Bioquímica: Estructura de Proteínas

• Bioquímica: Estudio de las bases moleculares de la vida que examina las moléculas biológicas y sus reacciones químicas.
• La estructura de las proteínas y el metabolismo celular son pilares centrales de la bioquímica.

Estructura de Proteínas

• Las proteínas son polímeros formados por la unión de aminoácidos mediante enlaces peptídicos.
• Desempeñan funciones catalíticas (enzimas), estructurales, de transporte, de defensa (anticuerpos) y de señalización (hormonas).
• Un aminoácido consiste en un carbono alfa central unido a un grupo amino (-NH2), un grupo carboxilo (-COOH), un átomo de hidrógeno y una cadena lateral (grupo R) que varía entre los diferentes aminoácidos.
• Existen 20 aminoácidos estándar que se encuentran comúnmente en las proteínas, clasificados según las propiedades de sus cadenas laterales (polaraes, no polares, ácidas, básicas).
• Los aminoácidos se unen mediante enlaces peptídicos, formados por la reacción entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino del siguiente, liberando una molécula de agua.
• El enlace peptídico tiene un carácter parcial de doble enlace, restringiendo la rotación y confiriendo rigidez a la cadena polipeptídica.
• Las proteínas tienen cuatro niveles de estructura: primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria.
• Estructura primaria: Secuencia lineal de aminoácidos en la cadena polipeptídica, determinada genéticamente.
• Estructura secundaria: Arreglos locales regulares de la cadena polipeptídica, estabilizados por puentes de hidrógeno entre los átomos del esqueleto peptídico; los tipos más comunes son la hélice alfa y la hoja plegada beta.
• Estructura terciaria: Disposición tridimensional global de una sola cadena polipeptídica, determinada por interacciones entre las cadenas laterales de los aminoácidos (puentes de hidrógeno, interacciones iónicas, fuerzas de Van der Waals, interacciones hidrofóbicas y puentes disulfuro).
• Estructura cuaternaria: Arreglo de múltiples subunidades polipeptídicas para formar un complejo proteico funcional; no todas las proteínas tienen estructura cuaternaria.
• El plegamiento de las proteínas es un proceso crucial para su función biológica; deben plegarse en su conformación tridimensional correcta para ser funcionales.
• Las chaperonas son proteínas que ayudan en el plegamiento correcto de otras proteínas y previenen la agregación incorrecta.
• La desnaturalización es la pérdida de la estructura tridimensional de una proteína, lo que conduce a la pérdida de su función, y puede ser causada por calor, pH extremo, solventes orgánicos o detergentes.
• Las enfermedades priónicas son causadas por proteínas mal plegadas (priones) que pueden inducir el plegamiento incorrecto de otras proteínas normales.

Metabolismo Celular

• El metabolismo celular es el conjunto de reacciones químicas que ocurren dentro de las células para mantener la vida.
• Incluye vías catabólicas (degradación de moléculas complejas para liberar energía) y vías anabólicas (síntesis de moléculas complejas a partir de precursores más simples, utilizando energía).
• El metabolismo proporciona energía para los procesos celulares, sintetiza las moléculas necesarias para el crecimiento y la reparación, y elimina los productos de desecho.
• El ATP (adenosín trifosfato) es la principal moneda de energía de la célula; la hidrólisis del ATP libera energía que se utiliza para impulsar reacciones endergónicas (que requieren energía).
• Las enzimas son catalizadores biológicos que aceleran las reacciones metabólicas al reducir la energía de activación y son altamente específicas para sus sustratos.
• Las vías metabólicas están reguladas por enzimas reguladoras, las cuales pueden ser activadas o inhibidas por diversos factores (concentración de sustrato, productos finales, señales hormonales).
• La glucólisis es la vía metabólica que degrada la glucosa en piruvato, generando ATP y NADH (un transportador de electrones).
• El ciclo de Krebs (ciclo del ácido cítrico) oxida el piruvato (convertido en acetil-CoA) a CO2, generando ATP, NADH y FADH2 (otro transportador de electrones).
• La fosforilación oxidativa es el proceso en el que los electrones de NADH y FADH2 se transfieren a través de una serie de transportadores en la membrana mitocondrial interna, liberando energía que se utiliza para bombear protones y crear un gradiente electroquímico; este gradiente impulsa la síntesis de ATP por la ATP sintasa.
• La fotosíntesis es el proceso por el cual las plantas y otros organismos utilizan la energía de la luz solar para convertir el CO2 y el agua en glucosa y oxígeno.
• La respiración celular es el proceso por el cual las células degradan la glucosa y otras moléculas orgánicas en presencia de oxígeno para generar ATP.
• La fermentación es un proceso anaeróbico (sin oxígeno) que permite a las células generar ATP a partir de la glucosa en ausencia de oxígeno y produce menos ATP que la respiración celular.
• El metabolismo de los lípidos incluye la síntesis y la degradación de ácidos grasos y otros lípidos; los ácidos grasos pueden ser degradados mediante la beta-oxidación para generar acetil-CoA, que ingresa al ciclo de Krebs.
• El metabolismo de los aminoácidos incluye la síntesis y la degradación de aminoácidos; los aminoácidos se pueden utilizar como fuente de energía o para sintetizar nuevas proteínas.
• El ciclo de la urea es una vía metabólica que elimina el amoníaco tóxico (producido por la degradación de aminoácidos) convirtiéndolo en urea, que se excreta en la orina.
• La integración metabólica se refiere a la coordinación de las diferentes vías metabólicas para satisfacer las necesidades energéticas y biosintéticas de la célula y del organismo; las hormonas (insulina, glucagón, adrenalina) desempeñan un papel clave en la regulación de la integración metabólica.