Apuntes T4. Moléculas Portadoras de Información Genética PDF

**[TEMA 4. MOLÉCULAS PORTADORAS DE INFORMACIÓN GENÉTICA]** 1. **[PROTEÍNAS]** 1. **DEFINICIÓN Y ESTRUCTURA** Proteínas: moléculas constituidas a partir de aminoácidos que desempeñan funciones diversas, todas ellas con extraordinaria importancia para los seres vivos. Se encuentran en gran ca...

**[TEMA 4. MOLÉCULAS PORTADORAS DE INFORMACIÓN GENÉTICA]** 1. **[PROTEÍNAS]** 1. **DEFINICIÓN Y ESTRUCTURA** Proteínas: moléculas constituidas a partir de aminoácidos que desempeñan funciones diversas, todas ellas con extraordinaria importancia para los seres vivos. Se encuentran en gran cantidad en cualquier tipo de organismo, representando aproximadamente la mitad del peso seco de las células. Aminoácidos (aa): (ácidos grasos) son moléculas de bajo peso molecular con una parte común y otra variable. Contienen H, C, O y también N. Este N es la fuente de todos los grupos nitrogenados del resto de moléculas biológicas en el organismo humano. Algunos aa también contienen S (cisteína y metionina: aa azufrados). Los aa pueden tener funciones importantes como tales, aunque lo más frecuente es que se unan entre sí formando un enlace amida entre el grupo carboxilo (α) y un grupo amino, llamado enlace peptídico (-CO-NH-). El enlace peptídico tiene lugar ente el grupo α-carboxilo de un aminoácido y el grupo α-amino de otro. Por cada enlace peptídico formado se pierde una molécula de agua. En un medio acuoso la formación de estos enlaces no está termodinámicamente favorecida; por el contrario sí que lo está su hidrólisis. Por tanto, para hacer un enlace peptídico en la célula se precisa de energía, que procede del ATP, la moneda energética de la célula. Las cadenas laterales (R) de los aminoácidos se distinguen por sus características químicas dominantes, que incluyen el carácter hidrófobo o hidrófilo, la naturaleza polar o no polar, y la presencia o ausencia de grupos ionizables: - - - En los genes de todos los organismos están codificados los 20 L-α-aminoácidos diferentes que se incorporan a las proteínas durante su síntesis. El producto de la unión de dos aminoácidos se denomina dipéptido, de tres tripéptido, un oligopéptido de 4-10, y si la cadena es más larga se le denomina polipéptido. Cada proteína particular tiene una secuencia de grupos de aminoácidos característica. La nomenclatura de los aa. se realiza a partir del carbono carboxílico, que es el 1. Después, a los demás átomos se les asigna letras griegas que nos identifica la posición. Con el objetivo de simplificar el nombre de los distintos péptidos, las secuencias peptídicas se escriben mediante abreviaturas de tres letras o de una letra, escribiendo siempre el N-terminal a la izquierda y el C-terminal a la derecha. Nombre Alanina Arginina Asparragina Aspartato Cisteina Glutamato Glutamina ----------------- --------- ---------- ------------- ----------- ---------- ----------- ----------- Código 3 letras ALA ARG ASN ASP CIS GLU GLN Nombre Glicina Histidina Isoleucina Leucina Lisina Metionina Fenilalanina Prolina ----------------- --------- ----------- ------------ --------- -------- ----------- -------------- --------- Código 3 letras GLI HIS ILE LEU LIS MET FEN PRO Nombre Serina Treonina Triptófano Tirosina Valina ----------------- -------- ---------- ------------ ---------- -------- Código 3 letras SER THR trP TIR VAL Además de la secuencia específica de enlaces primarios que forman el esqueleto de las moléculas de las proteínas, existen otros enlaces químicos o físicos secundarios. Como consecuencia de esto, las cadenas polipéptídicas no se presentan como largos polímeros lineales en las células, sino que adoptan determinadas conformaciones con distintos niveles de complejidad. Así podemos diferenciar entre: - Estructura primaria, que hace referencia a la cadena lineal de aminoácidos que constituyen los polipéptidos - Estructura secundaria, que se refiere al plegamiento local del esqueleto de un polímero lineal para formar una estructura repetitiva regular - Estructura terciaria que implica el plegamiento sobre sí misma de la estructura secundaria - Estructura cuaternaria, que implica la interacción entre cadenas polipétidicas independientes. Por tanto, las propiedades físicas, químicas y nutricionales de las diferentes proteínas varían con su composición cuantitativa de aminoácidos, la secuencia y enlazamiento transversal o cruzado de las unidades de aminoácidos en la molécula proteica y la disposición conformacional que origina las estructuras de las proteínas. Las proteínas pueden clasificarse en dos grandes grupos en base a su estructura terciaria: - **Proteínas fibrosas: son** generalmente proteínas estáticas, cuya función principal es la de proporcionar soporte mecánico a las células y a los organismos, suelen ser insolubles y están formadas por una unidad repetitiva simple que se ensambla para formar fibras. - - - **Proteínas globulares: son** responsables de la mayor parte del trabajo químico de la célula (síntesis, transporte y metabolismo). Son proteínas solubles y las cadenas polipeptídicas de estas proteínas se pliegan en estructuras compactas, resultado del plegamiento de las propias estructuras secundarias. 2. **FUENTES** Las proteínas de la dieta humana proceden tanto de fuentes animales como vegetales, siendo las más importantes la carne, el pescado, la leche, los huevos, los cereales, las leguminosas, las semillas y los frutos en nuez (encapsulados, con carcasas protectoras). Cuando se consumen dichos alimentos, las proteínas son digeridas por enzimas hidrolíticas del tracto gastrointestinal y los aminoácidos liberados son absorbidos hacia la corriente sanguínea. Estos aminoácidos se utilizan en la síntesis de nuevas proteínas requeridas para el crecimiento, mantenimiento y reparación de las células del cuerpo. Algunos de los aminoácidos requeridos se forman en el cuerpo a medida que se necesitan pero otros sólo pueden obtenerse del alimento. A esos últimos se llaman aminoácidos esenciales. No obstante, los aminoácidos no esenciales no son necesariamente menos importantes biológicamente. Los aa se pueden clasificar atendiendo a varios criterios. - Clasificación química: (según su cadena lateral) - - - - - - Hidroxilados - Ácidos - Básicos. - - Clasificación metabólica: - Glucógenos: capaces de originar glucosa - Cetógenos: capaces de originar cuerpos cetónicos. - Clasificación nutricional: - Esenciales: no se pueden sintetizar por el organismo - No esenciales. En los alimentos comúnmente se presentan veinte aminoácidos, ocho de los cuales son esenciales (valina, leucina, isoleucina, treonina, lisina, fenilalanina, metionina y triptófano). 3. **CALIDAD DE LAS PROTEÍNAS** Distintos experimentos han demostrado que proteínas con igual contenido en N tienen distinta capacidad para estimular el crecimiento y mantener la vida. La proteína que tomamos en la dieta será de mayor o menor calidad en función de que aporten en mayor o menor grado los aa que el organismo demanda. Las proteínas del huevo y la leche humana aportan todos los aa esenciales para el crecimiento normal y los procesos vitales saludables, siempre que se consuman en cantidades adecuadas. Estas proteínas se encuentran en el tope de la escala del valor nutritivo. Ninguna otra proteína es tan buena. A continuación, siguen el valor biológico (calidad) la leche de vaca, el pescado y la carne, siguiendo después las proteínas vegetales, como trigo, arroz, judías y frutos en nuez. Por ejemplo la proteína de la leche de vaca es pobre en metionina y cisteína y tiene un VB de 75; la proteína del trigo deficiente en lisina y tiene un VB de sólo 50. El valor Biológico (VB) se define estrictamente como "el porcentaje de N retenido con respecto al absorbido, y referido a 100". [COMPLEMENTACIÓN PROTEÍCA] Alimentos con distintas proteínas se complementan entre sí al digerirse juntos. Cuando esto ocurre se dice que la proteína se complementan nutricionalmente entre sí. Un ejemplo práctico lo constituyen el pan que tiene un VB de 50 y el queso con un VB de 75, mientras que una mezcla de 3 ½ partes de pan y 1 parte de queso tiene un VB de 75. La razón se debe a la deficiencia de lisina del pan es compensada por el exceso de lisina del queso. No se produce la complementación si las proteínas se toman en diferentes momentos. Para asegurar la complementación, ambas proteínas deben consumirse al mismo tiempo y en la misma comida, debido a que el cuerpo tiene poca capacidad para almacenar los aminoácidos sobrantes, que son entonces utilizados como fuente de Energía. 4. - Estructural o plástica: cuantitativamente es la función más importante. Las proteínas contribuyen a la regeneración de los tejidos favoreciendo el desarrollo físico e intelectual. Queratina, colágeno y elastina. - Reguladora: hormonas y neurotransmisores. - Catalítica: enzimas. - Defensiva: las proteínas aumentan la resistencia a infecciones. Anticuerpo (Ig) - Energética: aportan 4 kcal/g. Deben representar en la ingesta diaria aproximadamente el 12 % del total de la energía. 2. **[NUCLEÓTIDOS Y ÁCIDOS NUCLEICOS ]** Los ácidos nucleicos, ácidos desoxirribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN) son los depositarios moleculares de la información genética. Ácidos nucleicos: compuestos que tienen carácter ácido y se encontraron por primera vez en el núcleo de las células eucariotas de ahí su nombre. Contienen siempre en su composición C, H, O, N y P. Son macromoléculas o polímeros de gran complejidad y elevado peso molecular, que están formados por la unión de unas unidades o monómeros denominados nucleótidos, por eso podemos definirlos como polinucleótidos. 5. **NUCLEÓTIDOS** Los nucleótidos constituyen las unidades básicas del ADN y ARN. A su vez los nucleótidos están formados por tres componentes característicos: una base nitrogenada, una pentosa y un grupo fosfato. - Bases nitrogenadas: son compuestos heterocíclicos (en el anillo hay más de una clase de átomos) que contienen átomos de nitrógeno y tienen carácter básico. En función de su base química se clasifican en: - - - Pentosa: Las pentosas que forman los ác. Nucleicos son aldopentosas; concretamente la pentosa del ADN es la deoxirribosa y la del ARN la ribosa. - Ác. Fosfórico o grupo fosfato: cada nucleótido puede contener uno, dos o tres grupos de ácido fosfórico, denominándose como monofosfato (MP), difosfato (DF) o trifosfato (TP), respectivamente. Nucleósido: molécula no contiene grupo fosfato. Los nucleótidos los podemos dividir en dos grupos según se formen o no parte de los ácidos nucleicos: - Nucleótidos nucleicos: se unen entre sí y forman los ácidos nucleicos - Nucleótidos no nucleicos: no forman parte de los ácidos nucleicos, pero constituyen compuestos de gran interés (FMN, FAD, NAD, CoA). 6. **FORMACIÓN DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS Y TIPOS DE ÁCIDOS** Los ácidos nucleicos son polinucleótidos, es decir, están formados por muchos nucleótidos que se unen entre si formando largas cadenas. La unión se produce mediante un enlace éster, que se forma entre un OH del fosfórico de un nucleótido que está unida al carbono 5' de la pentosa y el OH del C-3' de la pentosa del siguiente nucleótido, por lo tanto cada molécula de fosfórico forma dos enlaces éster: uno con el C-5' de la pentosa de un nucleótido y el otro con el C-3' de la pentosa del siguiente nucleótido, a este enlace por eso se le denomina enlace fosfodiéster 5'-3'. (3'-pentosa-5'-fosfato-3'-pentosa-5'fosfato). Por definición, en el extremo 5' no hay ningún nucleótido, al igual que en el extremo 3' falta un nucleótido. De esta manera todos los enlaces fosfodiéster de las cadenas de ADN y ARN tiene la misma orientación a lo largo de la secuencia. Los ácidos nucleicos codifican la información de 5' a 3'. Como consecuencia de esta estructura, los ácidos nucleicos consisten en unidades alternas de grupos fosfatos y residuos de pentosa, mientras que las bases quedan como grupos laterales. Estas cadenas que se forman tienen un eje que está formado por la pentosa y el fosfórico que se van sucediendo de forma alternativa y de este eje a nivel de las pentosas salen las bases. En estas cadenas, el extremo que posee el grupo fosfato libre unido al C-5' se llama extremo 5' y el extremo que posee el OH del C-3' libre se denomina extremo 3'.  Estas cadenas se pueden representar de varias formas. En todos los casos hay que señalar la polaridad de la cadena, es decir, el extremo 3' y el extremo 5'. Los ácidos nucleicos se dividen en dos grupos atendiendo a cuales sean las nucleótidos que los constituyen: - Ácido desoxirribonucleico (ADN): está formado por desoxirribonucleótidos. - Ácido ribonucleico (ARN): está formado por ribonucleótidos. 7. **ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO: GENERALIDADES** Son macromoléculas formadas por desoxirribonucleótidos-5'-monofosfatos de: adenina, guanina, citosina y timina (nunca uracilo) que se unen entre sí mediante enlaces fosfodiéster 5'-3'. Es decir, los cuatro nucleótidos que componen el ADN son el dAMP, dGMP, dTMP y dCMP, que contienen el grupo fosfato. Sin embargo, los nucleótidos libres que se necesitan para generar el ADN tienen tres fosfatos y por lo tanto, se denominan dATP, dGTP, dTTP y dCTP. Estos nucleótidos en estado libre se denominan también dNTPs. En la mayoría de los casos es bicatenario, es decir, formada por dos cadenas de nucleótidos, aunque en algunos virus es monocatenario. En algunos casos, la molécula de ADN es circular (carece de extremos) como ocurre en las células procariotas, en algunos virus, etc; en las células eucariotas es lineal. En las células eucariotas, el ADN se encuentra asociado a proteínas básicas formando las nucleoproteínas, así se encuentra en las fibras de cromatina y en los cromosomas. En las células eucariotas, la mayor parte del ADN se localiza en el núcleo (ADN nuclear) formando la cromatina y los cromosomas, pero también hay una pequeña cantidad en las mitocondrias (ADN mitocondrial) y cloroplastos (ADN plastidial), este es similar al de las células procariotas. 1. **Estructura** En el ADN, al igual que las proteínas se diferencian distintos niveles de complejidad estructural. - Estructura primaria - - - - Estructura secundaria - - - - - - - - - - - - - - - Estructura terciaria - - 2. **Desnaturalización del ADN** La doble hélice del ADN es muy estable en condiciones normales debido a los numerosos puentes de hidrógeno que unen entre sí a las dos cadenas. Ahora bien, si se calienta, o se somete a cambios de pH, etc., los puentes de hidrógenos se rompen y las dos cadenas se separa, a este proceso se le denomina desnaturalización. Se llama temperatura de fusión a aquella temperatura en la que el 50% de la doble hélice está separada. Su valor depende de la composición de bases del ADN. Las moléculas de ADN ricas en pares C-G tienen una temperatura de fusión más elevada que las que son ricas en pares de A-T debido a que hay más puentes de hidrógeno. En el proceso de desnaturalización es reversible, si el ADN se enfría unos 25ºC por debajo de la temperatura de fusión, las dos cadenas se vuelven a unir restableciéndose la doble hélice a este proceso se le llama renaturalización, La renaturalización permite que se produzca la hibridación, es decir, permite que se pueda unir dos hebras de distinta procedencia y formar una molécula híbrida de ADN, siempre que entre ambas hebras exista una secuencia complementaria. Cuanto más relacionados están los ADN, mayor porcentaje de renaturalización se producirá. Entre individuos de la misma especie habrá más porcentaje de renaturalización cuando los individuos están emparentados. Entre individuos de distinta especie la renaturalización será mayor cuanto más relacionados evolutivamente estén. La hibridación se utiliza con distintas finalidades: detectar enfermedades genéticas, localizar genes relacionados en distintas poblaciones, etc. 8. **ÁCIDO RIBONUCLEICO: GENERALIDADES** 3. **Estructura** El ARN es otro ácido nucleico con diferentes funciones: - Actúa de intermediario en la conversión de la información genética contenida en el ADN a proteínas funcionales - Actúa en el procesamiento de ADN, - Ensamblaje de los ribosomas - Procesos de traducción. El ácido ribonucleico o ARN está constituido por nucleótidos de ribosa, con las bases adenina, guanina, citosina y uracilo. No tiene, pues timina. Estos ribonucleótidos se unen entre ellos mediante enlaces fosfodiéster en sentido 5' -\> 3' al igual que en el ADN. Las cadenas de ARN son más cortas que las de ADN y tienen un peso molecular más pequeño, pueden localizarse tanto en el núcleo como en el citoplasma. Se diferencian varios tipos de ARN: ARNr, ARNt, ARNm y ARNn. - **Estructura primaria del ARN** - **Estructura secundaria del ARN** - **Estructura terciaria del ARN** 4. **Tipos de ARN** - **Ácido ribonucleico mensajero (ARNm)** - **Ácido ribonucleico de transferencia (ARNt)** - - - - - - 9. **FUNCIONES DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS** El ADN es la molécula que lleva la información genética, es decir, la información que determina las características del individuo. Estas características están determinadas por las proteínas, por consiguiente, el ADN lleva la información que permite la síntesis de todas las proteínas del organismo. Esta información viene determinada por la secuencia de bases. Este proceso de síntesis de proteínas se realiza en dos etapas y en él interviene también los ARN: - Transcripción: en esta etapa se copia la información de un fragmento de ADN, correspondiente a un gen, al ARNm. - Traducción: La secuencia de nucleótidos del ARNm se traduce, en los ribosomas con la ayuda de los ARNt, en una determinada secuencia de aminoácidos, es decir, en una determinada proteína. El ADN además gracias a la propiedad de autoduplicación o replicación que tiene puede transmitir esta información de una generación a otra. La función del ARN en la mayoría de los organismos es la de extraer la información del ADN y posteriormente, dirigir a partir de esta información la síntesis proteica. 10. **DIFERENCIAS ENTRE ADN Y ARN** - En cuanto a la composición: - - - En cuanto a la localización: - - - En cuanto a la estructura: - - - En cuanto a la función: - -