Resumen quimica biologica

8/17/2019 Resumen quimica biologica

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UNIDAD 1 – Introducción

Concepto de bioquímica

La bioquímica es una ciencia que estudia la composición química de los seres vivos,especialmente las proteínas, carbohidratos, lípidos y ácidos nucleicos, además de otraspequeñas moléculas presentes en las células y las reacciones químicas que sufren estos

compuestos (metabolismo) que les permiten obtener energía (catabolismo) y generarbiomoléculas propias (anabolismo) La bioquímica se basa en el concepto de que todo ser vivocontiene carbono y en general las moléculas biológicas están compuestas principalmente decarbono, hidrógeno, o!ígeno, nitrógeno, fósforo y a"ufre #s la ciencia que estudia la basequímica de las moléculas que componen las células y los te$idos, que catali"an las reaccionesquímicas del metabolismo celular como la digestión, la fotosíntesis y la inmunidad, entre otrasmuchas cosas

%omprende el estudio de las moléculas y reacciones químicas de los seres vivos

Concepto de energía libre

&e puede considerar que en los sistemas biológicos la totalidad de las reacciones químicas yel traba$o reali"ado por ellas ocurren a presión y temperatura constantes #sto implica que lastransformaciones químicas no están asociadas a cambios de volumen o de la temperaturaabsoluta del sistema #sto lleva a de'nir el concepto de energía libre

La cantidad de energía disponible para reali"ar un traba$o a presión y temperatura constantees denominada #nergía Libre de ibbs () #s la fracción de la energía liberada en losprocesos bioquímicos capa" de ser utili"ada para reali"ar traba$o, ya que en los organismosvivos en condiciones de presión y temperatura constante, solo una fracción de la energíaliberada puede ser utili"ada

#nergia libre de ibbs () cantidad de energía capa" de reali"ar traba$o durante una reaccióna presión y temperatura constante *+ -.mol

La variación de la energía libre (/) se calcula mediante la diferencia entre la energía libre de

los productos y la energía libre de los reactivos de la reacción ∆ G=G P−G R #ntonces

/ 0 1 la reacción puede reali"arse espontáneamente, libera energía (#!ergónica)

/ 2 1 la reacción no puede reali"arse espontáneamente, consume energía (#ndergónica)

/ 1 el sistema está en equilibrio

La variación de energía libre depende de cambios en la entalpia y la entropíaLas reacciones que ocurren a 3 y 4 constantes, hay dos factores que determinan la / de unareacción y su tendencia a producirse

• La variación de la energía contenida en los enlaces o entalpia (5) de reactantes yproductos #sta depende de las sustancias consideradas, cuanto más comple$as mayorn6mero de enlaces y por lo tanto mayor energía

• La variación en el grado de desorden o aleatoriedad del sistema, la entropía (&)

#l contenido de energía libre (), de cualquier sistema cerrado puede de'nirse en base a tres

magnitudes entalpia (5), que re7e$a el n6mero y tipo de enlaces8 entropía (&)8 y latemperatura absoluta (4) La de'nición de energía libre es 5 9 4&

:


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#ntalpia

3uede de'nirse como el contenido calórico de una sustancia determinado por su composiciónquímica y estructural

5 # ; 3umenta amedida que en un sistema aumenta el desorden y disminuye cuando se hace más ordenado oestructurado #n la difusión de solutos desde una solución de mayor concentración a otra demenor concentración es dirigido por un aumento de la entropía La /& tiene siempre signopositivo

/& tiene signo positivo cuando aumenta la entropía y /5 tiene signo negativo cuando selibera calor del sistema al entorno / de un sistema que reacciona espontáneamente essiempre negativo

&i se consideran ambos parámetros (5 y &), la variación de energía libre de cualquier reacciónpuede e!presarse como / /5 9 / (4&) y a 4 constante / /5 9 4 /&

&i una reaccion química tiene lugar a temperatura constante, la variación de energía libre, /,viene determinada por la variación de entalpia /5, que re7e$a el tipo y la cantidad de enlacesquimicose interacciones no covalentes que se rompen o forman, y la variación de entropía,

/&, que describe el grado de desorden del sistema / /5 ? 4/& /5 es negativa para unareaccion que libera calor y /& es positiva para una reaccion que incrementa el desorden delsistema @n proceso tiende a ocurrir espontáneamente solo si / es negativa (si se liberaenergía libre durante el proceso)

/ es una medida de la distancia de un sistema a su posición de equilibrio %uando unareaccion ha alcan"ado el equilibrio no persiste ninguna fuer"a que la indu"ca a ir en unadirección u otra y no puede reali"ar traba$o / 1

ibbs demostró que la / (cambio de energía libre real) de una reacción cualquiera es

función de la variación de energía libre estándar, ∆ G°

(una constante característica de

cada reacción especi'ca) y de un término que e!presa la concentración inicial de reactivos y

productos ∆ G=∆ G°+ RTln

[C ]ic [ D ]i

d

[ A]ia[B]i

b (A cte de los gases . 4 temp absoluta)

∆ G°=¿ ? RTlnK eq

B


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Ce aquí se deduce que ∆ G°

es una manera alternativa a K eq para e!presar la dirección

de una reaccion racias a que K eq se puede medir e!perimentalmente, disponemos de un

modo de determinar ∆ G°

, la constante termodinámica característica de cada reaccion

4odas las reacciones químicas tienden a ir en la dirección que da lugar a una disminución dela energía libre del sistema

Reacciones endergonicas y exergonicas

#n las reacciones que ocurren espontáneamente, los productos tienen menos energía libreque los reactivos, de manera que la reacción libera una cantidad de energía libre que estadisponible para reali"ar traba$o #stas reacciones se denominan e!ergónicas y la disminuciónde energía libre de reactivos a productos se e!presa con un valor negativo Las reaccionesendergónicas, en cambio, requieren un aporte de energía, y sus valores de / son positivos&olamente una parte de la energía liberada en las reacciones e!ergónicas se puede utili"arpara reali"ar traba$o #n los sistemas vivos parte de la energía se disipa en forma de calor ose pierde incrementando la entropía

#ndergónicas son aquellas en las cuales la variación de la energía libre es positiva, es decir,reacciones que consumen energía del medio (anabolismo)

#!ergónicas son aquellas en las que la variación de energía libre es negativa, es decir,liberan energía al medio (catabolismo)

Reersibilidad biológica de las reacciones

Los procesos reali"ados con aumento de entropía, se denominan irreversibles Los que sereali"an sin cambios de entropía, se denominan reversibles Los procesos reales de nuestro

mundo físico son irreversibles /5 2 1 Drreversible

/5 1 Aeversible

Aeaccion reversible es aquella que se encuentra prácticamente en equilibrio #sta catali"adapor una en"ima con alta actividad, ya que debe estabili"ar rápidamente las concentracionesde equilibrio %uando los reactivos están en e!ceso, la reacción se despla"a hacia losproductos, hasta alcan"ar el equilibrio %uando los productos están en e!ceso ocurre locontrario

Aeaccion irreversible es aquella que se encuentra le$os del equilibrio #sta catali"adas poren"imas de ba$a actividad y / 00 1 (e!ergonica La velocidad de la reacción estadeterminada por la actividad de la en"ima

Acoplamiento

3ara llevar a cabo estas reacciones termodinámicamente desfavorables que requieren energía(endergónicas), la celula las acopla a otras que desprenden energía libre (e!ergónicas), demodo que el proceso sea globalmente e!ergonico la suma de las variaciones de energía librees negativa La fuente habitual de energía libre en las reacciones biológicas acopladas es laenergía liberada por la rotura de enlaces fosfoanhidrido tales como los que se encuentran enel >43 y el 43 Eediante esta estrategia la celula puede sinteti"ar y mantener los polímeros

ricos en información escenciales para la vida

F


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#l acoplamiento de reacciones e!ergónicas y endergónicas a través de un intermediariocomparitdo es absolutamente básico para los intercambios energéticos en los sistemas vivosLas reacciones de hidrolisis del >43 liberan energía que hace posible muchos procesosendergónicas en las células La hidrolisis del >43 en las células es e!ergónicas porque todaslas células vivas mantienen la concentración de >43 muy le$os de su concentración en elequilibrio #s precisamente este desequilibrio el que permite que el >43 sirva como el

principal portador de energía química en las células

#$

lucosa ; 3i glucos G fosfato (endergonica)

>43 >C3 ; 3i (e!ergonica)

>mbas reacciones comparten al 3i como intermediario com6n >si puede escribirse una 6nicareacción, de la suma de estas dos

lucosa ; >43 glucosa G fosfato ; >C3

Uniones !os!ato de alta energía" su rol en la energ#tica celular

Los compuestos fosfato que se encuentran en los organismos vivos pueden dividirse de formaalgo arbitraria en dos grupos, basados en sus energías libres estándar de hidrolisis Los

compuestos de alta energía tienen una ∆ G´ °

de hidrolisis mas negativa que ?BH I-.mol8 los

compuestos de ba$a energía tienen una ∆ G´ °

menos negativa

%omo se menciono, los compuestos fosfato de alta energía se caracteri"an por tener unavariación de energía libre estándar de hidrolisis muy negatica %omo es el caso del >43, :,F?bifosfoglicerato, fosfoenolpiruvato #sto se debe a que los productos son mucho mas establesque los reactivos ya que

• Las tensiones por repulsión electrostática de los 3 se reduce por separación de cargas• Los 3 están estabili"ados por ioni"ación, isomeri"ación

5ay un gran n6mero de compuestos que poseen una o más uniones que al hidroli"arsepueden liberar energía 6til para producir un traba$o Cicho cambio de energía libre negativopuede ser derivada para reali"ar reacciones endergónicas

>43

#l más importante es el >43, en este las uniones del Bdo y Fer fosfato ( PO4¿

) son de alta

energía, pero no las del primer PO4¿

La energía de la unión PO4¿

del >43 puede ser

retenida en el organismo hasta el momento en el cual este la requiera, puede sertransportada dentro de la célula hasta los sitios de utili"ación o ser transferida a otroscompuestos de alta energía

J


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#s una molécula rica en energía porque contiene enlaces anhídrido fosfóricos, cuando el >43se hidroli"a a >C3 o >E3 desprende una gran cantidad de energía libre #l >43 act6a comotransportador de energía química &e forma a partir del >C3 mediante reacciones defosforilación ligadas o acopladas a e!pensas de la energía liberada en la degradación demoléculas combustibles

#l >43 es la molécula principal que interviene en el acoplamiento de reacciones endergónicasy e!ergónicas La energía contenida en moléculas comple$as es e!traída por reacciones dedegradación (catabolismo) que descomponen estas sustancias en sus precursores simples yutili"ada para la síntesis de >43 La energía contenida en el >43 es utili"ada para traba$obiológico y síntesis de compuestos a partir de precursores sencillos (anabolismo)

#l potencial de transferencia del >43 está dado por fuer"as derivadas de

• Aepulsión electrostática el >43 tiene J cargas negativas que se repelen entre si por estarmuy pró!imas

• #stabili"ación por resonancia el >C3 y 3i tienen una estructura de resonancia de menorenergía libre que el >43

La gran energía libre de hidrolisis del >43 se debe a que la rotura hidrolítica del enlace

anhídrido acido fosfórico terminal (fosfoanhidro) del >43 elimina uno de los tres fosfatoscargados negativamente, con lo que disminuye parte de la repulsión elecrostatica del >438 el Pi liberado esta estabili"ado por la formación de varias formas resonantes que no son

posibles en el >43, y el2−−¿ ADP

¿ , el otro porducto directo de hidrolisis, se ioni"a

inmediatamente, liberando+¿

H ¿ a un medio de muy ba$a

+¿

H ¿

¿ 3uesto que las

concentraciones de los productos directos de hidrolisis del >43 en la celula se encuentran muy

por deba$o de las concentraciones de equilibrio, la acción de masas favorece la reaccion dehidrolisis de la celula &in embargo, la molecula de >43 es muy estable a p5 K, por lo que su

hidrolisis debe ser catali"ada en"imáticamente >demás, el2+¿

Mg¿ del citosol debe unirse al

>43 en la mayoría de las reacciones de fosforilacion, por lo que el verdadero sustrato es

2−¿

MgATP¿

La hidrolisis del >43 per se normalmente no consigue nada e!cepto la liberación de calor, elcual no puede impulsar un proceso quimico en un sistema isotérmico 3arte de la molecula de

>43, ya sea un grupo fosforilo o pirofosforilo o la porción adenilato (>E3), se trans'ereprimero a una molecula de sustrato o a un residuo aminoácido de un en"ima, quedando unido

H


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de manera covalente al sustrato o en"ima y elevando asi su contenido de energía libre >continuación, en el segundo paso, se despla"a la porción que contiene el grupo fosfato

transferido en el primer paso, generando Pi , PPi o >E3 >si, el >43 participa de forma

covalente en la reaccion catali"ada en"imáticamente a la que aporta energía libre &inembargo, algunos procesos si implican la hidrolisis directa del >43 (o 43) 3or e$emplo, la

unión no covalente del >43 (o 43), seguida de su hidrolisis a >C3 (o C3) y Pi , puede

proporcionar la energía para ciclar algunas proteínas entre dos conformaciones, produciendomovimiento mecanico #sto sucede en la contracción muscular o en el movimiento deene"imas a lo largo del C> o de los ribosomas a lo largo del A> mensa$ero

Cebido a su posición intermedia en la escala de potencial de transferencia de grupo, el >43puede transportar energía desde compuestos fosfatos de alta energía producidos por elcatabolismo a otros compuestos, convirtiéndolos en especies mas reactivas #l >43 sirve asicomo moneda de energía universal en todas las células vivas

%ualquiera de los tres atomos de 3 (M,N,O) puede servir como diana electrofilica para un

ataque nucle'lico &B #l nucleo'lo puede ser un alcohol, un grupo carbo!ilo, o unfosfoanhidrido %uando el ataque nucleofilico es sobre la posición O, se despla"a >C3 yproduce un nuevo ester fosfato, el grupo transferido desde el >43 es un fosforilo (??

2−¿

PO3

¿ ) #l ataque sobre la posición N despla"a >E3 y conduce a la transferencia de un grupo

pirofosforilo al nucleofilo atacante #l ataque sobre la posición M despla"a PPi , y trans'ere

adenilato en forma de grupo adenilo (adenililacion) %uando se utili"a la energía del >43 paraimpulsar una reaccion metabolica especialmente desfavorable, la adenililacion es a menudoel mecanismo de acoplamiento energético

>taque sobre el fosfato M >C3 ; nucleo'lo 3

>taque sobre el fosfato N >E3 ; nucleo'lo 3

>taque sobre el fosfato O 33i (pirofosfato inorgánico) y se trans'ere adenilato (>E3)(>denililacion)

33i (33i hidrolasa) B 3i ; energía (empu$ón energético para la adenililacion)

Ptros nucleosidos trifosfatos (43, @43 y %43) ytodos los deso!inucleosido trifosfatos(d>43,d43,d443,d%43) son energeticamnete equivalentes al >43 Los cambios de energíalibre estándar asociados con la hidrolisis de sus enlaces fosfoanhidrido son casi idénticos a los

del >43 #n preparación para sus diversos papeles biológicos, estos otros nucleótidos segeneran y mantienen en forma de nucleosido trifosfato (43) por transferencia de gruposfosforilo a los corresponidentes nucleosido difosfatos (C3) o monofosfatos (E3)

#l >43 es el compuesto fosfato de alta energía primario producido por el catabolismo, en losprocesos de glucolisis, fosforilación o!idativa, y en las células fotosintéticas, lafotofosforilacion

Ciclo del A$%

#l >43 actua de modo cíclico, ya que después de la desfosforilacion, cuando se libera energía,el >C3 y el >E3 formados, pueden ser fosforilados a >43 durante la respiración

G


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#l >43 es la moneda energética entre el catabolisomo y anabolismo Las células heterotró'casobtienen energía libre en una forma química a través del catabolismo de moléculas nutrientes(o!idación), y utili"an esta energía para producir >43 a partir de >C3 y 3i > continuación el>43 cede parte de su energía química a procesos endergonicos tales como la síntesis deintermedios metabólicos y macromoléculas a partir de precursores mas pequeños, eltransporte de sustancias a través de membranas contra gradientes de concentración, y elmovimiento mecanico (traba$o biológico) #sta cesion de energía a partir del >43 implica

generalmente la participación covalente del >43 en la reaccion que ha de ser impulsada, conel resultado 'nal de que el >43 se convierte en >C3 y 3i o, en algunas reacciones, en >E3 y33i #n la mayoría de los casos de cesion de energía por el >43 interviene una transferenciade grupo y no simplemente la hidrolisis del >43

&ías en'im(ticas de trans!erencia de !os!ato

Los grupos fosfato se trans'eren principalmente mediante la acción de fosfotransferasasespeci'cas, desde compuestos con mayor contenido energético que el >43 al >C3, formando>43

#$ 3#3 ; >C3 (piruvato quinasa) 3iruvato ; >43

Luego, el >43 formado será dador de fosfato en otra reacción en"imática para dar compuestosfosfato de ba$a energía

#$ >43 ; lucosa (he!oquinasa) lucosa G?fosfato ; >C3

UNIDAD ) – %roteínas

Concepto

&on las macromoléculas biológicas de elevado peso molecular más abundantes y se hallanen todas las células y en todas las partes de las células &on los instrumentos molecularesmediantes los que se e!presa la información genética #stán formadas por subunidades

K


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monoméricas simples, aminoácidos, unidos de forma covalente en secuencias lineales, enmultitud de combinaciones y secuencias diferentes %ada uno de los aminoácidos tiene unacadena lateral que determina sus propiedades químicas &on polímeros de aminoácidos, enlos que cada residuo aminoácido está unido al siguiente a través de un tipo especí'co deenlace covalente, un enlace amida sustituido (enlace peptídico) e$emplo de una reacción decondensación &e pueden degradar (hidroli"ar) hasta sus aminoácidos constituyentes por

diversos métodos %uando se unen unos pocos aminoacidos, la estructura se denominaoligopeptido %uando se unen muchos aminoacidos el producto se denomina polipéptido Lasproteínas pueden tener miles de residuos aminoacidos Las moléculas denominadaspolipéptidos tienen generalmente masas moleculares inferiores a :1111 y las que sedenominana proteínas tienen masas moleculares superiores

Los aminoácidos son las unidades estructurales de las proteínas &e componen de un carbonocentral unido a un grupo amino, a un grupo carbo!ilo y a un átomo de 5 4ambién hay otroátomo o grupo de átomos (rupos A) unido al carbono central Las cadenas laterales varíansu estructura, tamaño, carga e in7uyen en su solubilidad

Importancia biológicaLas proteínas son moléculas dinámicas cuyas funciones dependen, de modo casi invariable,de las interacciones con otras moléculas #stas interacciones se ven afectadas por cambios, aveces espectaculares y otras sutiles, de la conformación proteica que pueden desencadenarimportantes efectos 'siológicos

Las funciones de muchas proteínas implican la unión reversible de otras moléculas @namolecula unida de reversible por una proteína se conoce con el nombre de ligando @nligando puede ser cualquier tipo de moleucla, incluidas otras proteínas #l ligando se una a unlugar de la proteína llamado sitio de '$ación, que es complementario al ligando en tamaño,forma, carga y carácter hidrofóbico o hidro'lico >demás la interaccion es especi'ca @na

proteína puede tener diferentes sitios de '$ación para diferentes ligandos

Las proteínas son 7e!ibles Los cambios en su conformación pueden ser sutiles, o tambiénmuy grandes La unión de una proteína con un ligando esta asociada con un cambioconfomacional que hace que el sitio de '$ación sea mas complementario al ligando, lo quepermite una unión mas fuerte La adaptación estructural que se produce entre la proteína y elligando se llama enca$e inducido

La interaccion entre ligandos y proteínas pueden ser reguladas, habitualmente mediante lainteracciones especi'cas con uno o mas ligandos adicionales #stos otros ligandos puedenprovocar cambios conformacionales que afecten a la unión del primer ligando

Las funciones de las proteínas son especí'cas de cada tipo de proteína y permiten que lascélulas defenderse de agentes e!ternos, mantener su integridad, controlar y regularfunciones, reparar daños 4odos los tipos de proteínas reali"an su función de la misma formapor unión selectiva a moléculas

• Qunción de transporte en los seres vivos son esenciales los fenómenos de transporte,bien para llevar una molécula hidrofóbica a través de un medio acuoso (transporte deo!ígeno o lípidos a través de la sangre) o bien para transportar moléculas polares a travésde barreras hidrofóbicas (transporte a través de la membrana plasmática) Lostransportadores biológicos son siempre proteínas

• Qunción estructural las células poseen un citoesqueleto de naturale"a proteica que

constituye un arma"ón alrededor del cual se organi"an todos sus componentes, y quedirige fenómenos tan importantes como el transporte intracelular o la división celular #nlos te$idos de sostén (con$untivo, óseo, cartilaginoso) de los vertebrados, las 'bras de

R


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colágeno forman parte importante de la matri" e!tracelular (de color claro en la 'gura) yson las encargadas de conferir resistencia mecánica tanto a la tracción como a lacompresión

• #n"imática la gran mayoría de las reacciones metabólicas tienen lugar gracias a lapresencia de un catali"ador de naturale"a proteica especí'co para cada reacción #stosbiocatali"adores reciben el nombre de en"imas La gran mayoría de las proteínas son

en"imas• Qunción hormonal las hormonas son sustancias producidas por una célula y que una ve"

secretadas e$ercen su acción sobre otras células dotadas de un receptor adecuado>lgunas hormonas son de naturale"a proteica, como la insulina y el glucagón (que regulanlos niveles de glucosa en sangre) o las hormonas segregadas por la hipó'sis como lahormona del crecimiento, o la calcitonina (que regula el metabolismo del calcio)

• Aeconocimiento de señales químicas la super'cie celular alberga un gran n6mero deproteínas encargadas del reconocimiento de señales químicas de muy diverso tipo ('gurade la i"quierda) #!isten receptores hormonales, de neurotransmisores, de anticuerpos, devirus, de bacterias, etc #n muchos casos, los ligandos que reconoce el receptor(hormonas y neurotransmisores) son, a su ve", de naturale"a proteica

• Qunción de defensa la propiedad fundamental de los mecanismos de defensa es la dediscriminar lo propio de lo e!traño #n bacterias, una serie de proteínas llamadasendonucleasas de restricción se encargan de identi'car y destruir aquellas moléculas deadn que no identi'ca como propias #n los vertebrados superiores, las inmunoglobulinasse encargan de reconocer moléculas u organismos e!traños y se unen a ellos para facilitarsu destrucción por las células del sistema inmunitario

• Qunción de movimiento (contráctiles) todas las funciones de motilidad de los seres vivosestán relacionadas con las proteínas >sí, la contracción del m6sculo resulta de lainteracción entre dos proteínas, la actina y la miosina #l movimiento de la célulamediante cilios (foto de la i"quierda) y 7agelos ('gura de la derecha) está relacionado conlas proteínas que forman los microt6bulos

• Qunción de reserva la ovoalb6mina de la clara de huevo, la lactoalb6mina de la leche, la

gliadina del grano de trigo y la hordeína de la cebada, constituyen una reserva deaminoácidos para el futuro desarrollo del embrión

• Qunción reguladora muchas proteínas se unen al adn y de esta forma controlan latrascripción génica Ce esta forma el organismo se asegura de que la célula, en todomomento, tenga todas las proteínas necesarias para desempeñar normalmente susfunciones Las distintas fases del ciclo celular son el resultado de un comple$o mecanismode regulación desempeñado por proteínas como la ciclina

• >ct6an como catali"adores bioquímicos (en"imas)• 3ueden '$arse a otras moléculas con el 'n de participar en su almacenamiento y

transporte• 3roporcionan soporte mecánico y forma a la célula (estructurales)• %on$untos ensamblados de proteínas pueden reali"ar traba$o mecánico• Euchas desempeñan un papel en la decodi'cación de la información de las células• >lgunas son hormonas y regulan la actividad bioquímica de células y te$idos• >lgunas cumplen funciones especiales como las inmunoglobulinas

Clasifcacion

&eg6n su composición

• 5oloproteínas o simples compuestos por aminoácidos solamente, pueden

subclasi'carse seg6n su solubilidad y la composición de sus aminoácidos• 5eteroproteínas o con$ugadas compuestas por aminoácidos y un grupo no peptídico,

orgánico o inorgánico llamado grupo prostético y la porción proteica apoproteina 3ueden

S


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subclasi'carse en función de la naturale"a química del grupo prostético(nucleoproteínas, fosfoproteínas, glucoproteínas)

%romoproteínas son proteínas cuyo grupo prostético es una sustancia coloreadadenominada pigmento

ucleoproteínas son proteínas cuyo grupo prostético es un ácido nucleico

lucoproteínas su grupo prostético es un gl6cido unido covalentemente a la cadenapolipéptidica Qosfoproteínas son proteínas cuyo grupo prostético es el ácido fosfórico Lipoproteínas su grupo prostético es un lípido

&eg6n su conformación

>quí se pueden clasi'car a las proteínas en dos grupos principales las 'brosas que presentancadenas polipeptidica dispuestas en largas hebras u ho$as, y proteínas globulares con lascadenas polipeptidicas plegadas en formas globulares o esféricas

Qibrosas &on aquellas que se hayan constituidas por cadenas polipéptidicas, ordenadas de

modo paralelo a lo largo de un e$e formando estructuras compactas ('bras o láminas)&onmateriales físicamente resistentes e insolubles en agua y soluciones salinas diluidas

%onstan mayormente de un 6nico tipo de estructura secundaria y su estructura terciaria esrelativamente simple Dnsolubles en agua (elevada cantidad de residuos hidrofóbicos) Qormanestructuras que dan soporte, forma y protección e!terna %adenas polipeptidicas dispuestasen largas hebras u ho$as

La función de las proteínas 'brosas como elementos estructurales de las células y te$idos, sebasa en interacciones cuaternarias estables entre cadenas polipeptidicas idénticas %olágeno,M?queratina, fibroina

lobulares #stán constituidas por cadenas polipeptídicas plegadas estrechamente, de modoque adoptan formas esféricas o globulares compactas &on solubles en sistemas acuosos, sufunción dentro de la célula es móvil y dinámica #$ (en"imas, anticuerpos, hormonas)

%ontienen a menudo varios tipos de estructuras secundarias Los diferentes segmentos deuna cadena polipeptidica se pliegan uno sobre otros, generando unas formas mucho mascompactas que las 'brosas La estructura tridimesional se puede considerar como uncon$unto de segmentos polipeptidicos en conformaciones hélice M y ho$a N unidas porsegmentos de cone!ión &on solubles y forman la mayoría de las en"imas y proteínasreguladoras #l plegamiento proporciona también la diversidad estructural necesaria para quepuedan llevar a termino una amplia variedad de funciones biológicas (en"imas, proteínas de

transporte, motoras, reguladoras, inmunoglobulinas, etc) %ada una de estas proteínas tieneuna estructura especi'ca y adaptada a su función biológica particula, pero todas tienen unplegamiento compacto y en todas ellas las cadenas laterales hidrofóbicas estan orientadashacia el interior y las cadenas laterales hidro'licas se hallan en la super'cie Las esructurasestan también estabili"adas por multitud de enlaces hidrogeno y por algunas interaccionesionicas

#!isten proteínas que se encuentra entre las 'brosas por sus largas estructuras y lasglobulares por su solubilidad en las soluciones salinas #$ (miosina,'brinógeno)

Determinación de proteínas" puri*cación+

#l primer paso en cualquier puri'cación de proteínas es la rotura de las células para liberarsus proteínas en una solución denominada e!tracto crudo #n caso necesario puede utili"arsela centrifugación diferencial para preparar fracciones subcelulares o aislar determinados

:1


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orgánulos Luego, se dispone de diversos métodos para puri'car una o más de las proteínasque contienen ormalmente se somete el e!tracto a tratamientos que separan las proteínasen diferentes fracciones en base a alguna propiedad como el tamaño o la carga(fraccionamiento) Los pasos iniciales de fraccionamiento de una puri'cación utili"andiferencias en la solubilidad de las proteínas, que es una comple$a función del p5,temperatura, concentración de sal y otros factores La solubilidad de las proteínas disminuye

generalmente a concentraciones elevadas de sal, un efecto denominado Tsalting outU Laadicion de ciertas sales en cantidades apropiadas pueden precipitar selectivamente algunasproteínas, permaneciendo las restantes en disolución #l sulfato de amonico se utili"afrecuentemente Las proteínas asi precipitadas se separan de las que permanecen disueltasmediante centrifugación a ba$a velocidad

La disolución que contiene la proteína de interés debe pasar a menudo por otros procesosantes de que sean posibles pasos de puri'cación posteriores La diálisis separa las proteínasde los disolventes aprovechando el mayor tamaño de las proteínas, utili"ando una membranasemipermeable La diálisis retiene las proteínas grandes, mientras que permite que laconcentración de los demás solutos en la preparación de proteína cambie hasta llegar al

equilibrio con la solución del e!terior de la membrana 3uede utili"arse para eliminar el sulfatoamónico por e$emplo

La cromatografía en columna aprovecha las diferencias de carga, tamaño, a'nidad de unión yotras propiedades de las proteínas @n material solido poroso de propiedades químicasadecuadas se introduce en una columna, y se hace pasar a través de este una disolucióntamponada

La cromatografía de intercambio ionico aprovecha las diferencias en el signo y la magnitud delas cargas eléctricas netas de las proteínas a un p5 determinado La matri" de la columna esun polímero sintetico que tiene unidos grupos cargados La a'nidad de cada proteína por losgrupos cargados de la columna esta afectada por el p5 y la concentración de los iones salinos

libres competidores presentes en la disolución que las rodea &e van recogiendo fraccionessucesivas de e7uente en tubos de ensayo a medida que la solución que contiene las proteínasva saliendo de la columna &e puede anali"ar cada fracción para averiguar la presencia de laproteína de interés o para conocer otras propiedades tales como la fuer"a ionica o laconcentración total de proteína 4odas las fracciones que contienen la proteína de interéspueden combinarse para formar el producto de este paso cromatogra'co en la puri'cación dela proteína

La cromatogradia de e!clusión molecular ('ltración en gel), separa proteínas en base a sutamaño Las proteínas de mayor tamaño emergen de la columna antes que las pequeñas Lafase solida consiste en pequeñas perlas hechas de material entrela"ado, partículas que

contienen poros o cavidades de tamaño calibrado Las proteínas de mayor tamaño no puedenentrar en las cavidades, por lo que toman el camino mas corto y rápido a través de lacolumna Las mas pequeñas penetran en las cavidades y son retardadas a causa de su pasomas laberintico a través de la columna

La cromatogra'a de a'nidad se basa en la a'nidad de unión de las proteínas Las partículasde la columna tienen en este caso un grupo quimico unido covalentemente llamado ligando,un grupo o molecula que se una a una macromolecula (proteína) %uando se carga uname"cla de proteínas en la columna, cualquiera de ellas que tenga a'nidad por este ligando seunirá a las particulas de resina, retardando su migración a través de la columna

Ptra técnica importante para la separación de proteínas se basa en el despla"amiento de lasproteínas cargadas en un campo eléctrico, proceso denominado elecroforesis #s muy 6tilcomo método analítico &u venta$a es que las proteínas pueden visuali"arse además de

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separarse, lo que permite hacer una estimación rápida del numero de proteínas en uname"cla o del grdo de puere"a de una preparación proteica determianda La electroforesistambién permite la determinación de propiedades cruciales de una proteína tales como supunto isolectrico y su masa moléculas apro!imada &e lleva a cabo generalmente en gelesformados por el polímero entrecru"ado poliacrilamida #l gel de poliacrilamida actua como untami" molecular, retrasando la migración de las proteínas en una forma apro!imadamente

proporcional a su cociente carga.masa La migración también puede estar afectada por laforma de la proteína #n la electroforesis, la fuer"a que mueve la macromolecula es elpotencial eléctrico #l despla"amiento de una proteína en un gel durante una electroforesis esfunción de su tamaño y de su forma

@n método electroforético com6nmente utili"ado emplea el detergente dodecil sulfato sódico(&C&) #ste se une a la mayoría de las proteínas en una cantidad apro!imadamenteproporcional a la masa molécula de la proteína, alrededor de una molecula por cada dosresiduos aminoácidos #l &C& ligado incorpora una gran carga neta negatica, lo que hace quela carga intrínseca de la proteína sea insigni'cate, y con'ere a todas las proteínas un cocientecarga.masa similar >demás, la conformación nativa de la proteína se altera y la mayoría de

las proteínas adoptan una forma similar >si en presencia de &C&, se separan las proteínascasi e!clusivamente en función de la masa (peso molecular), de forma que los polipéptidosmás pequeños se despla"an mas rápidamente Cespués de la electroforesis las proteínas sevisuali"an añadiendo un colorante que se '$a a las proteínas no al gel

Ce esta forma puede seguirse el progreso de un procedimiento de puri'cación de unaproteína, ya que el n6mero de bandas de proteínas visibles en el gel debe disminuir tras cadanuevo paso de puri'cación %uando se compara con las posiciones a las que se despla"an enel gel proteínas de masa molecular conocida, la posición de una proteína desconocida puedeproporcionar una e!celente medida de su masa molecular &i la proteína tiene dos o mássubunidades diferentes, las subunidades se separaran generalmente a consecuencia del

tratamiento con &C& y aparecerá una banda individual para cada una3ara anali"ar la estructura primaria de una proteína se utili"an diversos procedimientos 3araempe"ar se marca e identi'ca el residuo amino terminal a través de diversos protocolos @nave" que se ha marcado el residuo amino?terminal con un reactivo, se hidroli"a el polipéptido(en 5%l GE) para obtener sus aminoácidos constituyentes y se identi'ca el aminoácidomarcado Cado que la etapa de hidrolisis destruye el polipéptido, este procedimiento nopuede utili"arse para secuenciar un polipéptido mas alla del residuo amino?terminal &inembargo, puede ayudar a determinar el numero de polipéptidos químicamente diferentes enuna proteína, siempre que cada uno tenga un residuo amino?termianal diferente

3ara secuenciar un polipéptido completo se utili"a la degradación de #dman, donde se marca

y elimina solo el residuo amino?terminal de un péptido, de$ando el resto de los enlacespeptídicos intactos &e hace reaccionar el péptido con fenilisotiocianato en condicionesalcalinas suaves, lo que convierte al aminoácido amino?terminal en un aductofeniltiocarbamilo (34%) #l enlace peptídico contiguo al aducto de 34% se rompe a continuaciónmediante reacción en ácido tri7uoroacetico anhidro, que conlleva la eliminación delaminoácido amino?terminal en forma de anilinotia"olinona #l aminoácido modi'cado see!trae con disolventes orgánicos, se convierte en un derivado más estable, feniltiohidatoina,mediante tratamiento con ácido en disolución acuosa y 'nalmente se identi'ca Luego elnuevo residuo amino?terminal puede ser marcado, eliminado e identi'cado #l procedimientose repite hasta determinar toda la secuencia &e reali"a en un instrumento llamadosecuenciador La longitud del polipéptido a secuenciar depende de la e'ciencia de los pasosquímicos individuales

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La precisión global en la determinación de una secuencia de aminoácidos disminuyegeneralmente a medida que aumenta la longitud del polipéptido Los largos polipéptidos delas proteínas deben romperse en tro"os más pequeños para poder secuenciarlos de manerae'ciente #n primer lugar se rompe la proteína en un con$unto de fragmentos especi'comediante métodos químicos o en"imáticos &i e!isten puentes disulfuro, es necesarioromperos ya que inter'eren en el procedimiento de secuenciación y también en la rotura

en"imática o química del polipeptido > continuación se puri'ca cada fragmento y sesecuencia mediante #dman Qinalmente se determina el orden en que los fragmentosaparecen en la proteína original y se determina donde estan locali"ados, si es que los hay, losenlaces disulfuro 3ara ello se corta otra muestra del polipéptido intacto en fragmentosutili"ando un en"ima o reactivo diferente, que corte enlaces peptídicos en puntos diferentes alos cortados anteriormente Los fragmentos resultantes de este segundo procedimiento seseparan y secuencian igual que los anteriores Ce esta manera se busca establecer unacontinuidad, debido al solapamiento, entre los fragmentos obtenidos del primer y segundoprocedimiento &e pueden comparar los dos con$untos de fragmentos para detectar posibleserrores al determinar la secuencia de aminoácidos de cada fragmento &i el segundoprocedimiento de rotura no consigue establecer continuidad entre todos los péptidos de laprimera rotura, deberá utili"arse un tercero o incluso un cuarto método de ruptura para poderconseguir el solapamiento

&i la estructura primaria incluye puentes disulfuro, su locali"ación se determina en un pasoadicional una ve" completada la secuenciación &e vuelve a cortar una muestra de laproteína, pero esta ve" sin romper los puentes disulfuro Los péptidos resultantes se separanpor electroforesis y se comparan con el con$unto original de péptidos 3or cada puentedisulfuro faltaran dos de los péptidos originales, al tiempo que aparecerá un nuevo péptidomas grande Los dos péptidos que han desaparecido representan las regiones del polipéptidointacto que están unidas por el puente disulfuro

Ptros métodos pueden utili"arse en la secuenciación de una proteína, como la espectroscopiade masas, que permiten la secuenciación de polipéptidos cortos en solo unos pocos minutos>demás las técnicas utili"adas para determinar secuencias de proteínas y de C> soncomplementarias, por lo que cuando se dispone del gene, la secuenciación del C> puede sermas rápida y precisa que la secuenciación de la proteína

Criterios de pure'a

#l ob$etivo es aumentar la pure"a o actividad biológica de la proteína desada por unidad depeso, mediante la eliminación de material inactivo o proteínas no desadas, consiguiendo unredimiento má!imo

#n el caso de proteínas en"imáticas, se puede determinar la cantidad de en"ima en unadisolución o e!tracto de te$ido determinados en función del efecto catalítico que produce elen"ima %on este 'nd deben conocerse la ecuación global de la reaccion catali"ada, unprocedimiento analítico para determinar la desaparición del sustrato o la aparición deproducto de la reaccion, si el en"ima requiere cofactores , la dependencia de la actividaden"imática respecto a la concentración de sustrato, el p5 optimo y una "ona de temperaturaen la cual el en"ima sea estable y tenga una actividad elevada 4ambién se requierengeneralmente elevadas concentraciones de sustrato demodo que la velocidad inicial dereaccion, sea proporcional a la concentración de en"ima

&e de'ne : unidad de actividad en"imática como la cantidad de en"ima que produce latransformación de : Vmol de sustrato por minuto a BHW% en condiciones optimas de medida#l termino actividad se re'ere a las unidades totales de en"ima en una solución La actividadespeci'ca es el numero de unidades en"imáticas por miligramo de proteína La actividad

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especi'ca constituye una medida de la pure"a en"imática aumente durante la puri'cación deuna en"ima y llega a ser má!ima y constante cuando el en"ima es puro Cespués de cadapaso de puri'cación, se determina la actividad de la preparación (actividad en"imática), sedeterminan independientemente la cantidad total de proteína y se calcula el cociente de losdos valores, la actividad especi'ca La actividad y la proteína total generalmente disminuyenen cada paso La actividad disminuye porque siempre se produce alguna perdida debido a

inactivación o a interacciones no optimas con los materiales cromatográ'cos o con otrasmoléculas de la disolución

#n el caso de proteínas que no sean en"imas se requieren otros métodos de cuanti'caciónLas proteínas de transporte pueden determinarse por su unión a la molécula que transportan,y las hormonas y to!inas por los efectos biológicos que produce

%ropiedades *sicoquímicas

3recipitación selectiva de las proteínas

#n disolución acuosa, los residuos hidrofóbicos de las proteínas se acumulan en el interior de

la estructura, mientras que en la super'cie aparecen diversos grupos con carga eléctrica, enfunción del p5 del medio #n torno a los grupos cargados, los dipolos del agua se orientanconforme a la carga eléctrica de cada grupo, de tal manera que la proteína presenta una capade solvatación formada por el agua de hidratación, que es el agua retenida por las cargaseléctricas de la super'cie de las proteínas Los >> polares sin carga también se disponen en lasuper'cie, donde interaccionan con el agua mediante puentes de hidrógeno

%ualquier factor que modi'que la interacción de la proteína con el disolvente disminuirá suestabilidad en disolución y provocará la precipitación >sí, la desaparición total o parcial de laenvoltura acuosa, la neutrali"ación de las cargas eléctricas de tipo repulsivo o la ruptura delos puentes de hidrógeno facilitarán la agregación intermolecular y provocará la precipitaciónLa precipitación suele ser consecuencia del fenómeno llamado desnaturali"ación

%apacidad amortiguadora de las proteínas

#sta propiedad se debe a la e!istencia de rupos ioni"ables de las cadenas laterales dealgunos aminoácidos y los grupos %PP5 y 5B terminales

3or este motivo, las proteínas poseen un considerable poder amortiguador en una amplia"ona de p5 >unque cada >> tiene unos grupos ioni"ables con unas constantes de ioni"ación(p=a) características, el valor de dichas constantes puede verse ligeramente modi'cado por elentorno proteico #l grupo imida"ol del >> histidina es el principal responsable del poderamortiguador de las proteínas a p5 'siológico, ya que su p=a está pró!imo a K

%uando el p5 es ba$o, los grupos ioni"ables están protonados, y la carga neta de la proteínaes de signo positivo %uando el p5 es alto, los grupos ioni"ables están desprotonados, y lacarga neta es de signo negativo #ntre ambas "onas, habrá un p5 en el cual la carga neta dela proteína es nula #s el p5 isoeléctrico o punto isoeléctrico, y es característico de cadaproteína

> valores de p5 por deba$o del p5 isoeléctrico la carga neta de la proteína es positiva, y avalores de p5 por encima del p5 isoeléctrico, la carga neta de la proteína es negativa Lamayoría de las proteínas intracelulares tienen carga negativa, ya que su p5 isoeléctrico esmenor que el p5 'siológico (que está pro!imo a K) &e llaman proteínas ácidas a aquellas quetienen un punto isoeléctrico ba$o (como la pepsina), y proteínas básicas a las que tienen un

punto isoeléctrico alto (como las histonas)3ropiedades osmóticas de las proteínas

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%omo todo soluto molecular o iónico, las proteínas e$ercen un efecto osmótico cuando e!istenbarreras que limitan su libre difusión, como puede ser una membrana semipermeable, quepermite el paso del agua, pero no de los solutos &i tenemos dos compartimentos acuososseparados por una membrana semipermeable y uno de ellos contiene proteínas, éstastienden a captar agua del compartimento vecino #ste efecto osmótico es proporcional aln6mero de partículas dispersas

La mayor parte del agua en el sistema circulatorio está retenida por el efecto osmótico de lasproteínas del plasma

,idrolisis especi*ca de uniones peptídicas

Las proteasas son en"imas que catali"an la hidrolisis de los enlaces peptídicos >lgunasproteasas cortan solo enlaces peptídicos adyacentes a residuos de aminoácidos especí'cos3or e$emplo, la en"ima digestiva tripsina, catali"a la hidrolisis de solo aquellos enlacespeptídicos adyacentes a residuos de Lys o >rg

-rados de organi'ación estructural

&e de'nen normalmente cuatro niveles de estructura de las proteínas, ordenados en unaespecie de $erarquía conceptual seg6n su comple$idad estructura primaria, secundaria,terciaria y cuaternaria %ada una de estas estructuras informa de la disposición de la anterioren el espacio

La estructura primaria es una descripción de todos los enlaces covalentes (principalmenteenlaces peptídicos y puentes disulfuro) que unen los aminoácidos de una cadenapolipéptidica #l elemento más importante de la estructura primaria es la secuencia de losresiduos aminoácidos %ada proteína tiene un numero y secuencia distintivos de residuosaminoácidos La estructura primaria de una proteína determina la forma en que se pliega enuna estructura tridimiensional 6nica y esta, a su ve", determina la función de la proteína

%ada tipo de proteína tiene una secuencia de aminoácidos 6nica &i se altera la estructuraprimaria, la función de la proteína también puede cambiar

La estructura secundaria se re'ere a la disposiciones particularmente estables de losaminoácidos que dan lugar a patrones estructurales repititivos, re'ere a cualquier segementoespeci'co de una cadena polipéptidica y describe la distribución espacial local de los atomosde su cadena principal sin tener en cuanta la conformación de sus cadenas laterales un surelación con otros segmentos @na estructura secundaria se considera regular cuando todoslos angulos diedros X y Y adoptan valores iguales o casi iguales en todo el segmento #!isteun numero limitado de estructuras secundarias que son muy estables y que se encuentranampliamente distribuidas en las proteínas Las mas destacables son la conformación en hélice

M y la conformación N8 otro tipo com6n recibe el nombre de giro N >llí donde no se observauna estructura regular, la estructura se suele describir como inde'nida o como ovilloestadístico &in embargo, esta ultima denominación no describe correctamente la estructurade estos segmentos

La disposicion mas sencilla que podria adoptar una cadena polipéptidica, teniendo en cuentala rigide" de sus enlaces peptídicos (y también la libertad de rotación de los demás enlacessencillos) es una estructura en hélice, la hélice M #n esta estructura el esqueleto polipeptidicose encuentra estrechamente enrollado alrededor de un e$e imaginario dibu$adolongitudinalmente por el centro de la hélice, y los grupos A de los residuos aminoácidossobresalente hacia fuera del esqueleto helicoidal La unidad repetitiva es el giro de hélice que

ocupa alrededor de H,J Z a lo largo del e$e longitudinal, y cada giro de la hélice incluye F,Gresiduos aminoácidos #l giro de la hélice M es de!trógiro en todas las proteínas La hélice Mhace un uso optimo de los puentes de hidrogeno internos La estructura se encuentra

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estabili"ada por un enlace d hidrogeno entre el atomo de hidrogeno unido al atomo denitrógeno electronegativo de un enlace peptídico y el atomo de o!igeno carbonilicoelectronegativo del cuarto aminoácido que se encuentra del lado amino?terminal con respectoal mismo %ada uno de los enlaces de la hélice, e!cpeto los que estan pró!imos a cadae!tremo de la hélice, participa en esta trama de enlaces hidrogeno %ada vuelta sucesiva dehélice M se mantiene unida a las vueltas adyacentes mediante tres o cuatro enlaces de 5 que

proporcionan una estabilidad considerable

La conformación N es una conformación mas e!tendida de las cadenas polipeptidicas #nesta, el esqueleto de la cadena polipéptidica se encuentra e!tendido en "ig?"ag en lugar deplegarse como una hélice Las cadenas polipeptidicas en "ig?"ag pueden disponerse demanera adyacente fomrando una estructura que sema$a una seria de plieques #n estadisposición (ho$a N) se forman enlaces de hidrogeno entre segmentos asyacentes de cadenapolipeptidica Los segmentos individuales que forman ho$a N son normalemte cercanos dentrode la cadena polipeptidica, pero también pueden estar muy distantes uno de otro en lasecuencia lineal del polipeptio8 incluso en cadenas diferentes Los grupos A de aminoácidosadyacentes sobresalen de la estructura en "ig?"ag en direcciones opuestas Las cadenas

polipeptidicas adaycentes de la ho$a N pueden ser paralelas o antiparalelas >lgunasestructuras proteicas limitan los tipos de aminoácidos que pueden encontrarse en lasestructuras N %uando dos o mas ho$as N se encuentran densamente empaquetadas en unaproteínas, los grupos A de los residuos aminoácidos de las super'cies de contacto deben serrelativamente pequeños

#n las proteínas globulares , con una estructura de plegamiento compacta, se encuentranaminoácidos en giros o bucles donde la cadena polipéptidica cambia de dirección &onelementos de cone!ión que unen tramos sucesivos de hélices M o conformaciones N Los girosN que conectan los e!tremos adyacentes de dos segmentos de ho$as N antiparalelas sonfrecuentes Los giros N se encuentran a menudo cerca de la superficie de las proteínas, donde

los grupos peptídicos de los dos residuos aminoácidos centrales en el giro pueden formarenlaces hidrogeno con el agua

La estructura terciaria describe todos los aspectos del plegamiento tridimensional de unpolipéptido #s la disposicion tridimensiona global de todos los atomos de una proteína>minoacidos que están ale$ados en la secuencia polipeptidica y que se encuentran en tipos deestructura secundaria diferentes pueden interaccionar dentro de la estructura totalmenteplegada de la proteína La locali"ación de giros en lacadena estan determinados por elnumero y la locali"ación de aminoácidos especí'cos promotores de su formación Lossegmentos que interaccionan dentro de la cadena polipeptidicca se mantienen en su posiciónterciaria característica gracias a diferentes tipos de interacciones enla"antes debiles y aveces mediante enlaces covalentes entre los segmentos

Cescribe la conformación de'nitiva y especí'ca de la proteína Curante el enrollamiento de lacadena peptídica, para dar origen a la estructura terciaria, los puentes de hidrógeno y lainteracciones iónicas e hidrofóbicas entre una parte de la cadena y otra son las fuer"as quemantienen los pliegues en posición espacial correcta 3or otra parte, los puentes disulfuro (?&?&?) que se forman entre los aminoácidos de cisteína pueden acercar partes que se hayandistantes en una proteína, de hecho algunos sitios activos de en"imas están constituidos porellos >demás, en la proteína también se forman algunos otros enlaces covalentes paramantener su estructura terciaria que por lo general es globular

3ara comprender una estructura tridimensional completa necesitamos anali"ar sus patrones

de plegamiento

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Eotivo, estructura supersecundaria, plegamiento patrón de plegamiento reconocible queincluye dos o mas elementos de estructura secundaria y cone!ión entre ellos 3uede ser muysimple o tratarse de una estructura muy elaborada #n algunos casos un 6nico motivo grandepuede incluir toda la proteína Cescribe una pequeña parte de una proteína o una cadenapolipeptidica entera %omo por e$emplo el la"o N?M?N o el barril N

Cominio parte de una cadena polipeptidica que es estable de manera independiente y quepuede moverse como una entidad 6nica con respecto al resto de la proteína Los polipéptidoscon mas de unos pocos centenares de aminoácidos suelen plegarse formando dos o masdominios, a veces con funciones diferentes #n muchos casos un dominio de una proteínagrande mantendrá su estructura tridimensional correcta incluso cuando se separa del resto dela cadena polipeptidica #n una proteína con multiples dosminios cada uno de llos puedeaparecer como un lóbulo globlar distinto, sin embargo es mas habitual que los numerososcontactos entre dominios hagan difícil discernir los dominios individuales > menudo losdiferentes dominios tienen funciones distintas ormalmente las proteínas pequeñas tienenun solo domino (el dominio es la proteína)

o todas las proteínas se pliegan espontáneamente a medida que se sinteti"an en la célula

3ara el plegamiento de muchas proteínas es necesaria la acción de las chaperonasmoleculares, proteínas que interacción con polipéptidos parcial o incorrectamente plegados,facilitando rutas de plegamiento correctas o aportando micro entornos en los que pueda tenerlugar el plegamiento

>lgunas proteínas están constituidas por dos o más cadenas polipeptídicas o subunidades,que pueden ser idénticas o diferentes La disposición de estas subunidades proteicas encomple$os tridimensionales forman la estructura cuaternaria La asociación de cadenaspolipeptídicas puede servir para una diversidad de funciones

.etodos de estudio

3ara estudiar una proteína en detalle es necesario separarla del resto de proteínas y disponerde técnicas que permitan determinar sus propiedades @na preparación pura de una proteínaes esencial para poder determinar sus propiedades y su actividad Los métodos clásicos deseparación de proteínas aprovechan propiedades que varían de una proteína a otra, entre lasque se incluye el tamaño, la carga y las propiedades de unión #n la mayoría de los casosdeben utili"arse varios métodos diferentes consecutivos para puri'car completamente unaproteína, y cada uno de ellos separa proteínas en base a propiedades diferentes La elecciónde método es en cierto modo empírica, y puede ser necesario probar muchos protocolosantes de encontrar el más efectivo

/uer'as que estabili'an la estructura proteica

&e denoomina conformación a la disposicion espacial de los atomos de una proteína Lasposibles conformaciones de una proteína incluyen cualquier estado estructural que puedalograrse sin romper enlaces covalentes Ce las numerosas conformaciones teóricamenteposibles para una proteína que contiene cientos de enlaces sencillos, hay una o, masgeneralmente, unas pocas que predominan en condiciones biológicas Las proteínas que seencuentran en cualuqiera de sus conformaciones funcionales y plegadas se denominanproteínas nativas @na cadena polipéptidica determinada puede adoptar teóricamenteincontables conformaciones diferentes, lo que hace que su estado desplegado se caractericepor un alto valor de la entropía conformacional, esto $unto con las interacciones por enlace dehidrogeno de grupos de la cadena con el disolvente, tiende a favorecer el mantenimiento delestado desplegado

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#ntre las interacciones químicas que contrarrestan estos efectos y estabili"an la conformaciónnativa se encuentran los enlaces disulfuro (covalentes) y las interacciones débiles (nocovalentes8 enlaces hidrogeno, interacciones ionicas e interacciones hidrofóbicas

Euchas proteínas carecen de enlaces disulfuro #l medio intracelular es, en la mayoría de loscasos muy reductor, lo que evita enlaces ?&??&? #n eucaritoas los enlaces disulfuro se

encuentran principalemtne en las proteínas secretadas e!tracelularmente3ara las proteínas intracelulares de la mayoría de los organismos, las interacciones débilesson de especial importancia para el plegamiento de las cadenas polipeptidicas en susestructuras secundaria y terciaria La asociación de multiples polipéptidos para la formaciónde estructuras cuaternarias también depende de estas interacciones débiles Los enlacescovalentes individuales son mucho mas fuertes que las interacciones débiles individuales &inembargo, al ser tan numerosas, las interacciones débiles son las que predominan como fuer"aestabili"ante de la estructura de las proteínas #n general, la conformación proteica de menorenergía libre (mas estable) es aquella que posee el mayor numero de interacciones débiles

#n la contribución de las interacciones debiles a la estabilidad, suelen predominar las

interacciones hidrofóbicas %uando el agua rodea una molecula hidrofóbica, la optimi"aciónde los enlaces de hidrogeno da como resultado al formación de una capa de solvatación deagua altamente estructurada en la inmediata pro!imidad de la molecula #l incremento delorden de las moléculas deagua en la capa de solvatación tienecomo consecuencia undescenso desfavorable en la entropía delagua &in embargo, cuando los grupos hidrofóbicosse agrupan se reduce esta capa de solvatación al no ofrecer cada uno de los grupos su enterasuper'cie a la disolución %omo resultado se produce un aumento favorable de la entropía#ste aumento de entropía es la principal fuer"a termodinámica que promueve la asocicion degrupos hidrofóbicos en disolución acuosa 3or esta ra"ón las cadenas laterales hidrofóbicas delos aminoácidos tienden a empaquetarse en el interior de la proteína, evitando su interaccioncon el agua

#n condiciones 'siológicas la formación de enlaces de hidrogeno e interacciones ionicas enuna proteína son también procesos dirigidos en gran medida por el mismo efecto entrópicoLos grupos polares pueden formar normalmente enlaces de hidrogeno con el agua y son portanto solubles en ellas &in emabrgo, el numero de enlaces de hidrogeno por unidad de masaes generalmente mayor en el agua pura que en cualquier otro liquido, por lo que e!istenlimites a la solubilidad de incluso las moléculas mas polares, a causa de la disminución netade enlaces de hidrogeno por unidad de masa que se produce cuando estan presentes #nconsecuencia, y hasta cierto punto, también se formara una capa de solvatación de aguaestructurada alresdeor de las moléculas polares > pesar de que la energía de formación deenlaces de hidrogeno intramoleculares entre dos grupos polares de una macromolecula secompensa en gran parte por la eliminación de las interacciones entre estos mismos grupos y

el agua, la liberación de agua estructurada en forma de interacciones intramolecularesproporciona una fuer"a entrópica impulsora del plegamiento

4ambien es importante que cualquier grupo polar o cargado situado en el interior de laproteína tenga cerca otros grupos adecuados para el establecimiento de enlaces de hidrogenoo interacciones ionicas

La contribución de un enlace de hidrogeno a la estabilidad de la estructura nativa parecepequeña, pero la presencia de grupos con potencial de formación de puente de hidrogeno ode grupos cargados sin la pare$a adecuada en el interior hidrofóbico de la proteína puede sertan desestabili"antes que las conformaciones que los contienen son a menudo imposibles deadoptar termodinámicamente #l cambio favorable de energía libre debido a la combinación

de varios de estos grupos con otros grupos de la disolución e!terna puede ser mayor que ladiferencia de energía libre entre los estados plegados y desplegado >demás, los enlaces dehidrógenos entre gurpos de la proteína se forman cooperativamente (la formación de un

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enlace facilita la formación de los siguientes) en estructuras secundarias repetitivas queoptimi"an el uso de los enlaces de hidrogeno

La interaccion entre grupos de carga opuesta que forman un par ionico, o puente salino,puede tener efectos estabili"antes o desestabili"antes sobre la estructura >l igual que sucedecon los enlaces de hidrogeno, las cadenas laterales de los aminoácidos cargados

interaccionan con el agua y las sales cuando la proteína esta desplegada, por lo que laperdida de estas interacciones debe considerarse al evaluar el efecto de un puente salinosobre la estabilidad global de una proteína plegada &in embrago, la fuer"a de un puentesalino incrementa al despla"arse hacia un entorno con menor constante dieléctrica desde eldisolvente polar polar acuoso hasta el interior no polarde la proteína 3or tanto, los puentessalinos, en especial aquellos que estan parcial o completamente ocultos en el interior, puedenaportar una estabili"ación signi'catuva a la estructura Las interacciones ionicas tambiénlimitan la 7e!ibilidad estructural, con'riendo a la estructura proteica una individualidad queno pueden proporcionar las interacciones hidrofóbicas no especi'cas

Los residuos hidrofóbicos se encuentran mayoritariamente sepultados en el interior de laproteína, le$os del contacto con el agua &e forman el mayor numero posible de enlaces de

hidrogeno e interacciones ionicas dentro de la proteína, lo que reduce el numero de gruposcapaces de formar enlaces de hidrogeno y de grupos ionicos no apareados con un grupoadecuado

• #fecto hidrófobo tendencia de los grupos para asociarse entre si en virtud de sue!clusión del agua

• 3uentes de hidrogeno cooperan en el plegamiento y ayudan a estabili"ar laconformación nativa

• Quer"as de


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4ambien se puede llevar a cabo por la acción de e!tremos de p5, de ciertos disolventesorganicos miscibles en agua (alcohol,acetona) o de ciertos solutos, o mediante detergentes>ctuan principalmente rompiendo las interacciones hidrofóbicas que forman el nucleo establede las proteínas globulares8 los e!tremos de p5 alteran la carga neta de la proteína, dandolugar a la aparición de repulsiones electrostáticas y a la destrucción de algunos enlaceshidrogeno

La estructura terciaria de una proteína globular esta determinada por su secuencia deaminoácidos >lgunas proteínas globulares desnaturali"aadas por el calor, e!tremos de p5 oreactivos desnaturali"antes, son capaces de recuperar su estructura nativa y su actividadbiológica si son devueltas a condiciones en las que la conformación nativa es estable #steproceso se conoce como renaturali"acion

Concepto de inmunología

4odos los vertebrados poseen un sistema inmune capa" de distinguir las moléculas propias delas a$enas y destruir a continuación las consideradas a$enas #l sistema inmune elimina virus,bacterias y otros patógenos, asi como moléculas que puedan representar una amena"a para

el organismo La respuesta del sistema inmune es un entramado comple$o de interaccionesentre muchas clases de proteínas, moléculas y tipos celulares

La respuesta inmune es el resultado de la acción de dos sistemas complementarios #lsistema inmune humoral, esta dirigido contra infecciones bacterianas y virus e!tracelulares,pero también puede responeder a proteínas e!ternas individuales #l sistema inmune celulardestruye las células propias infectadas por virus, y también parasitos y te$idos a$enos

La base proteica de la respuesta inmune humoral esta formada por unas proteínas solublesllamadas anticuerpos o inmunoglobulinas (Dg) Las inmunoglobulinas se unen a las bacterias,a los virus o a moléculas grandes identi'cadas como a$enas, marcándolas para sudestrucción Las inmunoglobulinas consituyen hasta un B1\ de las proteínas sanguíneas yson producidas por los linfocitos ] o células ]

Concepto y reacción de antígeno y anticuerpo

&e conoce como antígeno cualquier molecula o patógeno capa" de generar una respuestainmune @n antígeno puede ser un virus, una pared bacteriana, una proteína individual u otrasmacromoléculas > un antígeno comple$o se le puede unir una serie de anticuerpos diferentes@n anticuerpo o un receptor de células 4 concreto se unira solamente a una estructuramolecular determinada dentro del antígeno denominada determinante antigénico o epitopo

@n anticuerpo es una proteína de defensa sinteti"ada por el sistema inmune de losvertebrados

0structura de anticuerpos

Las inmunoglobulinas (Dg) son la principal clase de moléculas de anticuerpo y unas de lasproteínas mas abundantes en el suero sanguíneo Las Dg tiene cuatro cadenas polipeptidicasdos cadenas largas, llamadas cadenas pesadas, y dos cadenas ligeras, unidas por enlaces nocovalentes y puentes disulfuro formando un comple$o Las cadenas pesadas interaccionan enun e!tremo y se abren para interaccionar separadamente con las cadenas ligeras, formandouna molecula en forma de ̂ #n las TbisagrasU que separan la base de la Dg de sus ramas, lainmunoglobulina puede ser cortada por proteasas La rotura con la proteasa libre el fragemnto

basal, llamado Qc debido a que suele cristali"ar fácilmente, y las dos ramas, conocidas comoQab, los fragmentos de unión a antígeno %ada rama tiene un 6nico sitio de '$ación deantígeno %ada cadena esta compuesta por dominios identi'cables algunos son constantes

B1


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en secuencia y estructura de una Dg a otra, otros son variables Los dominios constantestienen una estructura característica conocida como plegamiento tipo inmunoglobulina 5aytres de estos dominios constantes en cada cadena pesada y uno en cada cadena ligera Lascadenas pesada y ligera poseen además un dominio variable cada una, en el cual se encuetrala mayor parte de la variabilidad en la secuencia de aminoácidos Los dominios variables seasocian para crer el sitio de '$ación del antígeno

#n muchos vertebrados las Dg son solamente una de las cinco clases de inmunoglobulinas%ada clase tiene un tipo característico de cadena pesada, llamadas M, _, `, O y V, quecorresponden a las Dg>, DgC, Dg#, Dg e DgE, respectivamente 5ay dos tipos de cadena ligera, y , que están presentes en todas las clases de inmunoglobulinas

La especi'cidad de unión de un anticuerpo viene determinada por la composición deaminoácidos de los dominios variables de sus cadenas pesada y ligera Euchos residuos deestos dominios son variables, aunque no en la misma medida >lgunos, principalemnteaquellos que recubren el sitio de '$ación del antígeno, son hipervariables La especi'cidad sedebe a la complementariedad química entre el antígeno y su sitio de '$ación especi'co, entérminos de forma y locali"ación de grupos cargados, no polares y formadores de puentes de

hidrogeno #n muchos casos, la complementariedad se consigue de modo interactivo graciasa que las estrucutras del antígeno y del sitio de '$ación se in7uyen mutuamente durante laapro!imación del ligando > continuación, cambios conformacionales en el anticuerpo y.o enel antígeno permiten una completa interaccion entre grupos complementarios (enca$einducido)

0pitopes reaccionantes

#L epitopo es el determinante atigenico, el grupo o grupos químicos concretos dentro de unamacromolecula (antígeno) al que se une determinado anticuerpo

UNIDAD – 0n'imas

/uncion e importancia biológica

B:


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Las en"imas son proteínas globulares altamente especiali"adas cuya función es la catálisis oregulación de la velocidad de las reacciones químicas que ocurren en los seres vivos @naen"imas es incapa" de catali"ar una reacción que por si sola no ocurre &u función es la demodi'car la velocidad de la reacción pero sin despla"ar el equilibrio de la misma %asi todaslas reacciones químicas que tienen lugar en un organismo vivo están catali"adas por uno ovarios en"imas, con la peculiaridad de que cada en"ima solo puede catali"ar una reacción, por

lo que en principio habrá tantos en"imas como reacciones diferentes

&e llama velocidad de reacción a la cantidad de producto formado o sustrato consumido porunidad de tiempo

Las en"imas no se consumen ni se alteran químicamente, por lo que al terminar la reacciónestán disponibles para catali"ar una nueva 3ueden actuar dentro de las células donde seproducen o a nivel e!tracelular

3ropiedades

#speci'cidad una en"ima es capa" de catali"ar una 6nica reacción con un sustrato especi'co

&in embargo el grado de especi'cidad es muy variado 5ay en"imas cuya especi'cidad estotal distinguiendo hasta isómeros 3ero hay otras que pueden actuar sobre compuestossimilares a su sustrato natural, llamados sustratos análogos #!isten en"imas que reconocengrupos químicos similares o incluso distintos tipos de enaces, independientemente del restode la molecula

#'ciencia es la proporción relativa del producto 'nal frente a compuestos no deseadosEuchas reacciones en"imáticas se acercan al :11\, sin embargo en el laboratorio es difícilalcan"ar el R1\

Nomenclatura y clasi*cación

Los en"imas se pueden nombrar medianteombres particulares asignados por su descubridor

ombres sistemáticos, que constan de tres partes el sustrato preferente, el tipo de reacción yla terminación TasaU #$ lucosa fosfato isomerasa &i la reacción es una hidrolisis, el segundocomponente se omite

omenclatura de la comisión en"imática el nombre esta encabe"ado por las letras #%(en"ime comission) seguidas de un código de cuatro n6meros separados por puntos #%n:nBnFnJ

#l n: re'ere a la clase a la que pertenece, nB a la subclase, nF y nJ a los grupos químicos que

intervienen en la reacción

Las en"imas se pueden clasi'car en seis clases

• P!idorreductasas catali"an reacciones redo!, es decir, transferencia de 5 o electrones deun sustrato a otro

A H 2 ; ] > ; BH 2 #$ succinato deshidrogenasa

• 4ransferasas carali"an la transferencia de grupos químicos, distintos del 5, de un sustratoa otro> 9 ] ; % > ; % 9 ] #$ glucoquinasa

• 5idrolasas catali"an reacciones de hidrolisis

> 9 ] ; H 2O >5 ; ] 9 P5 #$ lactasa

• Liasas catali"an reacciones de ruptura o formación de enlacesBB


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> 9 ] > ; ] #$ acetato descarbo!ilasa• Dsomerasas catali"an la interconversion de isómeros

> ] #$ fosfoglucosa isomerasa• Ligasas catali"an la unión de sustratos con hidrolisis simultanea de un nucleótido

trifosfato> ; ] ; 43 > 9 ] ; C3 ; 3i #$ piruvato carbo!ilasa (


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La actividad especi'ca es el numero de unidades de en"ima por miligramo de proteína (@. mgprot) o por mililitro de disolución (@.ml)

#l sistema internacional de unidades, de'nio la unidad de actividad en"imática como lacantidad de en"ima que transforma : mol de sustrato por segundo #sta unidad se llama Iatal

(Iat) : Iatal equivale a G1 ! 106

@ #sta unidad es muy grande por lo que se utili"a

frecuentemente los submutliplos como el microIatal o el nanoIatal

%uando se conoce el peso molecular del en"ima puro y el numero de centros activos pormolecula de en"ima, las medidas de actividad en"imática permiten calcular el numero derecambio del en"ima, o sea, el numero de reacciones elementales que reali"a el en"ima porcada centro activo y por unidad de tiempo

Cinetica en'im(tica

#studia la velocidad de las reacciones catali"adas por en"imas #stos estudios proporcionaninformación directa acerca del mecanismo de la reacción catalítica y de la especi'cidad delen"ima La velocidad de una reacción catali"ada por un en"ima puede medirse con relativafacilidad, ya que en muchos casos no es necesario puri'car o aislar el en"ima La medida sereali"a siempre en condiciones optimas de p5, temperatura, presencia de cofactores, etc y seutili"an concentraciones saturantes de sustrato #n estas condiciones, la velocidad dereacción observadaes la velocidad má!ima (


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#n el esquema, I:,IB y IF, son las constantes cineticas individuales de cada proceso ytambién reciben el nombre de constantes microscópicas de velocidad &eg6n esto podemosa'rmar

concentraciones de sustrato pequeñas (*&+ 00 =m) y v ((=F*#4+).=m) *&+ %omo lostérminos entre paréntesis son constantes, pueden englobarse en una nueva constante, =obs,de forma que la e!prseion queda reducida a v =obs *&+, con lo cual la reacción es unproceso cinético de primer orden

> concentraciones de sustrato elevadas (*&+ 22 =m) y v =F *#4+ La velocidad dereacción es independiente de la concentración del sustrato, y por tanto, la reacción es unproceso cinético de orden cero >demás, tanto =F como *#4+ son constantes, y nos permite

de'nir un nuevo parámetro, la velocidad má!ima de la reacción,


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&i introducimos


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utili"a+¿ H

¿ o−¿

OH ¿ presentes en el H 2O se la llamas catálisis acido?base especi'ca &i

se utili"an+¿

H ¿ cedidos por otros tipos de moléculas se llama catálisis acido?base general

%atalisis covalente implica una unión covalente transitoria entre la en"ima y el sustrato #stoaltera la ruta de la reacción y solo produce la catálisis si la nueva ruta tiene una energía deactivación menor que la catali"ada 3or lo general se forma entre un grupo nucle'lico de laen"ima y un electro'lico del sustrato

%atalisis por ion metalico interacciones ionicas entre un metal '$ado a la en"ima y el sustratopueden ayudar a orientar al sustrato para que reaccione Los metales también puedenintervenir en reacciones redo! mediante cambios reversibles en el estado de o!idación del ionmetalico

0!ectos del p, y temperatura

Las propiedades de los en"imas derivan del hecho de ser proteínas y de actuar comocatali"adores %ambios en la conformación suelen ir asociados en cambios en la actividadcatalítica

#n cuanto al efecto del p5 sobre la actividad en"imática, los en"imas poseen grupos químicosioni"ables (?%PP58 ?5B8 ?&58 imida"ol, etc) en las cadenas laterales de sus aminoácidos&eg6n el p5 del medio, estos grupos pueden tener dsitinta carga %omo la conformación de laproteína depende, en parte, de sus cargas eléctricas, habrá un p5 en el cual la conformaciónserá la mas adeucada para la actividad catalítica (p5 optimo) La mayoría de los en"imas sonmuy sensibles a los cambios de p5 @n ligero cambio puede afectar drásticamente suactividad %omo ligeros cambios de p5 pueden provocar la desnaturali"ación de la proteína,los seres vivos han desarrollado sistemas mas o menos comple$os para mantener estable elp5 intracelular, los amortiguadores 'siológicos

Aespecto a la temperatura, en general los aumentos de temperatura aceleran las reaccionesquímicas, por cada :1W% de incremento, la velcidad de reacción se duplica Las reaccionescatali"adas por en"imas siguen esta ley general &in embargo, al ser proteínas, a partir deciertas temperatura, se empie"an a desnaturali"ar por el calor La temperatura a la cual laactividad catalítica es má!ima se llama temperatura optima 3or encima de esa temperatura,el aumento de velocidad de la reacción debido a la temperatura es contrarrestado por laperdida de actividad catalítica debida a la desnaturali"ación térmica, y la actividad en"imáticadecrece rápidamente hasta anularse

Los eni"mas son proteínas que act6an en ambientes acuosos y en solución, por tanto pordeba$o de los 1W% la reacción se parali"a Las temperaturas mayores a H1W% provocan ladesnaturali"ación

Dnhibidores competitivos, no competitivos y acompetitivos

#!isten sustancias que pueden impedir que la en"ima desarrolle su actividad catalítica,disminuyendo o parali"ando la reacción en"imática > estas sustancias se las denominainhibidores en"imáticos

&e conocen dos tipos principales de inhibición la reversible y la irreversible La primeraimplica una unión no covalente del inhibidor y por lo tanto siempre puede revertirse #n la

inhibición irreversible, el inhibidor se una al en"ima de forma covalente y permanente

BK


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La inhibicion reversible implica la unión no covalente del inhibidor con la en"ima, pero di'ereen los mecanismos por medio de los cuales reduce la actividad en"imática y en la forma queafecta a la cinetica de la reacción

• Dnhibidor competitivo sustancia similar en estructura al sustrato, con quien compite porel sitio activo de la en"ima #s capa" de unirse a la en"ima libre en el mismo sitio donde

se une el sustrato, impidiendo de esta manera su unión #s decir, sustrato e inhibidorson e!cluyentes mutuamente eneralmente el inhibidor competitivo es un análogo nohidroli"able del sustrato, un sustrato alternativo o el mismo producto de la reacción%omo consecuencia la


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• Dnhibidor acompetititvo reacciona con el en"ima en un punto distinto del centro activo,pero solo en el caso de que esta este unida al sustrato formando el comple$o #&, de estaforma impide que la en"ima desarrolle su actividad catalítica &e une reversiblemente alcomple$o #& generando un comple$o #&D improductivo #l inhibidor no es capa" de unirseal en"ima libre La consecuencia es que la en"ima es mas a'n por el sustrato,disminuyendo el =m, sin embargo la E3c), inositol trifosfato (D3F), diacil glicerol, calmodulina, etc #stos ponen en marcha

BS


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respuestas rapidas frente a acontecimientos que requieren cambios radicales en elcomportamiento de las células

4odos estos cambios están mediados dentro de la celula por activadores en"imáticosdenominados segundos mensa$eros Los activadores suelen ser segundos mensa$eros que seforman en el interior de la celula en respuesta a un primer mensa$ero generalmente de

carácter hormonal (


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#!isten dos modelos que intentan e!plicar la forma en que el sustrato se une al sitio activo

• Eodelo llave?cerradura el sitio activo y el sustrato tiene estrucutras complementarias #stemodelo no considera la reversibilidad de algunas reacciones, ya que en este caso, el sitioactivo debería ser complementario también a los productos, y además no e!plica bien elproceso de inhibición en"imática #ste modelo es valido en muchos casos, pero no siempre

es correcto• Eodelo de a$uste inducido el sitio activo posee una disposición espacial especi'ca y precisa

de ciertos grupos que en presencia del sustrato se adaptan a su estructura

Dndepnedientemente del modelo, una ve" formado el comple$o en"ima sustrato, mediante unmecanismo de distorsion, se activan los enlaces que hay que romper y se apro!iman losgrupos que hay que enla"ar, favoreciendo la formación del producto resultante de la reaccióncatali"ada y quedando la en"ima libre para comen"ar de nuevo el proceso catalítico

.ecanismos de regulación en'im(tica

@na característica que diferencia las en"imas de los catali"adores químicos convencionales essu capacidad para regular su propia actividad @na en"ima puede ser mas o menos activagracias a la e!istencia de distintos niveles de regulación

ivel de síntesis que haya mas o menos moléculas de la en"ima

Las reacciones en"imáticas del interior de la celula suceden de un modo secuencial, es decir,el producto de una reacción sirve de sustrato para la reacción siguiente 3or esta ra"ón lacelula necesita cordinar las diversas secuencias o rutas metabólicas adaptándolas a suspropias necesidades en cada momento

3ara que se sinteticen las en"imas de una ruta metabolica, los genes que codi'can para lasmismas se transcriben dando un >Am que se traducirá mas tarde en la molecula de proteínacorrespondiente #ste tipo de regulación supone un control genético sobre los genes quecodi'can información para cada en"ima

ivel de actividad que las moléculas de en"ima e!istentes estén mas o menos activas 3uedellevarse a cabo por factores e!trínsecos a la en"ima como p5, temperatura, *&+, *D+, o por

F:


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factores intrínsecos a la propia en"ima #n este caso hablamos de en"imas reguladoras,en"imas que por su propia naturale"a tienen mecanismos especiales de regulación #stánespeciali"adas en regularse respondiendo de forma muy sensible a señales e!ternas

#n la celula las en"imas operan en grupo, en rutas constituidas por varios pasos en"imáticos#n cada ruta hay al menos una en"ima reguladora que determina la velocidad de toda la ruta

La modulación de las en"imas reguladoras ocurre mediante diferentes mecanismos• Eodulacion alosterica de la actividad en"imática

5ay en"imas que pueden adoptar B conformaciones interconvertibles llamadas A (rela$ada) y 4 (tensa) A es la forma mas activa porque se une al sustrato con mas a'nidad Las formas Ay 4 se encuentran en equilibrio A 4

%iertas sustancias tienden a estabili"ar la forma A &on los llamados moduladores positivos #lpropio sustrato es a menudo un modulador positivo Las moléculas que favorecen la forma Apero que act6an sobre una región del en"ima distinta del centro activo son los activadoresalostericos

Las sustancias que favorecen la forma 4 y disminuyen la actividad en"imática son losmoduladores negativos &i esto moduladores act6an en lugares distintos del centro activo delen"ima se llaman inhibidores alostericos

3or lo general, las grandes rutas metabólicas son controladas por reacciones claves, llamadasreacciones determinantes, que en condiciones intracelulares generalmente son irreversibles#n general dichas reacciones estar reguladas por en"imas alostericos que poseen una seriede características peculiares &uelen ser proteínas de alto peso molecular, formadas porvarias subunidades, cada una de las cuales posee un centro catalítico al que se unen lasmoléculas de sustrato y otro centro al cual se unen los moduladores del en"ima alosterico#ste centro activo distinto del centro catalítico se denomina modulador o efector

#n la mayor parte de los casos, el en"ima alosterico esta controlada por el primer sustrato ypor el producto 'nal8 el primer sustrato suele actuar como modulador positivo acelerando lavelocidad de la reacción y el ultimo producto de la ruta actua normalemnte como inhibidor dela reacción

Ce esta manera, la ruta se pondrá en marcha siempre que haya su'ciente sustrato y hastaque se produ"ca el producto necesario #n la medida que el producto 'nal se vayaconsumiendo por los procesos que lo requieren, la ruta metabolica seguirá funcionando #stetipo de control, en el cual el producto 'nal acuta como efector negativo de la ruta, se llamaretroinhibicion o feed?bacI

• #fecto de la modi'cación covalente sobre la actividad en"imática

#n"imas interconvertibles, que por act6an modi'cación covalente reversible, como pore$emplo por fosforilacion.desfosforilacion o modi'cación redo!

Ptros en"imas pasan de una forma menos activa a otra mas activa uniéndosecovalentemente a un grupo quimico de pequeño tamaños como el 3i o el >E3 4ambién se dael caso inverso, en el que un en"ima muy activo se desactiva al liberar un grupo quimico #nlas en"imas de las vías degradativas del metabolismo, la forma fosforilada es mas activa quela no fosforilada Eientsas que en las vías biosinteticas ocurre lo contrario

•

Eediante proteínas reguladoras que se unen a la en"ima• Eediante la eliminación proteolítica de pequeños segmentos peptídicos (irreversible)

FB


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0n'imas alostericas

Quncionan mediante la unión reversible no covalente de compuestos regulatorios llamadosmoduladores #l modulador puede ser un activador (modulación positiva) o un inhibidor(modulador negativo) y ser el propio sustrato de la reacción (alosterismo homotrópico) o serotra sustancia (alosterismo heterotrópico) ormalmente se trata de en"imas multimericas y

normalmente el sitio activo y el regulatorio se encuentran en distintas subunidadesQenómenos cooperativos

Regulación por modi*cación química" !os!orilacion y de!os!orilacion

#n"imas interconvertibles, que por act6an modi'cación covalente reversible, como pore$emplo por fosforilacion.desfosforilacion o modi'cación redo!

Ptros en"imas pasan de una forma menos activa a otra mas activa uniéndosecovalentemente a un grupo quimico de pequeño tamaños como el 3i o el >E3 4ambién se dael caso inverso, en el que un en"ima muy activo se desactiva al liberar un grupo quimico #nlas en"imas de las vías degradativas del metabolismo, la forma fosforilada es mas activa que

la no fosforilada Eientsas que en las vías biosinteticas ocurre lo contrario

UNIDAD 6 – Nucleosidos y Nucleotidos

Concepto e importancia biológica

Los nucleótidos son moléculas orgánicas formadas por tres componentes caracteristicos unabase nitrogenada, una pentos y un fosfato La molecula sin el grupo fosfato se llamanucleosido

Las bases nitrogenadas son derivados de dos compuestos parentales, pirimidina y purina Lasbases y las pentosas de los nucleótidos comunes son compuestos heterocíclicos

FF

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Resumen quimica biologica