Proteínas y ácidos nucleicos

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1 Proteínas y ácidos nucleicos
3 Proteínas y ácidos nucleicos Biología 2º BACHILLERATO 1 Fórmula general de un aminoácido GRUPO CARBOXILO GRUPO AMINO La cadena lateral es distinta en cada aminoácido y determina sus propiedades químicas y biológicas.

2 Proteínas y ácidos nucleicos
3 Proteínas y ácidos nucleicos Biología 2º BACHILLERATO 2 Aminoácidos hidrófobos Alanina (Ala) Valina (Val) Leucina (Leu) Isoleucina (Iso) Metionina (Met) Fenilalanina (Fen) Triptófano (Trp)

3 Proteínas y ácidos nucleicos
3 Proteínas y ácidos nucleicos Biología 2º BACHILLERATO 3 Aminoácidos polares hidrofílicos Serina (Ser) Treonina (Tr) Prolina (Prl) Glutamina (Gln) Asparagina (Asn) Tirosina (Tir) Cisteína (Cis) Glicocola (Gli)

4 3 Proteínas y ácidos nucleicos 4 Aminoácidos ácidos y básicos
Biología 2º BACHILLERATO 4 Aminoácidos ácidos y básicos AMINOÁCIDOS BÁSICOS (carga positiva) AMINOÁCIDOS ÁCIDOS (carga negativa) Lisina (Lis) Ácido aspártico (Asp) Arginina (Arg) Ácido glutámico (Glu) Histidina (His)

5 CARÁCTER ANFÓTERO DE LOS AMINOÁCIDOS
3 Proteínas y ácidos nucleicos Biología 2º BACHILLERATO 5 Propiedades ácido-básicas de los aminoácidos En una disolución acuosa (pH neutro) los aminoácidos forman iones dipolares. Un ion dipolar se puede comportar como ácido o como base según el pH de la disolución. Las sustancias que poseen esta propiedad se denominan anfóteras. CARÁCTER ANFÓTERO DE LOS AMINOÁCIDOS pH disminuye pH aumenta El aminoácido se comporta como una base. El aminoácido se comporta como un ácido.

6 3 Proteínas y ácidos nucleicos 6 Isomería de los aminoácidos
Biología 2º BACHILLERATO 6 Isomería de los aminoácidos Por ser el carbono  un carbono asimétrico, los aminoácidos pueden presentar dos configuraciones espaciales. L - aminoácido D - aminoácido El grupo amino está a la derecha El grupo amino está a la izquierda Al ser imágenes especulares se denominan estereoisómeros.

7 3 Proteínas y ácidos nucleicos 7 Formación de un enlace peptídico
Biología 2º BACHILLERATO 7 Formación de un enlace peptídico Reaccionan el grupo carboxilo de un aminoácido y el amino de otro Enlace peptídico Plano del enlace peptídico Grupo N - terminal Grupo C -terminal

8 Proteínas y ácidos nucleicos
3 Proteínas y ácidos nucleicos Biología 2º BACHILLERATO 8 Características de un enlace peptídico Es un enlace covalente más corto que la mayoría de los enlaces C - N. Posee cierto carácter de doble enlace. Los cuatro átomos del enlace se encuentran sobre el mismo plano. Los únicos enlaces que pueden girar son los formados por C-C y C-N

9 Proteínas y ácidos nucleicos
3 Proteínas y ácidos nucleicos Biología 2º BACHILLERATO 9 Estructura primaria de las proteínas Todas las proteínas la tienen. Indica los aminoácidos que la forman y el orden en el que están colocados. Está dispuesta en zigzag. El número de polipéptidos diferentes que pueden formarse es: 20 n Número de aminoácidos de la cadena Para una cadena de 100 aminoácidos, el número de las diferentes cadenas posibles sería: ·10100

10 Proteínas y ácidos nucleicos
3 Proteínas y ácidos nucleicos Biología 2º BACHILLERATO 10 Estructura secundaria de las proteínas:  -hélice La cadena se va enrollando en espiral. Los enlaces de hidrógeno intracatenarios mantienen la estructura. La formación de estos enlaces determina la longitud del paso de rosca. La rotación es hacia la derecha. Cada aminoácido gira 100° con respecto al anterior. Hay 3,6 residuos por vuelta. Los grupos -C=O se orientan en la misma dirección y los -NH en dirección contraria. Los radicales quedan hacia el exterior de la  -hélice.

11 Proteínas y ácidos nucleicos
3 Proteínas y ácidos nucleicos Biología 2º BACHILLERATO 11 Estructura secundaria de las proteínas: conformación  Algunas proteínas conservan su estructura primaria en zigzag y se asocian entre sí. Los radicales se orientan hacia ambos lados de la cadena de forma alterna. Enlaces de hidrógeno Enlace peptídico Disposición paralela Las cadenas polipeptídicas se pueden unir de dos formas distintas. Disposición antiparalela

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Biología 2º BACHILLERATO 12 Estructura terciaria de las proteínas Modo en que la proteína nativa se encuentra plegada en el espacio. Enlaces de hidrógeno. Atracciones electrostáticas. Atracciones hidrofóbicas. Puentes disulfuro. La estructura se estabiliza por uniones entre radicales de aminoácidos alejados unos de otros. En las proteínas de elevado peso molecular, la estructura terciaria está constituida por dominios. En la estructura terciaria se pueden encontrar subestructuras repetitivas llamadas motivos.

13 Proteínas y ácidos nucleicos
3 Proteínas y ácidos nucleicos Biología 2º BACHILLERATO 13 Clasificación de las proteínas: holoproteínas PROTEÍNAS FIBROSAS PROTEÍNAS GLOBULARES Generalmente, los polipéptidos que las forman se encuentran dispuestos a lo largo de una sola dimensión. Más complejas que las fibrosas. Son proteínas insolubles en agua. Plegadas en forma más o menos esférica. Tienen funciones estructurales o protectoras. Se encuentra en tejido conjuntivo, piel, cartílago, hueso, tendones y córnea. ALBÚMINAS COLÁGENO Realizan transporte de moléculas o reserva de aminoácidos. MIOSINA Y ACTINA Responsables de la contracción muscular. GLOBULINAS QUERATINAS Forman los cuernos, uñas, pelo y lana. Diversas funciones, entre ellas las inmunoglobulinas que forman los anticuerpos. FIBRINA Interviene en la coagulación sanguínea. HISTONAS Y PROTAMINAS ELASTINA Proteína elástica. Se asocian al ADN permitiendo su empaquetamiento.

14 Proteínas y ácidos nucleicos
3 Proteínas y ácidos nucleicos Biología 2º BACHILLERATO 14 Clasificación de las proteínas: heteroproteínas En su composición tienen una proteína (grupo proteico) y una parte no proteica (grupo prostético). HETEROPROTEÍNA GRUPO PROSTÉTICO EJEMPLO Cromoproteína Pigmento Porfirínicas Grupo hemo o hemino hemoglobina No porfirínicas Cobre, Hierro o retinal rodopsina Nucleoproteína Ácidos nucleicos cromatina Glucoproteína Glúcido fibrinógeno Fosfoproteína Ácido fosfórico caseína Lipoproteína Lípido quilomicrones

15 3 Proteínas y ácidos nucleicos 15 Ejemplos de heteroproteínas
Biología 2º BACHILLERATO 15 Ejemplos de heteroproteínas Hemoglobina Inmunoglobulina Retinal Lipoproteína plasmática Rodopsina

16 3 Proteínas y ácidos nucleicos 16
Biología 2º BACHILLERATO 16 Desnaturalización y renaturalización de una proteína La desnaturalización es la pérdida de las estructuras secundaria, terciaria y cuaternaria. Puede estar provocada por cambios de pH, de temperatura o por sustancias desnaturalizantes. Desnaturalización Renaturalización PROTEÍNA NATIVA PROTEÍNA DESNATURALIZADA En algunos casos la desnaturalización puede ser reversible.

17 Proteínas y ácidos nucleicos
3 Proteínas y ácidos nucleicos Biología 2º BACHILLERATO 17 Diversidad funcional de las proteínas Debido a la gran diversidad estructural, las proteínas pueden tener funciones diversas. FUNCIÓN EJEMPLO DE RESERVA Ovoalbúmina, caseína, zeína, hordeína... DE TRANSPORTE Lipoproteínas, hemoglobina, hemocianina... CONTRÁCTIL Actina, miosina, flagelina ... PROTECTORA O DEFENSIVA Trombina, fibrinógeno, inmunoglobulinas... HORMONAL Insulina, glucagón, somatotropina... Glucoproteínas, histonas, queratina, colágeno, elastina... ESTRUCTURAL ENZIMÁTICA Catalasa, ribonucleasa... HOMEOSTÁTICA Albúmina...

18 6 Metabolismo celular. Catabolismo 1 Comportamiento de un enzima
Biología 2º BACHILLERATO 1 Comportamiento de un enzima Las enzimas actúan como un catalizador: Energía de activación sin la enzima Disminuyen la energía de activación. Energía No cambian el signo ni la cuantía de la variación de energía libre. Energía de activación con la enzima No modifican el equilibrio de la reacción. Energía de los reactivos Aceleran la llegada del equilibrio. Variación de la energía Al finalizar la reacción quedan libres y pueden reutilizarse. Energía de los productos Progreso de la reacción

19 Metabolismo celular. Catabolismo
6 Metabolismo celular. Catabolismo Biología 2º BACHILLERATO 2 Influencia del pH y la temperatura en la actividad enzimática Pepsina Tripsina Tª óptima pH óptimo pH óptimo Cada enzima actúa a un pH óptimo. Cada enzima tiene una temperatura óptima para actuar. Los cambios de pH alteran la estructura terciaria y por tanto, la actividad de la enzima. Las variaciones de temperatura provocan cambios en la estructura terciaria o cuaternaria, alterando la actividad del enzima.

20 6 E + S  ES  E + P Metabolismo celular. Catabolismo 3
Biología 2º BACHILLERATO 3 Esquema de una reacción enzimática Complejo enzima-sustrato (ES) Sustratos (S) Productos (P) Enzima (E) Enzima (E) E + S  ES  E + P

21 MODELO DE LLAVE-CERRADURA MODELO DE ACOPLAMIENTO INDUCIDO
6 Metabolismo celular. Catabolismo Biología 2º BACHILLERATO 4 Especificidad enzimática MODELO DE LLAVE-CERRADURA MODELO DE ACOPLAMIENTO INDUCIDO Sustrato Sustrato Enzima Enzima Complejo enzima- sustrato

22 6 Metabolismo celular. Catabolismo 5
Biología 2º BACHILLERATO 5 Inhibición de la actividad enzimática Sustrato Inhibidor Los sustratos no pueden unirse al centro activo Inhibidor unido a la enzima Enzima Sustrato

23 6 Metabolismo celular. Catabolismo 6 Modelo de inhibición alostérica
Biología 2º BACHILLERATO 6 Modelo de inhibición alostérica Sustrato Centros activos modificados Enzima Centro regulador Ligando unido al centro regulador Los sustratos no pueden unirse al centro activo Ligando Sustrato

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3 Proteínas y ácidos nucleicos Biología 2º BACHILLERATO 18 Formación de un nucleótido BASE NITROGENADA (Adenina) NUCLEÓSIDO (Adenosina) ION FOSFATO H2O Enlace N-glucosídico H2O Enlace éster PENTOSA (Ribosa) NUCLEÓTIDO (Adenosín 5’-monofosfato)

25 3 Proteínas y ácidos nucleicos 19 Bases nitrogenadas PIRIMIDÍNICAS
Biología 2º BACHILLERATO 19 Bases nitrogenadas PIRIMIDÍNICAS Citosina Timina (exclusiva del ADN) Uracilo (exclusiva del ARN) PÚRICAS Adenina Guanina

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3 Proteínas y ácidos nucleicos Biología 2º BACHILLERATO 20 Estructura primaria del ADN Extremo 5’ Adenina Es la secuencia de nucleótidos, unidos por enlaces fosfodiéster. La cadena presenta dos extremos libres: el 5’ unido al grupo fosfato y el 3’ unido a un hidroxilo. Citosina Cada cadena se diferencia de otra por: Su tamaño Su composición. Su secuencia de bases. Guanina La secuencia se nombra con la inicial de la base que contiene cada nucleótido: Timina ACGT Extremo 3’

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3 Proteínas y ácidos nucleicos Biología 2º BACHILLERATO 21 Estructura secundaria del ADN 2 nm Es una doble hélice de 2 nm de diámetro. Armazón fosfoglucídico 3,4 nm Las bases nitrogenadas se encuentran en el interior. Las parejas de bases se encuentran unidas a un armazón formado por las pentosas y los grupos fosfato. 0,34 nm El enrollamiento es dextrógiro y plectonémico. Par de bases nitrogenadas Cada pareja de nucleótidos está situada a 0,34 nm de la siguiente y cada vuelta de doble hélice contiene 10 pares de nucleótidos. Las dos cadenas son antiparalelas y complementarias.

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3 Proteínas y ácidos nucleicos Biología 2º BACHILLERATO 22 Complementariedad entre las bases Las bases de ambas cadenas se mantienen unidas por enlaces de hidrógeno. Adenina Timina 2 Enlaces de hidrógeno El número de enlaces de hidrógeno depende de la complementariedad de las bases. Guanina Citosina 3 Enlaces de hidrógeno

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3 Proteínas y ácidos nucleicos Biología 2º BACHILLERATO 23 Estructura del ADN Extremo 5’ Extremo 3’ Extremo 5’ Extremo 3’

30 3 Proteínas y ácidos nucleicos 24 Función biológica del ADN 1
Biología 2º BACHILLERATO 24 Función biológica del ADN El ADN almacena y transmite la información genética ya que puede realizar copias de sí mismo. REPLICACIÓN DEL ADN RELACIÓN ENTRE DIVERSOS ORGANISMOS Y LA CANTIDAD DE ADN QUE CONTIENEN 1 5 6 7 8 9 Existe gran diferencia entre el contenido de ADN de seres unicelulares primitivos y el de organismos pluricelulares. Bacterias Escherichia coli Dentro de un mismo grupo puede haber, a su vez, grandes diferencias que no parecen guardar relación con su complejidad. Levaduras Hongos Plantas Judías Insectos Drosophila melanogaster Moluscos Peces cartilaginosos Tiburones Peces óseos Anfibios Ranas Tritones Reptiles Aves Mamíferos Humanos

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3 Proteínas y ácidos nucleicos Biología 2º BACHILLERATO 25 Niveles de complejidad del ADN ADN monocatenario lineal (virus) Dímero concatenado (mitocondrias) ADN bicatenario lineal (virus) ADN monocatenario circular (virus) Cromatina (eucariotas) Cromosomas ADN bicatenario circular (bacterias) ADN asociado a histonas

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3 Proteínas y ácidos nucleicos Biología 2º BACHILLERATO 26 Desnaturalización e hibridación del ADN La desnaturalización se produce al separarse las dos hebras por la rotura de los enlaces de hidrógeno. Desenrollamiento de las hélices pH>13 o Tª  100 °C Desnaturalización Desnaturalización Renaturalización Renaturalización Dobles hélices de ADN Cadenas sencillas de ADN A la temperatura de fusión (Tm) el 50% de la doble hélice está separada. Manteniendo una temperatura de 65 °C durante un tiempo prolongado se puede producir la renaturalización o hibridación del ADN.

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3 Proteínas y ácidos nucleicos Biología 2º BACHILLERATO 27 Técnica de hibridación para la detección de enfermedades 2.- Mediante ingeniería genética se construye una sonda marcada radiactivamente con la secuencia complementaria del ADN enfermo. 1.- Se identifica la secuencia de ADN que presentan los enfermos. Si aparecen bandas radiactivas la sonda ha hibridado y la persona presenta la anomalía. 7.- El ADN de doble cadena se transfiere a un papel de nitrocelulosa y se mide la radiactividad. 4.- Se desnaturaliza y se añade la sonda. 3.- Se extrae una muestra de ADN de la persona que se quiere dignosticar. 5.- Se deja renatularizar. 6.- Mediante enzimas, se hidroliza todo el ADN que no esté en forma de doble hélice, destruyendo la sonda que no ha hibridado.

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3 Proteínas y ácidos nucleicos Biología 2º BACHILLERATO 28 El ácido ribonucleico (ARN) Es un polirribonucleótido (contiene la ribosa como pentosa). Las bases nitrogenadas que lo forman son ADENINA, URACILO, CITOSINA y TIMINA (carece de guanina). Excepto en algunos virus, el ARN es monocatenario. Bases complementarias. Zona de doble hélice (horquilla). Bucle

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3 Proteínas y ácidos nucleicos Biología 2º BACHILLERATO 29 ARN mensajero Su función es copiar la información genética del ADN y llevarla hasta los ribosomas. En eucariotas porta información para que se sintetice una proteína: MONOCISTRÓNICO. En procariotas contiene información separada para la síntesis de varias proteínas distintas: POLICISTRÓNICO. ARN mensajero ADN Tiene una vida muy corta (algunos minutos) ya que es destruído rápidamente por las ribonucleasas.

36 3 Proteínas y ácidos nucleicos 30 ARN de transferencia
Biología 2º BACHILLERATO 30 ARN de transferencia Transportan los aminoácidos hasta los ribosomas. 3’ 5’ Todos los tipos de ARNt comparten algunas características: Zona de unión al ribosoma. En el extremo 5’ un triplete que tiene guanina y un ácido fosfórico libre. Brazo T En el extremo 3’ tres bases (C-C-A) sin aparear. Por este extremo se une al aminoácido. Brazo D Zona de unión a la enzima que lo une al aminoácido. Brazo A En el brazo A un triplete de bases llamado anticodón diferente para cada ARNt en función del aminoácido que transportan. Anticodón Zona de unión al ARNm.

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3 Proteínas y ácidos nucleicos Biología 2º BACHILLERATO 31 ARN ribosómico, nucleolar y otros tipos ARN ribosómico Agrupa a varios ARN diferentes y constituye hasta un 80% del total de ARN de una célula. ARN nucleolar Se encuentra asociado a diferentes proteínas formando el nucléolo. Una vez formado se fragmenta dando lugar a los diferentes tipos de ARNr. Otros tipos de ARN Algunos tienen función catalítica: ribozimas. Otros se asocian con proteínas para formar ribonucleoproteínas. Existen algunos que pueden escindirse en varios fragmentos por si mismos: autocatalíticos. Ribozima

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3 Proteínas y ácidos nucleicos Biología 2º BACHILLERATO 32 Funciones del ARN ADN El ribosoma es el encargado de la traducción del ARNm y está formado por ARN ribosómico y proteínas. ARN mensajero Ribosoma Proteína ARN de transferencia con aminoácido

39 3 Proteínas y ácidos nucleicos ATP ADP 33 ADP y ATP
Biología 2º BACHILLERATO 33 ADP y ATP Son moléculas transportadoras de energía. La energía que se necesita para las reacciones endergónicas se obtiene de la hidrólisis del ATP. Desfosforilación ATP ADP Fosforilación Además del ATP y el ADP también existen los nucleótidos de guanina GTP y GDP con función similar. Cuando las reacciones son exergónicas, la energía se emplea en la formación de ATP.

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3 Proteínas y ácidos nucleicos Biología 2º BACHILLERATO 34 AMP cíclico (AMPc) Es un nucleótido de adenina cuyo ácido fosfórico está esterificado con los carbonos 3’ y 5’ de la ribosa. FORMACIÓN DEL AMPc Hormona (1er mensajero) Sitio de unión Adenilato ciclasa (inactiva) Proteína receptora Activa AMPc (2ºmensajero) Proteína G Enzima inactiva ATP Síntesis ATP Enzima activa Activación Activación Proteína receptora Adenilato ciclasa Hormona + Proteína G Proteína G

41 NUCLEÓTIDO DE NICOTINAMIDA
3 Proteínas y ácidos nucleicos Biología 2º BACHILLERATO 35 Nucleótidos coenzimáticos NUCLEÓTIDOS DE FLAVINA FMN ( flavín-mononucleótido) + FOSFATO FLAVINA (base nitrogenada) + RIBITOL (pentosa) RIBOFLAVINA (nucleósido) FAD ( flavín-adenín-dinucleótido) + AMP NUCLEÓTIDOS DE PIRIDINA NADP ( nicotín-adenín -dinucleótido fosfato) NAD ( nicotín-adenín -dinucleótido) NUCLEÓTIDO DE NICOTINAMIDA NUCLEÓTIDO DE ADENINA + + FOSFATO COENZIMA A -mercaptoetilamina Ácido pantoténico ADP