Principios de Estructura y Función en Biomoléculas: Proteínas, Ácidos Nucleicos y Membranas

Estructura y Plegamiento de Proteínas

Conceptos Generales

• Incorrecto: El cabdell estadístic (ovillo estadístico) hace referencia a la conformación fluctuante y flexible que presentan ciertos polipéptidos en condiciones desnaturalizantes, no necesariamente a su estado funcional nativo.

• Correcto: El plegamiento de las proteínas no es un proceso aleatorio de búsqueda de la conformación más estable (paradoja de Levinthal), sino un proceso dirigido y cooperativo.

• Correcto: La interconversión entre dos conformaciones diferentes de una proteína (ej. estado R y T de la hemoglobina) no requiere la ruptura y formación de nuevos enlaces covalentes, solo cambios en las interacciones débiles.

• Correcto: Las chaperonas son proteínas que facilitan el plegamiento correcto de otras proteínas, previniendo la agregación o ayudando a alcanzar el estado nativo.

• Correcto: Una amiloidosis es una enfermedad causada por la acumulación de una proteína plegada de manera incorrecta, formando agregados fibrilares insolubles (fibras amiloides).

Estructura Secundaria y Conformación

• Incorrecto: El colágeno presenta una estructura característica de triple hélice, diferente de la hélice α.

• Correcto: Las estructuras hélice α y lámina β son los dos motivos principales de estructura secundaria que puede adoptar la cadena peptídica.

• Correcto: En una hélice α, las cadenas laterales de los aminoácidos quedan dispuestas hacia el exterior de la hélice.

• Correcto: El diagrama de Ramachandran, que representa los ángulos diedros φ (phi) y ψ (psi) permitidos, predice más conformaciones estables para la Glicina (Gly) que para la Prolina (Pro). La glicina, con solo un H como cadena lateral, tiene mucha flexibilidad conformacional, mientras que el anillo de la prolina restringe severamente los ángulos permitidos.

• Correcto: El aminoácido Alanina (Ala) tiene dos grupos ionizables y, por lo tanto, dos valores de pK_a: uno para el grupo α-carboxilo (pK_a1 ≈ 2.3) y otro para el grupo α-amino (pK_a2 ≈ 9.7).

Ácidos Nucleicos: Estabilidad y Mutaciones

• Aclaración: El uracilo (U) se encuentra en el RNA, no en el DNA. Su ausencia en el DNA es crucial porque la desaminación hidrolítica espontánea de la Citosina (C) produce Uracilo. Si el Uracilo fuera una base normal del DNA, los sistemas de reparación no podrían distinguir entre un uracilo 'legítimo' y uno resultante de la desaminación de C, lo que llevaría a mutaciones (transiciones C→T). La Timina (T) en el DNA permite esta distinción.

• Aclaración: Las bases nitrogenadas pueden sufrir diversas alteraciones químicas. La luz ultravioleta (UV) es conocida principalmente por causar la formación de dímeros de pirimidina (especialmente de timina). La alquilación (adición de grupos alquilo) también puede ocurrir por agentes químicos.

• Correcto: La depurinación (pérdida hidrolítica del enlace N-glucosídico entre la base púrica -Adenina o Guanina- y la desoxirribosa) es una de las alteraciones espontáneas más frecuentes del DNA, generando un sitio apurínico/apirimidínico (sitio AP) que, si no se repara, puede conducir a mutaciones durante la replicación.

• Correcto: La síntesis de ácidos nucleicos (tanto DNA en la replicación como RNA en la transcripción) ocurre mediante la polimerización de nucleótidos, extendiendo la cadena siempre en dirección 5’ → 3’, utilizando una cadena de DNA como molde.

Función de Hemoglobina y Mioglobina

• Correcto: La mioglobina (proteína muscular de almacenamiento de O₂) presenta una curva de saturación hiperbólica y tiene mayor afinidad por el O₂ que la hemoglobina (proteína transportadora de O₂ en sangre, con curva sigmoidea) a las presiones parciales de O₂ típicas de los tejidos periféricos (ej., 20-40 mmHg).

• Correcto: Al incrementarse la concentración de 2,3-bisfosfoglicerat (BPG) en los eritrocitos, este se une a la desoxihemoglobina, estabiliza la conformación T (tensa, de baja afinidad por O₂) y, por tanto, facilita la descarga de O₂ en los tejidos.

• Correcto: Al incrementarse la concentración de CO₂ y/o H⁺ (disminución del pH) en los tejidos, ambos factores promueven la liberación de O₂ por parte de la hemoglobina. Esto se conoce como el efecto Bohr. El CO₂ también puede unirse directamente a los grupos amino terminales de la hemoglobina formando carbamatos, lo que también estabiliza la forma T.

• Incorrecto: Al incrementarse la concentración de H⁺ (menor pH), disminuye la afinidad de la hemoglobina por el O₂ (efecto Bohr), favoreciendo su liberación.

• Correcto: En la estructura del grupo hemo de la hemoglobina (y mioglobina), el átomo de hierro en estado ferroso (Fe²⁺) está coordinado por cuatro átomos de nitrógeno del anillo de porfirina y por un átomo de nitrógeno del anillo imidazol de un residuo de Histidina, conocida como la histidina proximal (His F8).

Termodinámica Biológica

• Incorrecto: La presencia de un compuesto apolar en un entorno acuoso provoca que las moléculas de agua circundantes se ordenen (formando una 'jaula' de clatrato), lo que resulta en una disminución de la entropía del agua (ΔS < 0). Este es el origen del efecto hidrofóbico.

• Incorrecto: Si una reacción tiene una variación de entalpía ΔH < 0 (exotérmica, entálpicamente favorable) y una variación de entropía ΔS < 0 (disminución del desorden, entrópicamente desfavorable), la espontaneidad de la reacción (ΔG = ΔH - TΔS) dependerá de la temperatura. Estará favorecida a bajas temperaturas donde el término entálpico domina.

• Correcto: Si la reacción de conversión de A en B tiene una variación de energía libre de Gibbs estándar ΔG°' > 0, significa que la reacción no es espontánea en condiciones estándar en esa dirección. Por lo tanto, la reacción inversa (conversión de B en A) tendrá una ΔG°' < 0 y estará favorecida termodinámicamente en condiciones estándar.

Transporte a Través de Membrana

• Correcto: Los transportadores facilitadores, también llamados permeasas o carriers, incrementan la velocidad de transporte de una molécula específica a través de la membrana a favor de su gradiente de concentración (desde donde está más concentrada hacia donde está menos concentrada).

• Aclaración: La selectividad varía. Los canales iónicos son generalmente muy selectivos para un ion específico (ej. canales de K⁺, Na⁺). Los poros, como las porinas de la membrana externa bacteriana o mitocondrial, suelen ser menos selectivos, permitiendo el paso de moléculas por debajo de un cierto tamaño.

• Correcto: Los transportadores facilitadores tipo carrier funcionan mediante un cambio conformacional. Oscilan entre (al menos) dos conformaciones: una que expone el sitio de unión del soluto hacia el exterior de la célula y otra que lo expone hacia el interior.

• Correcto: Muchos canales iónicos que atraviesan la membrana plasmática no están permanentemente abiertos, sino que se encuentran normalmente cerrados y se abren solo en respuesta a un estímulo específico (cambio de voltaje, unión de ligando, estímulo mecánico). Se dice que están regulados por compuerta (gated channels).