Interacciones Moleculares y Proteínas

Interacciones Moleculares

• Los enlaces covalentes son fuertes y requieren mucha energía para romperse.
• Las interacciones no covalentes son más débiles, pero importantes para la estructura de las macromoléculas.
• Las interacciones no covalentes incluyen interacciones iónicas, puentes de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas y fuerzas de van der Waals.

Complementariedad Molecular

• La complementariedad molecular se refiere a la capacidad de las moléculas para unirse de forma específica debido a la suma de interacciones débiles.
• Las interacciones débiles, aunque individualmente débiles, en su conjunto forman una interacción fuerte y estable, permitiendo la complementariedad.
• La hidrofobicidad, la tendencia de las moléculas no polares a agruparse en agua, también juega un papel importante en la complementariedad.

Proteínas

• Las proteínas son moléculas extremadamente diversas con una amplia variedad de funciones.
• No almacenan energía ni información genética.
• Están construidas a partir de un conjunto básico de 20 aminoácidos.
• La proporción y secuencia de los aminoácidos determinan la estructura tridimensional de la proteína y su función.

Aminoácidos

• Los aminoácidos son los monómeros de las proteínas.
• Tienen cuatro grupos unidos a un átomo de carbono alfa: un átomo de hidrógeno (H), un grupo amino (NH3+), un grupo carboxilo (COO-) y una cadena lateral (R).
• La cadena lateral es única para cada aminoácido y determina sus propiedades bioquímicas.
• Los 20 aminoácidos se clasifican en función de las características de sus cadenas laterales.

Enlace Peptídico

• Las proteínas se sintetizan mediante reacciones de condensación entre el grupo amino de un aminoácido y el grupo carboxilo de otro.
• La unión resultante es covalente y se denomina enlace peptídico.

Carbohidratos

• Los carbohidratos son macromoléculas que actúan como la principal fuente de energía en los organismos.
• Proporcionan el carbono necesario para la biosíntesis de otras macromoléculas.
• Se pueden clasificar en:
  • Monosacáridos: monómeros aislados.
  • Oligosacáridos: 2 a 8 monómeros.
  • Polisacáridos: miles de monómeros.

Azúcares (Monosacáridos)

• Los monosacáridos son los monómeros de los carbohidratos.
• Diferentes monosacáridos tienen diferente número de átomos de carbono:
  • Hexosas: 6 átomos de carbono.
  • Pentosas: 5 átomos de carbono.
• Las hexosas son isómeros estructurales, meaning que tienen la misma fórmula química (C6H12O6) pero diferente estructura.
• Las diferentes estructuras les confieren propiedades bioquímicas distintas.

Derivados de los Monosacáridos

• Los monosacáridos pueden modificarse para producir derivados con funciones específicas:
  • Sustituidos: por ejemplo, la glucosamina (un grupo OH por un grupo NH2) o la glucosa-6-fosfato (un C fosforilado).
  • Reducidos: por ejemplo, la desoxirribosa (pierde un oxígeno).
  • Oxidados: por ejemplo, el ácido glucurónico (un oxígeno en C6 (COOH)).
• Estos derivados tienen propiedades y funciones diferentes a los monosacáridos originales.

ADN

• El ADN es un polímero hecho de nucleótidos.
• Los nucleótidos se componen de una base nitrogenada, una pentosa (desoxirribosa) y un grupo fosfato.
• Existen cuatro nucleótidos diferentes, que se diferencian por sus bases nitrogenadas: adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T).
• Las bases nitrogenadas se dividen en dos tipos: purinas (adenina y guanina) y pirimidinas (citosina y timina).
• Las reglas de Chargaff establecen que:
  • El porcentaje de adenina en el ADN es igual al porcentaje de timina (%A = %T).
  • El porcentaje de guanina es igual al porcentaje de citosina (%G = %C).
  • La suma de los porcentajes de adenina y guanina es igual a la suma de los porcentajes de citosina y timina (%A + %G = %C + %T).

Nucleótidos

• Los nucleótidos se componen de tres partes: una base nitrogenada, una pentosa y un grupo fosfato.

Complementariedad de Bases

• Las bases nitrogenadas en el ADN son complementarias entre sí.
• La complementariedad de las bases es crucial para la estructura y funciones de los ácidos nucleicos:
  • Adenina (A) se une con timina (T) mediante dos puentes de hidrógeno.
  • Guanina (G) se une con citosina (C) mediante tres puentes de hidrógeno.

Estructura del ADN

• El ADN tiene una estructura de doble hélice, con dos cadenas antiparalelas complementarias enrolladas alrededor de un eje central.
• Los nucleótidos se unen entre sí formando una cadena, y las dos cadenas se mantienen juntas mediante puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas.
• La dirección antiparalela de las dos hebra se refiere a que una hebra va en dirección 5' a 3' mientras que la otra va en dirección 3' a 5'.

Formas del ARN

• El ARN es una molécula más corta que el ADN, usualmente de cadena única, aunque puede formar hélices con ADN o con otras moléculas de ARN.
• Existe una variedad de tipos de ARN:
  • mRNA (mensajero): codifica la información genética.
  • rRNA (ribosómico): forma parte de los ribosomas.
  • tRNA (transferencia): transporta aminoácidos durante la síntesis de proteínas.
  • microRNA (miRNA): regula la expresión génica.
  • snRNA (pequeño nuclear): participa en el procesamiento del ARN.
• La estructura del ARN es más versátil que la del ADN y admite complementariedades diferentes a las reglas de Chargaff:
  • La guanina (G) puede unirse con la uracilo (U).
• El ARN tiene capacidades catalíticas, meaning que puede actuar como enzima.

Denaturación y Renaturación

• La desnaturalización del ADN (melting) es la separación de las dos cadenas complementarias de ADN.
• La desnaturalización se produce cuando la temperatura aumenta o cuando se expone el ADN a pH alto.
• La temperatura de melting (Tm) es la temperatura a la que el 50% del ADN se desnaturaliza.
• La renaturación es el proceso inverso a la desnaturalización, en el que las dos cadenas de ADN vuelven a unirse.

Hibridización Heteróloga

• La hibridización heteróloga es el proceso de unión complementaria entre dos cadenas de ADN de diferentes orígenes.

Curva de Denaturación del ADN

• La curva de denaturación del ADN muestra el porcentaje de ADN desnaturalizado en función de la temperatura.
• La concentración de guanina y citosina (GC) en el ADN influye en la Tm.
• Un mayor contenido GC resulta en una Tm más alta, ya que los pares GC forman tres puentes de hidrógeno mientras que los pares AT forman dos.

Nucleosomas e Histonas

• El ADN se empaqueta en el núcleo en forma de cromatina, una estructura compleja formada por ADN y proteínas.
• Las histonas son proteínas que se unen al ADN y ayudan a compactarlo.
• Ocho histonas, dos de cada tipo (H2A, H2B, H3 y H4), forman un octámero, llamado nucleosoma.
• El ADN se envuelve alrededor del octámero de histonas, similar a un hilo alrededor de un carrete, formando un nucleosoma.

Cromatina

• La cromatina se divide en diferentes formas de empaquetamiento, dependiendo de la actividad transcripcional:
  • Eucromatina: región menos compacta, activa transcripcionalmente, contiene genes que se expresan.
  • Heterocromatina: región más compacta, inactiva transcripcionalmente, contiene genes que no se expresan.
• El empaquetamiento del ADN en la cromatina regula la accesibilidad del ADN a las enzimas que participan en la replicación y transcripción.