COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS SERES VIVOS III
PROTEÍNAS
Con el nombre de proteínas se designan un conjunto de compuestos orgánicos formados por C, H, O y N y cantidades menores de P y S.
Químicamente, las proteínas son polímeros lineales, no ramificados, de unas moléculas denominadas alfa-aminoácidos.
Son las macromoléculas que mayor número de funciones realizan entre todas las moléculas que integran los seres vivos. Constituyen los componentes más abundantes en las células y además desempeñan un papel clave en casi la totalidad de los procesos biológicos.
Dentro de las proteinas también están los enzimas.
Las proteínas pueden unirse a otras biomoléculas como glúcidos (glucoproteínas) o lípidos (lipoproteínas)
Según el número de aminoácidos que integran cada polímero, se distinguen:Péptidos: cortas cadenas de aminoácidos entre 2 y 100 aminoácidos. Dipéptido, tripéptido...
- Un oligopéptido posee entre 2 y 10 aa'
- Un polipéptido con un número de aa' comprendido entre 10 y 100 aa'Proteínas: más de 100 aa'.
AMINOACIDOS "los ladrillos de las proteínas"
Estructura
Los aminoácidos constituyen las unidades básicas o monómeros de las proteínas. Su estructura química está compuesta de modo general por poseer un grupo carboxilo (-COOH) y un grupo amino (-NH2) unidos a un carbono que ocupa la posición alfa (de ahí, el nombre de alfa amino-ácidos).
Unidos también a este carbono tenemos un átomo de hidrógeno y una cadena lateral de mayor o menor complejidad llamada radical (R) o cadena lateral.
Serán las diferentes configuraciones químicas de esta cadena las que van a marcar las diferencias entre los aminoácidos así como sus diferentes propiedades y a su vez de las proteínas de las que forman parte.
Estructura química general de un aminoácido
Los aminoácidos que forman parte de las proteínas: aminoácidos proteicos o proteinogénicos. Existen unos 20-22.
Si hacemos cálculos, podemos ver que la cantidad de dipéptidos que pueden formarse con 20 aminoácidos,
sería 20(2)= 400
El conjunto de proteinas de un individuo constituyen la huella digital o genética de un individuo o especie.
Ejemplos de aminoácidos: Val, Leu, Ile, Met, Phe, Tre, Trp, Lys..
ENLACE PEPTÍDICO Y PROTÉINASEs un enlace covalente muy estable que se establece entre el grupo alfa-carboxilo de un aminoácido y el grupo alfa-amino de otro aminoácido. En este enlace se libera una molécula de agua y se forma un dipéptido.
Formación del enlace peptídico entre dos aminoácidos
Tres aminoácidos pueden unirse mediante dos enlaces peptídicos y formar un tripéptido. Del mismo modo pueden unirse muchos aminoácidos dando lugar a polipéptidos y proteínas.
Péptido (tripéptido)
La secuencia de aminoácidos de una proteína se escribe enumerando los aminoácidos desde el extremo N-terminal al C-terminal.
Comparación del tamaño molecular de diferentes proteínas
respecto a la glucosa (glúcido)
CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEINAS
Las proteínas se dividen en:
- Proteínas simples u holoproteínas: formadas exclusivamente por aminoácidos
- Proteínas conjugadas o heteroproteínas: poseeen una parte proteica (formada por aminoácidos) y una parte no proteica (grupo prostético)
ColágenoEs la proteína más abundante de los vertebrados. Puede llegar a ser 1/3 de la masa total de proteína.
Forman parte con caracter estructural de los tejidos conjuntivo, cartilaginoso y oseo. Concretamente en los tendones. Componente importante en la piel.
Fibra de colágeno
Alfa-queratinaAparecen en determinadas formaciones epidérmicas como uñas, pelos, cuernos, pezuñas, plumas.
Beta-queratinaEstá presente en las fibras tejidas por las arañas y los gusanos de seda. Fibroina principal proteina de la seda
La seda es una beta-queratina
Albúminas
Constituyen la mayor parte de la proteínas de la sangre o plasma sanguíneo (reserva de proteínas del organismo). Son las encargadas de regular la presión osmótica de la sangre.
La ovoalbúmina se encuentra en los huevos
Globulinas
Se caracterizan por poseer un alto peso molecular que puede sobrepasar el millón (recuerda que la glucosa es 186 o que la hemoglobina es 68.000).
En este grupo se incluyen las gamma-globulinas que constituyen la base del sistema inmunológico, es decir, los anticuerpos, con capacidad para unirse a los antígenos y destruirles o inmovilizarles en espera de refuerzos (leucocitos)
Histonas
Las histonas se caracterizan por ser proteínas con caracter básico, con un importante papel en la estabilidad del ADN ya que forman complejos esféricos alrededor de los cuales se enrolla la doble hélice del ADN,
Histonas
GlutenSon proteínas de reserva vegetales que se encuentran en las semillas del trigo, arroz...
Las personas celiacas no toleran el gluten
Hemoglobina
Principal componente de los eritrocitos y la encargada de transportar el oxígeno por la sangre a todas las células del organismo desde los pulmones.
FUNCIONES DE LAS PROTEÍNAS
Poseen todo tipo de funciones:
ACIDOS NUCLEICOS
Son grandes polímeros formados por la unión de miles de monómeros denominados nucleótidos
Nucleótidos
Monómeros formados por la unión de una pentosa, una base nitrogenada y el ácido fosfórico
Pentosa
Puede ser de dos tipos:
Ribosa en el ARN
Desoxirribosa en el ADN. Su estructura es semejante a la ribosa, pero el carbono 2 no posee un grupo alcohol.
Cuando la pentosa es una ribosa se denominan ribonucleótidos y si la pentosa es un desoxirribosa, desoxirribonucleótidos.
Base nitrogenada
Las bases nitrogenadas reciben su nombre porque poseen en su molécula pares de electrones capaces de atraer protones lo que les confiere un caracter básico
Bases nitrogenadas
Ácido fosfórico
La unión puede producirse entre cualquier grupo hidroxilo de la pentosa, aunque generalmente es el que ocupa la posición 3' o 5'.
Ácido fosfórico (ortofosfórico)
Estructura de un nucleótido
NUCLEÓTIDO = PENTOSA + BASE NITROGENADA + ÁCIDO FOSFÓRICO
La unión de dos nucleótidos mediante enlaces fosfodiester da lugar a un dinucleótido.
Si se unen varios formarán un polinucleótido. Los ácidos nucleicos son precisamente cadenas de polinucleótidos.
TIPOS DE ÁCIDOS NUCLEICOS
Los ácidos nucleicos son polímeros de nucleótidos unidos entre si a través de un enlace fosfodiéster.
En los seres vivos hay dos tipos de ácidos nucleicos: el ácido ribonucleico (ARN) y el ácido desoxirribonucleico (ADN)
Si la pentosa es una ribosa: ARN, y si es una desoxirribosa: ADN.
La Timina solo aparece en el ADN, es decir que es una base nitrogenada de este acido nucleico y que el Uracilo es exclusivo del ARN.
Tanto el ADN como el ARN se encuentran en todas las células de todos los seres vivos, desde una bacteria hasta un vegetal o el ser humano. Solo existe una excepción, la mayoría de los virus (¿vida?) solo poseen una de las dos, o una u otra.
ACIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN)
Es un polidesoxirribonucleótido con las bases nitrogenadas A, G, C y T
El ADN es el material genético, es decir, el portador de los caracteres hereditarios con dos funciones muy definidas:
a) Contiene la información genética, es decir, contiene las instrucciones precisas para sintetizar unas proteinas determinadas y no otras. Por tanto, el ADN dirige el proceso de síntesis de proteinas.
Constituye el manual de instrucciones para la formación del individuo completo.
La información genética es copiada en el proceso de transcripción a una molécula de ARN y posteriormente será utilizada en el proceso de traducción en la formación de proteínas.
Transcripción y traducción
ver características código genético
b) Ha de copiarse exactamente en cada generación para poder transmitir esa información a la descendencia a través de un proceso denominado replicación o duplicación del ADN. Gracias a este proceso, los caracteres hereditarios se transmiten de padres a hijos generación tras generación.
Replicación del ADN
ESTRUCTURA DEL ADNCuando se describe la estructura de una molécula compleja como el ADN se puede hablar de diferentes grados de complejidad o de niveles estructurales. Así vamos a hablar de una estructura primaria, secundaria y terciaria.
Estructura 1ª del ADN: La secuencia de nucleótidos.
La estructura primaria del ADN viene determinada por la secuencia de nucleótidos, secuencia con posibilidades ilimitadas de posibles combinaciones que va a determinar el contenido de la información genética.
Como el esqueleto del ADN es el mismo para cualquier secuencia, la diferencia en la información que contiene es la diferente secuencia de bases nitrogenadas.
Para indicar la secuencia de una cadena de ADN es suficiente con los nombres de las bases o su inicial (A, T, C, G) en su orden correcto y los extremos 5' y 3' de la cadena de nucleótidos.
Así, por ejemplo podemos representar la estructura primaria de un fragmento de ADN con una secuencia de letras, indicando el sentido de la cadena:
5' ACGTTTAACGACAAGTATTAAGACAAGTATTAA 3'
• La mayor parte de las moléculas de ADN poseen dos cadenas largas de nucleótidos (millones de pares de bases que constituyen los genes.
Estructura 2ª del ADN: Estructura de doble hélice (Modelos de Watson y Crick)
La estructura secundaria fue descubierta por Watson y Crick en 1953
Modelo de Watson y Crick: Doble hélice del ADN
Estructura de una sección de ADN. Las bases se encuentran horizontalmente
entre las dos hebras en espiral.
• Ambas cadenas se encuentran unidas por puentes de H entre los pares de bases A-T y C-G. Es decir, se habla de un principio de complementariedad entre bases del modo siguiente A=T y C=G
Esta correspondencia entre las bases explica el hecho de que las dos cadenas de la doble hélice posean secuencias complementarias.
Estructura química del ADN: dos cadenas de nucleótidos conectadas mediante puentes de hidrógeno, que aparecen como líneas punteadas.
Estructura 3ª, o empaquetamiento del ADN con proteínas (histonas)La estructura terciaria del ADN es la disposición que adopta la doble hélice de ADN al asociarse con proteínas (histonas) para dar lugar a los cromosomas en el momento de la división celular.
Estructura 3ª del ADN: el ADN asociado a proteínas histonas.
Los cromosomas no son más que sucesivos plegamientos de las cadenas de ADN en el interior del núcleo. Es decir, los cromosomas constituyen el grado de organización y empaquetamiento superior del ADN. (Son observables al microscopio óptico).
ver video enrollamiento del ADN
ARN (ACIDO RIBONUCLEICO)
El ácido ribonucleico es una macromolécula, igual que el ADN, en los que la pentosa es una ribosa y además no posee Timina sino Uracilo que es la base nitrogenada característica y exclusiva de este tipo de acido nucleico.
Tipos de ARN
ARNm (ARN mensajero)
Representa el 3-5% del total de ARNForma cadenas cortas y lineales que se corresponden con la longitud de un gen o varios grupos de genes. Pueden tener hasta 5000 nucleótidos.
Se sintetiza en el nucleo de la célula a partir de una de las cadenas del ADN (tomándola como molde) siguiendo su secuencia de bases de forma complementaria a la cadena de ADN.
Formación del ARNm (transcripción)
Pueden existir tantos mensajeros diferentes como número de genes tenga el ADN (existen millones de tipos de ARNm
Cada 3 bases codifican para un aa' diferente = codonUna vez sintetizada pasa al citoplasma a través de los poros de la membrana nuclear llevando la información contenida en el ADN para la expresión de un gen determinado. Una vez en el citoplasma se asocia a los ribosomas.
Formación del ARNm (transcripción)
ARNt (ARN transferente o de transferencia)
Su función biológica es la de unirse a través de su extremo 3' a los aa' presentes en el citoplasma y trasportarlos a los ribosomas colocándose en el lugar que marque la secuencia de bases del ARNm. Es decir, que habra como mínimo tantos tipos de ARNt como tipos de aa' (Existen hasta 60 clases distintas de ARNt)
Características comunes:
- Presenta una conformación en forma de L invertida con tres lazos o bucles y un brazo de longitud variable (se suele representar en el plano como un trebol). Presenta zonas de doble cadena por el apareamiento entre bases complementarias
- En uno de esos bucles se sitúa el anticodón que es el triplete de bases complementario del codón del ARNm. Es por ello que es importante que cada ARNt con un codón determinado esté unido al aa' que se corresponda según el código genético.
Horquillas y bucles en el ARNt
ARNr (ARN ribosómico)
Es el tipo de ARN más abundante. Constituye el 80% de todo el ARN celular.
Posee las cuatro bases características del ARN más alguna rara.También presenta algunas zonas de doble hélice y forma parte de los orgánulos encargados de la síntesis de proteinas, los ribosomas que poseen una subunidad mayor y otra menor.
Ribosoma de célula procariota
ver resumen composición química de los seres vivos
