2.2. biomoléculas

1

2. Principales biomoléculas. 2. Proteínas. Ácidos nucleicos

Biología. Grupo 2Curso 2014‐2015

Clasificación

Por su función biológica:Enzimas, estructurales, hormonales, almacenamiento, transporte,….

De acuerdo a su composición:

Simples (por hidrólisis total dan solo aminoácidos) y conjugadas (llevan otroscomponentes que no son aminoácidos). Ej. hemoglobina.

Por su forma:

Globulares (la cadena polipeptídica aparece enrollada sobre sí misma dando lugara una estructura más o menos esférica y compacta) y fibrosas (si hay unadimensión que predomina sobre las demás).

•Polímeros de ‐aminoácidos unidos mediante un enlace covalente denominado enlace peptídico.

•Son las macromoléculas biológicas más abundantes y realizan funciones muy diversas en todas las células.

ProteínasCadenas

Cadenas Hemoglobina

HierroHemo

(Campbell, 7ª ed. Fig. 5.20)

Grupo amino Grupo carboxilo

Carbono α

Estructura general de los aminoácidos.

• Los aminoácidos de las proteínas son L‐estereoisómeros.

• Los 20 aminoácidos encontrados en las proteínas se diferencian unos de otros por sus cadenas laterales o grupos R.

• Son sustancias anfóteras, pueden actuar como ácidos o como bases.(Campbell, 7ª ed, p. 78)

Aminoácidos

Estado de ionización de un aminoácido con cadena lateral no ionizable en distintas condiciones de pH.

2



(Lehinger, 5ª ed. Figs. 3.13 y 14)

Seril‐glicil‐tirosil‐alanil‐leucina

Ser‐Gly‐Tyr‐Ala‐Leu

Los péptidos tienen un extremo amino‐terminal (primer aminoácido) y un extremo carboxilo terminal (último aminoácido). Siempre se escriben con el N‐ terminal hacia la izquierda.

Los péptidos son polímeros lineales formados por aminoácidos unidos por enlace covalente denominado enlace peptídico (grupo amido).

Su tamaño varía desde pequeñas moléculas de 2 o 3 aminoácidos a macromoléculas con miles de aminoácidos.

Péptidos

Niveles de organización estructural de las proteínas

Estructura primaria: secuencia de aminoácidos.

Estructura secundaria: ordenamiento espacial de los residuos próximos entre sí en la secuencia lineal (formas regulares de plegado de la cadena polipeptídica. Tipos comunes: hélice α y lámina plegada β.

Estructura terciaria: forma tridimensional global, ordenamiento espacial de residuos alejados en la secuencia lineal (depende de la interacción de las cadenas laterales).

Estructura cuaternaria: resultado de las interacciones entre las distintas cadenas polipeptídicas en las proteínas con dos o más cadenas.

Estructura Estructura Estructura EstructuraPrimaria Secundaria Terciaria Cuaternaria

…-COO-

Lámina plegada β

Hélice α

(Campbell, 7ª ed, Fig.5.20)

3



Desnaturalización de las proteínas

Las variaciones en el medio (aumento de temperatura, variaciones de pH, presencia de sales, etc.) altera las interacciones no covalentes que mantiene la estructura tridimensional.

Algunas proteínas desnaturalizadas pueden renaturalizarse espontáneamente para formar proteínas biológicamente activas.

Proteína normal (nativa) Proteína desnaturalizada

ENZIMAS

Hidrólisis de la sacarosa por la enzima sacarasa.

• Son catalizadores biológicos que aceleran las reacciones celulares de forma muy efectiva y específica en condiciones fisiológicas.

• Un catalizador es un agente químico que acelera una reacción sin ser consumida por la reacción.

• La mayoría de las enzimas son proteínas excepto algunos ribozimas, RNA que poseen actividad enzimática.

(Campbell, 7ª ed, Fig. 5.16)

• Su actividad catalítica depende de la integridad de su conformación proteica nativa. Las estructuras 1ª, 2ª, 3ª ( 4ª si la posee) son esenciales para su actividad.

4



E + S → E‐S→ P + E

Centro activo de una enzima. Estructura de la enzima con la naturaleza química necesaria para su interacción con el sustrato.

Sustratos (S): reactivos sobre el que actúa la enzima que se va a transformar en productos (P).

Centro activo: región enzimática donde se une el sustrato.

Una reacción catalizada por una enzima transcurre con la unión del sustrato a la enzima formándose el complejo enzima‐sustrato.

Curva de progreso de una reacción catalizada y no catalizada.

Las enzimas aceleran las reacciones metabólicas al disminuir las barreras energéticas

Energía de activación, EA = cantidad de energía necesaria para llevar o empujar a los reactantes o sustratos desde el estado basal, punto de partida, al estado de transición.

EA proporciona una barrera que determina la velocidad de reacción.

El estado de transición es un momento molecular fugaz en el que acontecimientos como rotura de enlaces, formación de enlaces y desarrollo de cargas han llegado al instante preciso en que el colapso hacia el S o P es igualmente probable.

Perfil energético de una reacción exergónica.


5



Las enzimas aceleran la velocidad de las reacciones al disminuir la barrera de EA.

Efecto de las enzimas en la velocidad de reaccion.


E + S→ E‐S→ E + P

A bajas concentraciones de sustrato, la velocidad será proporcional a la concentración de sustrato [S]; pero a concentraciones elevadas de sustrato, toda la enzima estará saturada formando el complejo ES, por lo que la velocidad dependerá de la velocidad de transformación química de ES a E + P y de la liberación de producto y enzima libre.

En estas condiciones, la adición de más sustrato no afecta a la velocidad, y se dice que hay un efecto de saturación de la enzima.

La cinética enzimática estudia la velocidad de transformación de los sustratos en productos. También los factores que inciden en la velocidad de un enzima.

6



El rendimiento de una enzima depende de la rapidez con que puede procesar el sustrato. La velocidad de una reacción enzimática (V) aumenta a medida que se incrementa la concentración de sustrato hasta que alcanza una velocidad, valor, máximo (Vmáx).

KM= constante de Michaelis‐Menten: concentración de sustrato a la que una enzima trabaja a la mitad de su velocidad máxima. Por lo general, cuanto menor sea el valor de la Km mayor será la afinidad de la enzima por el sustrato.

•La ecuación de Michaelis‐Menten explica el comportamiento de las enzimas al variar la concentración de sustrato.

•Velocidad de reacción (v) = Vmáx [S] / KM + [S]

•Kcat = número de recambio, representa el número máximo de moléculas de sustrato que puede transformar una enzima o un centro activo en producto por unidad de tiempo. Equivale a la actividad enzimática cuando la velocidad de reacción es máxima.

Factores ambientales que afectan a la actividad enzimática

Cada enzima tiene una temperatura óptima y unpH óptimos (a la cual la actividad catalítica es máxima)que favorecen la conformación más activa de la misma.

En general, aumentos de temperatura aceleran las reacciones químicas: por cada 10ºC de incremento, la velocidad de reacción se duplica. Sin embargo, al ser proteínas, a partir de cierta temperatura, se empiezan a desnaturalizar por el calor.


7



Existen enzimas, proteínas, que solo precisan del sustrato para llevar a cabo su funcióncatalítica

Otras enzimas precisan la colaboración de diversas sustancias, no proteicas,denominadas cofactores para que se verifique la reacción.

Tipos de cofactores, en función de su naturaleza:

a) Iones inorgánicos.

b) Coenzima: sustancia de naturaleza orgánica.

c) Grupos prostéticos: cuando la molécula orgánica está unida de formapermanente a la enzima ej. grupo hemo de la hemoglobina.

Cofactores enzimáticos

La mayor parte de las vitaminas son coenzimas o materias primas a partir de las cuales se elaboran las coenzimas.

Un inhibidor es cualquier agente químico capaz de disminuir la velocidad de una reacción enzimática sin desnaturalizar la enzima.

Inhibición enzimática y sus tipos

Existen 2 tipos fundamentales de inhibición:

reversible: los inhibidores se unen de forma temporal a la enzima.

•Inhibición competitiva: sustrato e inhibidor tienen una conformación similar y compiten por el centro activo.

•Inhibición no competitiva: los inhibidores se unen a un sitio distinto del centro activo (E o E‐S).

irreversible: el inhibidor se une permanentemente a un sitio activo.

•Toxinas y venenos con frecuencia son inhibidores enzimáticos irreversibles. Por ejemplo, la penicilina bloquea el centro activo de una enzima que muchas bacterias emplean para elaborar sus paredes celulares.

8



La actividad de las rutas metabólicas está regulada mediante el control de las actividades de ciertos enzimas

En la mayor parte de las rutas metabólicas existen enzimas, denominadas reguladores, que cambian su actividad como respuesta a ciertas modificaciones.

Suelen estar en la primera de etapa de la ruta y tienen un mayor impacto sobre la velocidad global del proceso, puesto que la regulación de la ruta en las últimas etapas supondría un gasto innecesario.

Vía o ruta metabólica: serie de reacciones catalizadas por enzimas, donde el producto de una reacción es el sustrato de la siguiente.

Alberts y col., Fig.3.1 Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)

Regulación por retroinhibición o feed‐back: el producto final de una ruta inhibe al primer enzima de la misma.

Enzimas alostéricas se unen de forma reversible no covalente a pequeñas moléculas, ligandos o moduladores, que regulan su actividad.

Los ligandos (uno o más) se unen a la enzima en un lugar específico para cada modulador diferente del centro activo e inducen un cambio de conformación que puede aumentar (moduladores positivos) o disminuir (moduladores negativos) la afinidad de la enzima por el sustrato.

Estas enzimas generalmente están formadas por varias subunidades y la unión del modulador a una de las subunidades produce un cambio de conformación que se transmite a las otras subunidades afectando a los centros activos de todas ellas (cooperación).

9



Ácidos nucleicos. A) Bases púricas y pirimidínicas. B) Pentosas.

A

Desoxirribosa Ribosa (Campbell, 7ª ed, Fig. 5.26)

Ácidos Nucleicos

Son las moléculas encargadas del almacenamiento, transmisión y expresión de la

información genética.

BEl flujo de la información genética. En todas

las células vivas, la información genética fluye

del DNA al RNA y del RNA a las proteínas.

(en DNA)(en RNA)

(en RNA)(en DNA)

Nucleósicos y nucleótidos: formación de un nucleósido (base nitrogenada + azúcar) mediante un enlace N‐glucosídico (en el C‐1´de la pentosa) y de un nucleótido (base nitrogenada + azúcar + grupo fosfato) mediante un enlace éster fosfórico. El grupo fosfato se une en la posición 5´ de la pentosa.

10



Los nucleótidos pueden unirse unos a otros para formar el DNA o el RNA mediante enlaces covalentes. La unión se realiza mediante “puentes” de grupos fosfato, en los cuales el grupo –OH en 5´de un nucleótido está unido al grupo –OH en 3´del nucleótido siguiente mediante un enlace fosfodiéster.

Los esqueletos de los ácidos nucleicos consisten en residuos de fosfato y pentosa, quedando las bases nitrogenadas como grupos laterales unidos al esqueleto.

El extremo 5´carece de nucleótido en la posición 5´y el extremo 3´ carece de nucleótido en la posición 3´. Su estructura tiene polaridad: orientación 5´→ 3´.

Estructura y función del DNA

• Es un polímero de desoxirribonucleótidos, unidos por enlaces 3'‐5'‐fosfodiéster.

• Su estructura primaria es la secuencia de nucleótidos en concreto la secuencia de basesque es donde reside la información genética.

• La estructura secundaria del DNA fue establecida en 1953 por Watson y Crick:

1. Existen dos cadenas de polinucleótidos enrolladas alrededor de un eje común,formando una doble hélice.

2. Las dos cadenas del DNA son antiparalelas, es decir, transcurren en direccionesopuestas.

3. Las bases ocupan el centro de la hélice y las cadenas de azúcares y fosfatos sesitúan en el exterior.

4. Cada base está unida por puentes de hidrógeno a una base de la hebra opuesta,para formar un par de bases.

El apareamiento de bases complementarias es:

Adenina ‐Timina, y viceversa.

Citosina ‐ Guanina, y vicersa.

• La complementariedad de las bases de las dos cadenas del DNA permite la replicación dela información genética.

11



Modelo de Watson y Crick de la estructura del DNA. (a) Representación esquemática que muestra lasdimensiones de la hélice. B) Cadenas complementarias del DNA. Dos cadenas de polinucleótidos seasocian mediante el apareamiento de sus bases para formar el DNA de doble cadena.

• Replicación de la información genética. Las hebras preexistentes o "parentales" se separan y cada una de ellas sirve de molde para la biosíntesis de una hebra complementaria "hija".

(Lehinger, 5ª ed. Fig. 8.17 y 29)

• El DNA y el RNA pueden desnaturalizarse. Cuando se aíslan y se someten a valores extremos de pH o temperaturas. En condiciones normales, los segmentos desenrollados de las dos hebras vuelven a enrollarse espontáneamente o a hibridar para restablecer el dúplex intacto.

DNA en doble hélice

Desnaturalización Hibridación

DNA parcialmente desnaturalizado

12



Estructura y función del RNA

•Es un polímero de ribonucleótidos, unidos por enlaces 3'‐5'‐fosfodiéster.

•En la célula existen varios tipos:

RNA ribosómicos (rRNA), componentes de los ribosomas.

• Los ribosomas están formados por moléculas de RNA y proteínas.Participan en el proceso de síntesis proteica.

RNA mensajeros (mRNA), actúan como transportadores de la informacióndesde un gen hasta el ribosoma, donde se sintetizan las proteínas.

RNA de transferencia (tRNA), traducen la información genética contenidaen el mRNA a secuencias específicas de aminoácidos.

Además, existen diversas moléculas de RNA que desempeñan funcionesespecíficas.

NUCLEÓTIDOS CON OTRAS FUNCIONES

ATP (adenosina trifosfato): Ribonucleótido constituido por adenina y ribosa, a la

que se unen en forma secuencial tres grupos fosfato.

Hay otros nucleótidos trifosfato que son energéticamente equivalentes al ATP.

13



Intervienen en reacciones de óxido-reducción

El Dinucleótido de nicotinamida y adenina (NAD+ en su forma oxidada) y, el dinucleótido de nicotinamida y adenina fosfato (NADP+), están formados por dos nucleótidos unidos a través de sus grupos fosfato.

NAD+ + 2 e‐ + 2 H+ <═> NADH + H+

NADP+ + 2 e‐ + 2 H+ <═>NADPH + H+

+ H+

FAD (dinucleótido de flavina y adenina) y el FMN (mononucleótido de flavina) son nucléotidos de flavina.

FAD+ + 2 e‐ + 2 H+ <═>FADH2

FMN + 2 e‐ + 2 H+ <═> FMNH2

2.2. biomoléculas

Documents