3 Proteínas y ácidos nucleicos 1 Biología 2º BACHILLERATO Fórmula general de un aminoácido...
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3 Proteínas y ácidos nucleicos1
Biología2º BACHILLERATO
Fórmula general de un aminoácido
GRUPO CARBOXILO
GRUPO AMINO
La cadena lateral es distinta en cada aminoácido y determina sus propiedades químicas y biológicas.
3 Proteínas y ácidos nucleicos2
Biología2º BACHILLERATO
Aminoácidos hidrófobos
Alanina (Ala) Valina (Val) Leucina (Leu) Isoleucina (Iso)
Metionina (Met) Fenilalanina (Fen) Triptófano (Trp)
3 Proteínas y ácidos nucleicos3
Biología2º BACHILLERATO
Aminoácidos polares hidrofílicos
Serina (Ser)
Glicocola (Gli)
Glutamina (Gln)
Prolina (Prl)Treonina (Tr)
Asparagina (Asn)
Tirosina (Tir)
Cisteína (Cis)
3 Proteínas y ácidos nucleicos4
Biología2º BACHILLERATO
Aminoácidos ácidos y básicos
AMINOÁCIDOS ÁCIDOS
(carga negativa)
AMINOÁCIDOS BÁSICOS(carga positiva)
Lisina (Lis)
Arginina (Arg)
Histidina (His)
Ácido aspártico (Asp)
Ácido glutámico (Glu)
3 Proteínas y ácidos nucleicos5
Biología2º BACHILLERATO
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.
3 Proteínas y ácidos nucleicos6
Biología2º BACHILLERATO
Isomería de los aminoácidos
Por ser el carbono un carbono asimétrico, los aminoácidos pueden presentar dos configuraciones espaciales.
D - aminoácido
El grupo amino está a la derecha
L - aminoácido
El grupo amino está a la izquierda
Al ser imágenes especulares se denominan estereoisómeros.
3 Proteínas y ácidos nucleicos7
Biología2º BACHILLERATO
Formación de un enlace peptídico
Reaccionan el grupo carboxilo de un aminoácido y el amino de otro
Enlace peptídico
Grupo N - terminal
Grupo C -terminal
Plano del enlace peptídico
3 Proteínas y ácidos nucleicos8
Biología2º BACHILLERATO
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
3 Proteínas y ácidos nucleicos9
Biología2º BACHILLERATO
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:
20nNúmero de aminoácidos de la cadena
Para una cadena de 100 aminoácidos, el número de las diferentes cadenas posibles sería:
1267650600228229401496703205376 ·10100
3 Proteínas y ácidos nucleicos10
Biología2º BACHILLERATO
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.
Disposición antiparalela
3 Proteínas y ácidos nucleicos11
Biología2º BACHILLERATO
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.
Disposición paralela
Las cadenas polipeptídicas se pueden unir de dos formas distintas.
Enlace peptídico
Enlaces de hidrógeno
3 Proteínas y ácidos nucleicos12
Biología2º BACHILLERATO
Estructura terciaria de las proteínas
Modo en que la proteína nativa se encuentra plegada en el espacio.
La estructura se estabiliza por uniones entre radicales de aminoácidos alejados unos de otros.
• Enlaces de hidrógeno.• Atracciones electrostáticas.• Atracciones hidrofóbicas.• Puentes disulfuro.
En la estructura terciaria se pueden encontrar subestructuras repetitivas llamadas motivos.
En las proteínas de elevado peso molecular, la estructura terciaria está constituida por dominios.
3 Proteínas y ácidos nucleicos13
Biología2º BACHILLERATO
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.
• Son proteínas insolubles en agua.
• Tienen funciones estructurales o protectoras.
COLÁGENO
MIOSINA Y ACTINA
QUERATINAS
FIBRINA
ELASTINA
Se encuentra en tejido conjuntivo, piel, cartílago, hueso, tendones y córnea.
Responsables de la contracción muscular.
Forman los cuernos, uñas, pelo y lana.
Interviene en la coagulación sanguínea.
Proteína elástica.
• Más complejas que las fibrosas.
• Plegadas en forma más o menos esférica.
GLOBULINAS
ALBÚMINAS
HISTONAS Y PROTAMINAS
Realizan transporte de moléculas o reserva de aminoácidos.
Diversas funciones, entre ellas las inmunoglobulinas que forman los anticuerpos.
Se asocian al ADN permitiendo su empaquetamiento.
3 Proteínas y ácidos nucleicos14
Biología2º BACHILLERATO
Clasificación de las proteínas: heteroproteínas
HETEROPROTEÍNA GRUPO PROSTÉTICO EJEMPLO
Glucoproteína Glúcido fibrinógeno
En su composición tienen una proteína (grupo proteico) y una parte no proteica (grupo prostético).
Cromoproteína Pigmento
Porfirínicas Grupo hemo o hemino hemoglobina
No porfirínicas Cobre, Hierro o retinal rodopsina
Nucleoproteína Ácidos nucleicos cromatina
Fosfoproteína Ácido fosfórico caseína
Lipoproteína Lípido quilomicrones
3 Proteínas y ácidos nucleicos15
Biología2º BACHILLERATO
Ejemplos de heteroproteínas
Retinal
Hemoglobina Inmunoglobulina
Lipoproteína plasmática
Rodopsina
3 Proteínas y ácidos nucleicos16
Biología2º BACHILLERATO
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.
En algunos casos la desnaturalización puede ser reversible.
Desnaturalización
Renaturalización
PROTEÍNA NATIVA PROTEÍNA DESNATURALIZADA
3 Proteínas y ácidos nucleicos17
Biología2º BACHILLERATO
Diversidad funcional de las proteínas
Debido a la gran diversidad estructural, las proteínas pueden tener funciones diversas.
FUNCIÓN EJEMPLO
Ovoalbúmina, caseína, zeína, hordeína...
Lipoproteínas, hemoglobina, hemocianina...
Actina, miosina, flagelina ...
Trombina, fibrinógeno, inmunoglobulinas...
Insulina, glucagón, somatotropina...
Glucoproteínas, histonas, queratina, colágeno, elastina...
Catalasa, ribonucleasa...
Albúmina...
DE RESERVA
DE TRANSPORTE
CONTRÁCTIL
PROTECTORA O DEFENSIVA
HORMONAL
ESTRUCTURAL
ENZIMÁTICA
HOMEOSTÁTICA
6 Metabolismo celular. Catabolismo1
Biología2º BACHILLERATO
Comportamiento de un enzima
Ene
rgía
Progreso de la reacción
Variación de la energía
Energía de activación con la enzima
Energía de activación sin la enzima
Energía de los productos
Energía de los reactivos
Las enzimas actúan como un catalizador:
Disminuyen la energía de activación.
No cambian el signo ni la cuantía de la variación de energía libre.
No modifican el equilibrio de la reacción.
Aceleran la llegada del equilibrio.
Al finalizar la reacción quedan libres y pueden reutilizarse.
6 Metabolismo celular. Catabolismo2
Biología2º BACHILLERATO
Influencia del pH y la temperatura en la actividad enzimática
Pepsina Tripsina
Cada enzima actúa a un pH óptimo. Cada enzima tiene una temperatura óptima para actuar.
pH óptimo
Tª óptimapH
óptimo
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.
6 Metabolismo celular. Catabolismo3
Biología2º BACHILLERATO
Esquema de una reacción enzimática
Enzima (E)Sustratos (S)
Complejo enzima-sustrato
(ES)
Enzima (E)
Productos (P)
E + S ES E + P
6 Metabolismo celular. Catabolismo4
Biología2º BACHILLERATO
Especificidad enzimática
Enzima
Sustrato
Enzima
Sustrato
MODELO DE LLAVE-CERRADURA MODELO DE ACOPLAMIENTO INDUCIDO
Complejo enzima- sustrato
6 Metabolismo celular. Catabolismo5
Biología2º BACHILLERATO
Inhibición de la actividad enzimática
Sustrato
Inhibidor
Sustrato
Enzima
Inhibidor unido a la enzima
Los sustratos no pueden unirse al
centro activo
6 Metabolismo celular. Catabolismo6
Biología2º BACHILLERATO
Modelo de inhibición alostérica
Ligando Centro regulador
Sustrato
SustratoCentros activos modificados
Ligando unido al centro regulador
Enzima
Los sustratos no pueden unirse al
centro activo
3 Proteínas y ácidos nucleicos18
Biología2º BACHILLERATO
Formación de un nucleótido
H2O
BASE NITROGENADA (Adenina)
PENTOSA (Ribosa)
NUCLEÓSIDO (Adenosina)
ION FOSFATO
Enlace N-glucosídico
NUCLEÓTIDO (Adenosín 5’-monofosfato)
Enlace éster
H2O
3 Proteínas y ácidos nucleicos19
Biología2º BACHILLERATO
Bases nitrogenadas
PIRIMIDÍNICAS
PÚRICAS
Citosina Timina(exclusiva del ADN)
Uracilo(exclusiva del ARN)
Adenina Guanina
3 Proteínas y ácidos nucleicos20
Biología2º BACHILLERATO
Estructura primaria del ADN
• Es la secuencia de nucleótidos, unidos por enlaces fosfodiéster.
Adenina
Citosina
Timina
Guanina
Extremo 3’
• La cadena presenta dos extremos libres: el 5’ unido al grupo fosfato y el 3’ unido a un hidroxilo.
• Cada cadena se diferencia de otra por:
> Su tamaño> Su composición.> Su secuencia de bases.
• La secuencia se nombra con la inicial de la base que contiene cada nucleótido:
Extremo 5’
ACGT
3 Proteínas y ácidos nucleicos21
Biología2º BACHILLERATO
Estructura secundaria del ADN
• Es una doble hélice de 2 nm de diámetro.
2 nm
Par de bases nitrogenadas
• 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.
Armazón fosfoglucídico
• El enrollamiento es dextrógiro y plectonémico.
• Cada pareja de nucleótidos está situada a 0,34 nm de la siguiente y cada vuelta de doble hélice contiene 10 pares de nucleótidos.
3,4 nm0,34 nm
• Las dos cadenas son antiparalelas y complementarias.
3 Proteínas y ácidos nucleicos22
Biología2º BACHILLERATO
Complementariedad entre las bases
Las bases de ambas cadenas se mantienen unidas por enlaces de hidrógeno.
Adenina Timina
Guanina Citosina
3 Enlaces de hidrógeno
2 Enlaces de hidrógeno
El número de enlaces de hidrógeno depende de la complementariedad de las bases.
3 Proteínas y ácidos nucleicos23
Biología2º BACHILLERATO
Estructura del ADN
Extremo 3’
Extremo 5’
Extremo 3’
Extremo 5’
3 Proteínas y ácidos nucleicos24
Biología2º BACHILLERATO
Función biológica del ADN
RELACIÓN ENTRE DIVERSOS ORGANISMOS Y LA CANTIDAD DE ADN QUE CONTIENEN
El ADN almacena y transmite la información genética ya que puede realizar copias de sí mismo.
REPLICACIÓN DEL ADN
105 106 107 108 109 1010 1011
Bacterias
Insectos
Anfibios
Peces óseos
ReptilesAves
Mamíferos
Moluscos
Escherichia coli
HongosLevaduras
JudíasPlantas
Drosophila melanogaster
Peces cartilaginososTiburones
Ranas Tritones
Humanos
Existe gran diferencia entre el contenido de ADN de seres unicelulares primitivos y el de organismos pluricelulares.
Dentro de un mismo grupo puede haber, a su vez, grandes diferencias que no parecen guardar relación con su complejidad.
3 Proteínas y ácidos nucleicos25
Biología2º BACHILLERATO
Niveles de complejidad del ADN
ADN monocatenario lineal (virus)
ADN bicatenario lineal (virus)
ADN monocatenario circular (virus)
ADN bicatenario circular (bacterias)
Cromatina (eucariotas)
ADN asociado a histonas
Dímero concatenado (mitocondrias)
Cromosomas
3 Proteínas y ácidos nucleicos26
Biología2º BACHILLERATO
Desnaturalización e hibridación del ADN
La desnaturalización se produce al separarse las dos hebras por la rotura de los enlaces de hidrógeno.
pH>13o
Tª 100 °C
Desnaturalización Desnaturalización
Renaturalización Renaturalización
Desenrollamiento de las hélices
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.
3 Proteínas y ácidos nucleicos27
Biología2º BACHILLERATO
Técnica de hibridación para la detección de enfermedades
1.- Se identifica la secuencia de ADN que presentan los enfermos.
2.- Mediante ingeniería genética se construye una sonda marcada radiactivamente con la secuencia complementaria del ADN enfermo.
3.- Se extrae una muestra de ADN de la persona que se quiere dignosticar.
4.- Se desnaturaliza y se añade la sonda.
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.
7.- El ADN de doble cadena se transfiere a un papel de nitrocelulosa y se mide la radiactividad.
Si aparecen bandas radiactivas la sonda ha hibridado y la persona presenta la anomalía.
3 Proteínas y ácidos nucleicos28
Biología2º BACHILLERATO
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
3 Proteínas y ácidos nucleicos29
Biología2º BACHILLERATO
ARN mensajero
ADN
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.
Tiene una vida muy corta (algunos minutos) ya que es destruído rápidamente por las ribonucleasas.
3 Proteínas y ácidos nucleicos30
Biología2º BACHILLERATO
ARN de transferencia
3’
5’
Brazo T
Brazo A
Brazo D
Anticodón
Transportan los aminoácidos hasta los ribosomas.
Todos los tipos de ARNt comparten algunas características:
En el extremo 5’ un triplete que tiene guanina y un ácido fosfórico libre.
En el extremo 3’ tres bases (C-C-A) sin aparear. Por este extremo se une al aminoácido.
En el brazo A un triplete de bases llamado anticodón diferente para cada ARNt en función del aminoácido que transportan.
Zona de unión a la enzima que lo une al aminoácido.
Zona de unión al ribosoma.
Zona de unión al ARNm.
3 Proteínas y ácidos nucleicos31
Biología2º BACHILLERATO
ARN ribosómico, nucleolar y otros tipos
Ribozima
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.
3 Proteínas y ácidos nucleicos32
Biología2º BACHILLERATO
Funciones del ARN
ARN mensajero
Ribosoma
El ribosoma es el encargado de la traducción del ARNm y está formado por ARN ribosómico y proteínas.
ProteínaARN de transferencia con aminoácido
ADN
3 Proteínas y ácidos nucleicos33
Biología2º BACHILLERATO
ADP y ATP
Son moléculas transportadoras de energía.
La energía que se necesita para las reacciones endergónicas se obtiene de la hidrólisis del
ATP.
Cuando las reacciones son exergónicas, la energía se emplea en la formación de ATP.
ATP ADP
Desfosforilación
Fosforilación
Además del ATP y el ADP también existen los nucleótidos de guanina GTP y GDP con función similar.
3 Proteínas y ácidos nucleicos34
Biología2º BACHILLERATO
AMP cíclico (AMPc)
Es un nucleótido de adenina cuyo ácido fosfórico está esterificado con los carbonos 3’ y 5’ de la ribosa.
ATP
Proteína G
Sitio de unión
Enzima inactiva
Proteína receptora
Hormona(1er mensajero)
Adenilato ciclasa (inactiva)
Activa AMPc(2ºmensajero)
SíntesisEnzima activa
ATP
Hormona +Proteína receptora Proteína G
ActivaciónAdenilato ciclasaProteína G
Activación
FORMACIÓN DEL AMPc
3 Proteínas y ácidos nucleicos35
Biología2º BACHILLERATO
Nucleótidos coenzimáticos
NUCLEÓTIDOS DE FLAVINA
NUCLEÓTIDOS DE PIRIDINA
FLAVINA (base nitrogenada)
RIBITOL(pentosa)
+ RIBOFLAVINA(nucleósido)
FMN( flavín-mononucleótido)
FOSFATO+
FAD( flavín-adenín-dinucleótido)
AMP+
NUCLEÓTIDO DE NICOTINAMIDA +
NUCLEÓTIDO DE ADENINA
NAD( nicotín-adenín-dinucleótido)
+ FOSFATO
NADP( nicotín-adenín
-dinucleótido fosfato)
COENZIMA A
-mercaptoetilamina Ácido pantoténico ADP