sucesivos. El solenoide fue el más válido. Estos modelos son formas de empaquetamiento que se tendrán que empaquetar para formar cromosomas.