Bioquímica 1º C - Todo Bioquímica 1º C PDF

Bioquímica 1º Cuatrimestre Bioquímica y Biología molécular 1º Veterinaria UCM a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10009677 TEMA 1. PROTEÍNAS...

Bioquímica 1º Cuatrimestre Bioquímica y Biología molécular 1º Veterinaria UCM a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10009677 TEMA 1. PROTEÍNAS Las proteínas son las macromoléculas biológicas más abundantes en las células, marcando la individualidad de cada ser vivo. Se encuentran en todas las células y en todas partes dentro de las células. Su función es ejecutar las tareas dirigidas por la información gené=ca de la célula. Presentan una gran diversidad tanto en tamaño como en forma, siendo directamente relacionada con las posibilidades de combinación de cada monómero que las conforman, los aminoácidos (aa). AMINOÁCIDOS Son las sustancias químicas orgánicas que forman el componente básico de las proteínas. Grupo heterogéneo con caracterís=cas estructurales y funcionales comunes Compuestos por C, H, O, N (algunos S) Tienen baja masa molecular, y al unirse forman proteínas Tienen un grupo amino (-NH2), un grupo carboxilo (-COOH) y una cadena lateral (R), todos unidos a un carbono alfa (Ca) La cadena lateral es dis=nta en cada aa y determina sus propiedades químicas y biológicas Todos los aa proteicos (menos Gly) =enen el Ca asimétrico, por lo que son óp=mamente ac=vos, exis=endo dos enan=ómeros: uno de serie L (mayoritarios en proteínas de mamíferos) y otro de serie D (en pep=doglicanos de la pared celular y en ciertos pép=dos con acción an=bió=ca y opioides de anfibios y rep=les). CARGA SEGÚN EL PH El grupo amino (H2N) y el grupo carboxilo (COOH) son suscep=bles de presentar carga según el pH del medio: A pH fisiológico (7,2-7,4): los aa libres en disolución existen como iones dipolares con carga neta cero: o El grupo amino (H2N) está protonado (H3N+), por lo que presenta carga posi=va o El grupo carboxilo (COOH) presenta carga nega=va, en su estado disociado (COO-) Cuando el pH disminuye (pH ácido): el aa se comporta como una base, cogiendo H+ del medio y dominando las formas protonadas con carga posi=va Cuando el pH aumenta (pH básico): el aa se comporta como un ácido, liberando H+ al medio y dominando las formas desprotonadas con carga nega=va Los aminoácidos pueden ceder o captar protones al medio, y su carga eléctrica varía con el pH de la disolución en la que se encuentran. Son sustancias anfóteras ya que pueden actuar como ácidos o como bases y contribuyen a controlar el pH (efecto tampón), por lo tanto contribuyen a la homeostasis (equilibrio del medio interno del ser vivo). El comportamiento ácido-base de los aa determina las propiedades electrolí=cas de las proteínas, y de ellas dependen, en gran medida, sus propiedades biológicas. Las cadenas laterales (R) de ciertos aa también poseen grupos funcionales con carácter ácido o básico, y pueden presentar carga a determinados valores de pH. Además los grupos funcionales de las cadenas laterales de los aa condicionan a las proteínas en: solubilidad en agua, reac=vidad e interacciones no covalentes. CLASIFICACIÓN DE LOS 20aa ESTÁNDAR SEGÚN SU CADENA LATERAL Las proteínas se construyen a par=r de un repertorio de 20 (+2) L-aminoácidos: aminoácidos proteicos. Es decir, hay 20 aa que codifican el código gené=co del genoma humano a par=r de su síntesis en proteínas. Según la naturaleza de su cadena lateral R los aa se clasifican en dis=ntos grupos: ** Phe, Tyr y Trp: grupo aromá2co en su cadena lateral R Cys: capacidad de formar pdh por su grupo -SH Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10009677 AA DE NOVO vs. ESENCIALES En las células animales la mayoría de los aminoácidos son sinte=zados de novo, pero existen otros, que no pueden ser sinte=zados y deben obtenerse en la dieta habitual; son aminoácidos esenciales (diferentes para cada especie). Los aa esenciales son Cys, Met, Phe, Trp, Ile, Leu, Val, Thr, Tyr, His y Lys para todos los animales. En las aves y algunos mamíferos (por ejemplo, gatos y hurones), no hay síntesis de novo de arginina debido a la ausencia de pirrolina-5-carboxilato sintasa en la mucosa del intes=no delgado; por lo tanto, la arginina es un aa esencial para estas especies. La esencialidad dietaria de ciertos AA (ej. arginina, glicina, prolina y taurina) depende de la especie o del estado de desarrollo y por ello considerados como AA “condicionales”. Son aquellos que por normal general no son esenciales pero en situaciones de estrés o enfermedad será necesario suplementarlos para mantener el equilibrio. Algunos aminoácidos son modificados químicamente después de haber sido integrados en la cadena polipepadica, y a veces estos aminoácidos modificados aparecen en los hidrolizados de proteína. Se trata de modificaciones postraduccionales, ya que se realizan después del proceso de traducción o síntesis proteica (Ejemplo: hidoxilación, me=lación). Algunos aminoácidos implicados en la regulación de la ac=vidad proteica sufren modificaciones reversibles: fosforilación es el =po más común de modificación reguladora. AMINOÁCIDOS NO PROTEICOS A demás de su papel como componentes estructurales de las proteínas existen aa que cumplen otras importantes funciones biológicas. Son moléculas de naturaleza aminoacídica involucradas en el metabolismo como intermediario,, así como ciertos neurotransmisores. Orni=na y citrulina: intermediarios en el ciclo de la urea DOPA: precursor en la síntesis de catecolaminas Homocisteína y homoserina: intermediarios de dis=ntos procesos metabólicos Omega-aa: donde el grupo amino sus=tuye al úl=mo carbono en vez de al Ca (B-alanina y GABA) ENLACE PEPTÍDICO Las proteínas se forman por la unión de aminoácidos mediante un enlace covalente (=po amida) muy estable, que se establece entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino del siguiente, liberándose una molécula de agua (enlace pep4dico). Los átomos del grupo carboxilo y del grupo amino se sitúan en un mismo plano (orientación variable), de manera que existen ciertas restricciones: no hay libertad de rotación alrededor del enlace C-N pero si hay posibilidad de giro en entre los átomos Ca y N. La imposibilidad de rotación del enlace pepadico hace que existan dos configuraciones: CIS (átomos H y O en el mismo lado) y TRANS (átomos H y O en lados opuestos, es mayoritaria). Además el enlace confiere al polipép=do un elevado potencial de formación de puentes de hidrógeno (pdh). El conjunto de aminoácidos unidos por enlaces pepadicos se denominan pép6dos, y las unidades de aminoácidos en un pép=do; residuos. Dependiendo del número de aa que conforman el pép=do, éste se denominará de dis=nta manera: dipép=do, tripép=do, oligopép=do (-10aa), polipép=do (+10aa) y proteína (+50aa, algunas +otras moléculas). Todos los pép=dos presentan 2 grupos libres, uno en cada extremo: N-terminal y C-terminal; de manera que las secuencias de aminoácidos =enen una sola dirección. El comportamiento ácido-base y la carga neta de las proteínas van a estar determinados por el estado de ionización de los grupos ionizables de los aa que las componen y del pH del medio en el que se encuentran: H3N+/ H2N-terminal, COOH/ COO--terminal, y grupos “R” ionizables. El punto isoeléctrico (PI) es aquel valor de pH en el que la carga neto del aa cero (cargas pos. y neg. se neutralizan). Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10009677 El comportamiento ácido-base de aa determina las propiedades electrolí=cas de las proteínas, y de ellas dependen, en gran medida, sus propiedades biológicas. Por este mo=vo, la función de las proteínas es extraordinariamente sensible al pH. Cambios en el pH se traducen en cambios en el número de cargas de la proteína, y estos cambios pueden inhibir la interacción de la proteína con un ligando determinado. Por este mo=vo, muchas proteínas (enzimas, sobre todo) sólo pueden funcionar en un margen rela=vamente estrecho de pH. Aquí radica la importancia del mantenimiento de valores contantes de pH en el medio interno del organismo. La pép=dos =enen una amplia variedad de funciones biológicas y se u=lizan ampliamente en el organismo como señales químicas. También son oligopép=dos muchos neurotransmisores. Además encontramos pép=dos an=microbianos con propiedades an=bió=cas frente bacterias gram+ y gram-, hongos y algunos virus. ORGANIZACIÓN DE LAS PROTEÍNAS Estructura primaria: secuencia lineal de aa que forman la cadena polipepadica. Determina las asociaciones en los niveles de organización superiores. Estructura secundaria: disposición regular y repe==va de aa adyacentes en una región de la cadena polipepadica. Estructura terciaria: plegamiento de la cadena polipepadica como resultado de interacciones entre las cadenas laterales de aa en la secuencia 1ª. La proteína adquiere disposición tridimensional caracterís=ca. Estructura cuaternaria: interacciones entre diferentes cadenas polipepadicas en proteínas compuestas por más de un polipép=do formando una unidad funcional. ESTRUCTURA PRIMARIA Es la secuencia de aminoácidos unidos entre sí por enlaces pepadicos (t odas las proteínas la =enen). Viene determinada por el número de aa presentes y el orden en que están enlazados. En algunas proteínas, la cadena polipepadica puede estar interconectada por enlaces disulfuro, que se forman por la oxidación de dos cisteínas, siendo su unidad resultante una cis=na. El número de polipép=dos diferentes que pueden formarse es: 20n, siendo n= nº de aa de la cadena. La secuencia concreta de aa de una proteína aporta información sobre su estructura molecular, su función y su evol. ESTRUCTURA SECUNDARIA Es la disposición espacial de la cadena pepadica que se produce por la interacción entre residuos próximos. La cadena polipepadica se pliega gracias a la formación de puentes de hidrógeno entre los átomos NH y CO que forman el enlace pepadico. De esta forma, la cadena polipepadica es capaz de adoptar conformaciones de menor energía libre, y por tanto, más estables. Existen dos disposiciones regulares: Alfa-hélice: estructura enrollada de forma helicoidal estabilizada por pdh intracatenarios entre residuos próximos Hoja plegada beta: estructura más extendida de la cadena polipep=da estabilizada por enlaces de hidrógeno entre segmentos adyacentes (conformación paralela o an=paralela) Caracterís?cas de la a-hélice Se forma al enrollarse la estructura primaria helicoidalmente sobre sí misma. Es una hélice dextrógira estabilizada por puentes de hidrógeno intracatenarios entre el grupo -C=O de un aa (residuo i) y el grupo -NH del cuarto aa (residuo i+4) en la secuencia, en dos enlaces pepadicos dis=ntos. Todos los oxígenos de los grupos –CO- queden orientados en el mismo sen=do; y todos los hidrógenos de los grupos –NH- en sen=do contrario. Los radicales R quedan orientados hacia el exterior de la hélice evitando así interferencias estéricas con el esqueleto polipepadico. Los cuatro primeros aa de la hélice y los cuatro úl=mos solo podrán par=cipan en un pdh, en vez de dos, por lo tanto la hélice α suele ser más estable en la zona central que en los extremos. Para compensar esta pérdida de estabilidad, los aa de los extremos suelen ser polares y forman pdh entre sus cadenas laterales y la cadena lateral de otros aa de la hélice. Algunos aa aparecen con mayor frecuencia que otros en la alfa hélice. Los aa Ala, Gln, Leu y Met se encuentran frecuentemente formando parte de hélices, mientras que Pro, Gly, Tyr y Ser, no. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10009677 Las interacciones entre las cadenas laterales (grupos R) de los aa también pueden estabilizar o desestabilizar la estructura en a hélice: o Los AA muy polares (Lys, Glu) pueden afectar a la estabilidad de la hélice porque los enlaces de hidrógeno pierden importancia frente a las interacciones electrostá=cas de atracción o repulsión. o Si las cadenas laterales (grupos R) que par=cipan son de dis=nta carga interaccionan afectando a la estabilidad y estructura de la alfa-hélice. o Si en esas posiciones ponemos dos aa con carga de igual signo o muy voluminosos se desestabiliza la hélice. Caracterís?cas de la conformación B La cadena polipep4dica está prác6camente extendida y se dispone en zig-zag. En la estructura de una hebra beta, las cadenas laterales están alterna=vamente por encima y por debajo del plano de la cadena. Los residuos están separados 3,5 Å frente a 1.5 Å que es la distancia en la alfa hélice. Dos o más cadenas (hebras B) situadas próximas, interaccionan mediante pdh formando la hoja plegada B. En una misma hoja B las cadenas adyacentes pueden estar orientadas en el mismo sen=do (forma paralela; los extremos amino y carboxilo en la misma dirección) o en sen=dos opuestos (forma an=paralela; los extremos amino y carboxilo en direcciones opuestas). La mayoría de las proteínas =enen forma globular, lo que obliga a inver=r la dirección de sus cadenas polipepadicas. Muchos de estos cambios de dirección se consiguen mediante unos elementos estructurales llamados giros de 180º: o Son secuencias cortas (par=cipan 4aa), con una conformación caracterís=ca que impone un giro de 180º a la cadena polipepadica. Aparecen frecuentemente cuando las cadenas cambian de dirección conectando tramos sucesivos, en la superficie de la proteína (permite adquirir su estructura 3ª). El giro se estabiliza por un pdh entre un O-carbonílico (aa i) y el H de un grupo amida de un aa situado tres posiciones por delante en la cadena pepadica (i+3). Son comunes en los giros: la Prolina en posición 2 (configuración CIS permite giros de ángulo cerrado) o Glicina en posición 3 (aa pequeño y felxible). ESTRUCTURA TERCIARIA Está formada por la disposición tridimensional de las átomos de una proteína y está ligada a la ac=vidad biológica de dicha proteína; es su conformación na6va. La estructura terciaria puede estar formada mayoritariamente por un elemento de estructura 2ª y giros (lámina β, como en la fibroína, o hélice α, como en la mioglobina) o contener diferentes proporciones de estos elementos. El mantenimiento de la estructura terciaria depende de diversos =pos de interacciones no covalentes entre las cadenas laterales de los aa (pdH, interacciones electrostá=cas e hidrofóbicas, interacción con grupo prosté=co,…) En ocasiones, la estructura terciaria de una proteína puede también estar estabilizada por enlaces covalentes, los más significa=vos son los puentes disulfuro de las cisteínas (S-S). Es una estructura flexible, que permite ciertos cambios (cambios de conformación) Según la conformación tridimensional caracterís=ca de la proteína en estado na=vo clasificamos las proteínas en : fibrosas y globulares (tema 2); que serán solubles en lípidos o en agua, respec=vamente. Dominios funcionales: son unidades estructurales compactas, estables, dentro de una proteína, formadas por segmentos de una cadena pepadica (50-200 aa) que se pliegan de forma independiente, con una estructura y función dis=nguible de otras regiones de la proteína y estabilizadas por las mismas fuerzas que la estructura 3ª. El dominio es una unidad fundamental, funcional y tridimensional de una proteína. Una sola proteína puede tener varios dominios dis=ntos, a menudo realizan funciones dis=ntas y en ocasiones un =po determinado de dominio puede observarse en proteínas diferentes. Las proteínas pequeñas, sin embargo, =enden a ser dominios únicos (el dominio es la proteína). Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10009677 ESTRUCTURA CUATERNARIA Corresponde al ensamblaje de varios polipép6dos individuales (subunidades) en un complejo funcional. Se presenta únicamente en aquellas proteínas que poseen varias cadenas polipepadicas o subunidades, que se asocian a través de enlaces de =po no covalente y a veces por uniones covalentes (puentes S-S intercaternarios). Las interacciones de varias subunidades sirven para regular la función biológica de la proteína, por lo que la unión de moléculas pequeñas (ligandos) puede alterar estas interacciones y producir grandes en la ac=vidad de la proteína. A la proteína que con=ene varias subunidades se le llama mulamero (dímeros, trímeros, oligómeros,…). Se denomina protómero a la unidad que se repite en una proteína mul=mérica. DESNATURALIZACIÓN Las proteínas acavanos en ambientes celulares concretos, por lo que cambios en este ambiente pueden ocasionar modificaciones en la estructura tridimensional de la proteína. Cuando dichas modificaciones provocan una pérdida de su función entonces se dice que la proteína se ha desnaturalizado (pierde su estructura na=va, pero no implica la ruptura de enlaces pepadicos por lo que se man=ene la estructura 1ª). Está desnaturalización puede ser total o parcial, reversible o irreversible; y se puede dar por varios factores: Temperatura —> interacciones débiles Cambios de pH y concentraciones de iones —> interacciones iónicas Disolventes orgánicos y detergentes—> interacciones hidrofóbicas Agentes reductores de grupos =oles (mercaptoetanol) —> puentes S-S Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10009677 TEMA 2. RELACIÓN ESTRUCTURA-FUNCIÓN PROTEÍNAS FIBROSAS vs. PROTEÍNAS GLOBULARES Presentan cadenas polipép=dicas dispuestas en largas Presentan las cadenas polipepadicas plegadas a modo cadenas de glóbulo o esfera. Mayoritariamente constan de un único =po de Presentan diversos =pos de estructura secundaria estructura secundaria. Son solubles en agua Son insolubles en agua Llevan a cabo una amplia variedad de funciones: Papel estructural en las células y tejidos. actúan como enzimas, proteínas de transporte, Entre ellas están la quera=na del cabello, plumas, uñas inmunoglobulinas, etc. Su función generalmente y piel de animales la tropomiosina del músculo, el implica la unión reversible de otras moléculas colágeno de la piel, tendones etc. denominadas ligandos. PROTEÍNAS FIBROSAS Alfa-quera=na del pelo: presentan un mayor porcentaje de cisteínas que otras proteínas, pudiendo establecer puentes disulfuro (S-S) entre las dis=ntas estructuras helicoidales, lo que da mayor rigidez a las microfibrillas. Fibroína de la seda (beta-quera=na): =enen cadenas polipepadicas en hoja plegada beta, con residuos Gly y Ala abundantes, lo que favorece un empaquetamiento compacto de las hojas beta y una disposición entrelazada de los grupos R. Es flexible debido a que las hojas se man=enen unidas por interacciones débiles. COLÁGENO Proteína fibrosa que representa el 25% de las proteínas totales de un individuo y un 2% del peso total de un humano. Tiene una gran variedad de papeles morfológicos/estructurales, proporcionando resistencia a la tensión en los tejidos donde se encuentra (parte del t.conj. en piel, tendones, caralago, córnea, vasos sanguíneos, …). Tiene una composición de aminoácidos caracterís=ca: 35% de los residuos son Gly Elevada proporción de Pro y aa no estándar como 4-hidroxiprolina (Hyp) o 5-hidroxilisina (Hyl), que se incorporan a la cadena como Pro y Lis y son hidroxilados tras la síntesis de la proteína (modificaciones postraduccionales). Estructura del colágeno La unidad estructural es una molécula con estructura cuaternaria de triple hélice dextrógira: tropocolageno, formado por 3 cadenas α individuales helicoidales y levógiras, sin pdh intracatenarios. Las cadenas α que forman el tropocolágeno =enen una secuencia de aa que se repite de forma regular, en la que la glicina aparece cada tres residuos (secuencia: -Gly-X-Y , donde X e Y son cualquier aa, frecuentemente X: Prolina e Y: Hidroxiprolina). La Gly es necesaria en los lugares de contacto entre las cadenas α debido a su cadena lateral de H. Los residuos de prolina permiten el enrollamiento de las cadenas α. La triple hélice de tropocolágeno se estabiliza por la formación de pdh intercatenarios, que se establecen entre los hidrógenos amídicos de los residuos de glicina de una cadena α y el oxígeno carbonílico de un residuo, normalmente prolina, de una cadena adyacente. A la estabilidad de la triple hélice también contribuye la formación de enlaces cruzados entre las cadenas laterales de Lys e Hyl. Las moléculas de tropocolágeno se disponen de forma escalonada y periódica para formar microfibrillas, que también están estabilizadas mediante la formación de enlaces cruzados. PROTEÍNAS GLOBULARES FUNCIONES Almacenamiento de iones y moléculas: mioglobina, ferri=na Transporte de iones y moléculas: hemoglobina, transportador de serotonina Defensa contra patógenos: an=cuerpos, citoquinas Contracción muscular: ac=na, miosina Catálisis biológica: quimotripsina, lisozima Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10009677 MIOGLOBINA Y HEMOGLOBINA Son proteínas globulares importantes y muy conservadas, modelos idóneos para estudiar la interacción proteína-ligando y con patologías asociadas. Son miembros¡meros de las hemoproteínas, família de proteínas que con=ene al grupo hemo como grupo prosté=co (componente no aa asociado permanentemente a una proteína y que contribuye a su función). Mb: Hb: Localizada fundamentalmente en Contenida en los eritrocitos. Se células musculares. pueden unir al O2 y a iones H+ y CO2. Actúa como reserva de O2, Transporta el O2 desde los alvéolos cediéndolo en situaciones de gran pulmonares a los tejidos y recoge los ac=vidad metabólica del músculo. iones H+ y el CO2 del metabolismo en Monomérica los tejidos para su excreción. Ciné=ca hiperbólica y mayor afinidad por el O2 que la Hb Polimérica (facilita transferencia de O2 desde Hb a Mb) Ciné=ca sigmoide: une O2 de modo coopera=vo GRUPO HEMO Es un grupo prosté6co, formando por un complejo anillo orgánico (protoporfirina IX) al cual está unido un átomo de hierro en estado ferroso (Fe2+). Es el responsable del color rojo del músculo y la sangre. El Fe2+ forma 6 enlaces de coordinación: o 4 enlaces con los nitrógenos del anillo de porfirina, están mismo plano y ayudan a evitar que el hierro se oxide a Fe3+ ya que en esta forma no ligaría O2. o En la Hb y Mb: 5º enlace de coordinación con N del residuo de his=dina F8 (his=dina proximal). o 6º enlace de coordinación liga el O2 (funcionalidad de la molécula). Algunas moléculas como el monóxido de carbono (CO) o el óxido nítrico (NO) se unen al hierro del grupo hemo con mayor afinidad que el oxígeno, de modo que impiden la unión del O2 con los consiguientes efectos tóxicos. MIOGLOBINA Es una proteína globular muy compacta, formada por una única cadena polipepadica (monomérica) de 153 residuos y un grupo prosté=co hemo. Su estructura esta compuesta principalmente por alfa-hélices: 78 % de la proteína se dispone en 8 hélices dextrógiras de 7-23 aa, designadas de la A a la H,conectadas mediante giros β y con Prolina en los 4 codos. Los residuos hidrofóbicos quedan en el interior de la proteína y los residuos polares se exponen hacia el exterior, salvo dos His=dinas (His F8- proximal e His E7-distal). El grupo hemo está estabilizado en el interior de la mioglobina (y la hemoglobina) por interacciones hidrofóbicas con la Phe CD1 y la Val E11, por lo tanto, se sitúa en un entorno hidrofóbico de la proteína; y está unido covalentemente a la parte proteica por la His F8. La His E7 se une mediante un pdh al O2 unido al grupo hemo. El átomo de Fe2+ está en el fondo de la hendidura para mantenerse en estado ferroso (protección) y evitar uniones indeseadas. La oxidación del hierro (Fe2+ —> 3+)hace que la molécula sea incapaz de captar normalmente el oxígeno. HEMOGLOBINA Es una proteína oligomérica formada por 4 subunidades (globinas). Existen 5 =pos de globinas (cada una codificada por genes dis=ntos y, por lo tanto, con estructuras 1ª dis=ntas): α con 141 aminoácidos, β, γ, δ y e con 146 aminoácidos. Las 4 subunidades se man=enen unidas por interacciones no covalentes, y cada subunidad con=ene un grupo hemo, por lo que la hemoglobina puede unir 4 moléculas de O2. o Hb E: embrionaria, formada por α2e2 o Hb F: fetal, formada por α2γ2 o Hb A: mayoritaria del adulto, formada por α2β2 o Hb A2: minoritaria del adulto, formada por α2δ2 Las hemoglobinas embrionaria y fetal poseen mayor afinidad por el oxígeno que la adulta, debido a que el feto debe extraer el oxigeno del torrente sanguíneo materno; además influye la menor afinidad por el BPG. En conclusión, esta diferencia de afinidad permite que el oxígeno sea transportado desde los eritrocitos maternos a los fetales. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10009677 ESTRUCTURA DE LA Hb Es un tetrámero con forma casi espérica. La Hb A está formada por dos heterodímeros (α1β1 y α2β2) unidos por interacciones no covalentes a través de los extremos carboxilo-terminal de las cadenas. Estas cadenas =enen un 75% de hélices α, y sus estructuras tridimensionales son virtualmente idén=cas a la de la mioglobina. Además al comparar las secuencias de Hb y Mb, hay 27 aa que se conservan, teniendo 7aa que ocupan idén=ca posición y son crí=cos para su fucnión. En la cavidad central, la Hb presenta un si=o de unión del modulador alostérico 2,3-bifosfoglicerato (BPG, no en Mb), que es esencial para su función biológica. UNIÓN COOPERATIVA DEL O2 A LA Hb La unión de una molécula de O2 a una de las subunidades de la Hb facilita que se unan mas moléculas al resto de subunidades. Además este =po de unión favorece la liberación de oxígeno a los tejidos. La unión coopera=va se basa en la influencia de la unión de una molécula de O2 a un grupo hemo del tetrámero sobre las propiedades de unión de los demás grupos hemos. Estos mecanismos están relacionados con la estructura cuaternaria de la Hb: cambia al unirse el O2, expresando dos conformaciones: T (tensa) y R (relajada). La desoxihemoglobina se encuentra en el estado T (baja afinidad), y la unión del oxígeno provoca la transición al estado R (alta afinidad). Esto de debe a que en la dexosiHb los dímeros α-β están conectados mediante una interfase que incluye, entre otras regiones, el extremo carboxilo de cada cadena. La unión del O2 a una subunidad de Hb en estado T induce un cambio conformacional hacia el estado R, modificando la interfase entre los dímeros y rotando 15º, favoreciendo que se una otros O2 al resto de las subunidades. Los cambios estructurales de la Hb en respuesta a la unión del O2 se producen en el entorno de la proteína donde se encuentra el hierro. En el estado T, el anillo de porfirina está ligeramente curvado, de manera que el Fe2+ sobresale del plano (es demasiado grande para encajar en el hueco del interior del anillo porfirina). La unión del O2 al Fe2+, pone al anillo de porfirina más plano y esto haría que la His proximal (F8) y la hélice F en la que se encuentra, cambien de posición. La transición estructural del ion hierro se transmite directamente a las otras subunidades dando lugar a la transición de la forma T a la R. ESTADOS CONFORMACIONALES DE LA Hb La unión de ciertos ligandos a la Hb afecta a las propiedades de unión del oxígeno. 2,3-BIFOSFOGLICERATO (2,3-BPG) Metabolito exclusivo de los eritrocitos, actúa como modulador alostérico para facilitar la función de la Hb. Se une a la forma T de la Hb en la cavidad central del tetrámero (sólo existe en esta forma), contribuyendo a la estabilización de la desoxiHb y reduciendo la afinidad por el oxígeno, facilitando su liberación. El 2,3-BPG presenta cargas nega=vas que interactuarán de forma iónica con las cargas posi=vas de las His en condiciones fisiológicas (grupo amino suscep=ble de aceptar protones según el pH). La unión de O2 libera al 2,3-BPG de la cavidad central, y la Hb pasa rápidamente a la forma R. Por lo tanto la función biológica del 2,3-BPG es aumentar la eficiencia de la Hb en el transporte de oxígeno, mejorando la oxigenación de los tejidos: Un aumento de la concentración de 2,3-BPG es un mecanismo regulador que permite aumentar el suministro de oxígeno a los tejidos cuando éste escasea. Existe una adaptación fisiológica gradual a concentraciones bajas de O2 en situaciones de hipoxia, cambios de al=tud o en fumadores, mediante el aumento de la concentración de 2,3-BPG. Además la unión del 2,3-BPG a la Hb =ene otras consecuencias fisiológicas en mamíferos: la hemoglobina fetal humana debe tener mayor afinidad por el O2 que la materna, debido a que el feto debe extraer el oxígeno del torrente sanguíneo materno. Está diferencia de afinidad permite que el oxígeno sea transportados desde los eritrocitos maternos a los fetales. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10009677 EFECTO DEL pH Y DEL CO2 Tanto los protones (H+) como el CO2 son productos finales del metabolismo, siendo moduladores alostéricos de la Hb y potenciando la liberación de O2 cuando aumenta su concentración. o En los tejidos periféricos, las concentraciones de H+ y CO2 son elevadas. En estas condiciones la afinidad de la Hb por el O2 disminuye y se cede a los tejidos (Efecto Bohr). o En los pulmones el pH aumenta, disminuye la [H+] y, a medida que se libera el CO2 a los capilares pulmonares también disminuye su concentración. En estas condiciones la afinidad de la Hb por el O2 aumenta y une fácilmente O2 para su transporte a los tejidos periféricos (Efecto Haldane). Fundamentos químicos y estructurales del efecto del pH y del CO2 1. Un aumento en la concentración de protones (disminución de pH) estabiliza la forma T: En la forma T, la desoxiHb está estabilizada por atracción electrostá=ca entre el Asp B94 y la cadena lateral H+ de la His 146. Esto hace que la His =enda a retener su protón y tenga un pKa ligeramente superior al normal. En la conformación R, la His 146 y el Asp, cambian de posición, se alejan y no interaccionan, además se libera el H+ a la sangre, de manera que la cadena lateral de la His 146 deja de estar protonada (y disminuye el pKa) y no se forma el enlace con el Asp, favoreciendo así la forma R y por tanto la unión al O2. 2. Un aumento de la concentración de CO2 disminuye la afinidad de la Hb al O2 por dos mecanismos: i. El CO2 estabiliza la desoxiHb mediante interacciones iónicas ya que reacciona con los grupos amino terminales de las globinas para formar grupos carbamato, cargados nega=vamente, que par=cipan en las interacciones de puentes salinos caracterís=cas del estado T. ii. El CO2 de los tejidos difunde hacia los eritrocitos y se convierte en acido carbónico, este se disocia formando HCO3- y H+, contribuyendo al descenso de pH y estabilizando la forma T. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10009677 TEMA 3. ENZIMAS Las enzimas actúan como catalizadores biológicos, aumentando la velocidad de reacciones biológicas que, en condiciones fisiológicas (pH neutro y Tª moderada) no se producirían o serían lentas. Todas las enzimas son proteicas, con la excepción de determinados ARNs con ac=vidad catalí=ca (ribozimas), todos los enzimas son proteínas. Su ac=vidad depende de la integridad de su estructura na=va, por lo que cambios como la desnaturalización o la disociación en sus subunidades normalmente eliminan la ac=vidad catalí=ca. CARACTERÍSTICAS GENERALES Son altamente específicas tanto en las reacciones que catalizan como en la selección de us sustratos Su función es acelerar las reacciones, disminuyendo la energía de ac=vación; pero no alteran el equilibrio La enzima no se modifica tras su acción catalí=ca Muchas enzimas necesitan la presencia de cofactores para llevar a cabo su ac=vidad ENZIMAS COMO CATALIZADORES ESPECÍFICOS La molécula de sustrato (sustancia que va a ser transformada en producto) se une al enzima en una región de la proteína denominada centro ac6vo, que =ene una estructura tridimensional caracterís=ca, con un entorno químico adecuado que permite la interacción entre el enzima y el sustrato. Algunos de los residuos que lo cons=tuyen intervienen en la unión del sustrato a la enzima (residuos de unión) mientras que otros par=cipan de forma ac=va en la transformación química del sustrato (residuos catalí=cos). Los sustratos se unen a las enzimas por interacciones débiles (electrostá=cas, pdh, fuerzas de Van der Waals,…) MODELOS DE INTERACCIÓN ENZIMA-SUSTRATO La especificidad del enlace enzima-sustrato depende de la disposición espacial de los átomos que cons=tuyen el centro ac=vo. Existen dos modelos de interacción enzima-sustrato: Llave-cerradura Ajuste inducido (1890; Emil Fischer) (1958; Daniel Koshland) El centro ac=vo El centro ac=vo adopta una forma de la enzima complementaria a la del sustrato libre =ene una sólo después de haberse unido. forma La distorisón de la enzima puede complementaria ser local o implicar un cambio a la del sustrato. importante en la conformación de la proteína. COFACTORES ENZIMÁTICOS Algunas enzimas requieren para su ac=vidad un componente químico adicional no proteico: cofactor. El cofactor puede ser un Ion metálico o una molécula orgánica más compleja: coenzima. La parte exclusivamente proteica de la enzima: apoenzima La enzima completa (con todos sus elementos, incluyendo coenzimas y/o iones metálicos) y catalí=camente ac=vo: holoenzima Cuando un cofactor está fuertemente unido a la proteína (incluso por enlaces covalentes): grupo prosté=co CINÉTICA ENZIMÁTICA Es el estudio del mecanismo de una reacción catalizada por un enzima midiendo la velocidad de la reacción y la forma en que ésta se modifica como consecuencia de los cambios experimentales. Estos estudios proporcionan información directa acerca del mecanismo de la reacción catalí=ca y de la especificidad de la enzima. La velocidad de una reacción enzimá=ca depende de: enzima, sustrato, efectores, temperatura, pH, … Los estudios de la velocidad de reacción se llevan a cabo mezclando una concentración conocida de enzima con una concentración fija de sustrato, y midiendo la desaparición de sustrato o la aparición de producto a lo largo del =empo. La concentración de producto va aumentando de forma lineal hasta que el sustrato va desapareciendo en el transcurso del =empo y la reacción alcanza el equilibrio. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10009677 Para determinar la ciné=ca de las enzimas se mide el efecto de la concentración de sustrato sobre la velocidad inicial de la reacción (velocidad a la que aumenta el producto de forma lineal con el =empo), manteniendo la can=dad de enzima constante. Para la mayoría de las enzimas que catalizan las reacciones metabólicas cuando se representa la velocidad inicial (Vo) en función de la concentración de sustrato, mientras se man=ene constante la can=dad del enzima, se ob=ene una curva hiperbólica: o A concentraciones de sustrato bajas, la velocidad aumenta proporcionalmente a la concentración de sustrato (reacción de primer orden) o A concentraciones de sustrato elevadas (enzima saturada), la velocidad ya no depende de [S] y se aproxima a un máximo (Vmáx). En este punto, la reacción es de orden cero MODELO CINÉTICO DE MICHAELIS-MENTEN Propusieron una ecuación para describir la velocidad inicial en función de la concentración de sustrato. Proponen que las reacciones catalizadas enzimá=camente ocurren en dos etapa: 1. La enzima (E) se combina rápidamente de forma reversible con su sustrato para formar un complejo enzima-sustrato (ES). 2. El complejo se descompone, dando lugar a la enzima libre (E) y el producto de reacción (P). Se asume que nada del producto formado revierte al sustrato inicial, lo que se cumple en los primeros momentos de la reacción, antes de que la [P] sea apreciable. La Km es la concentración de sustrato a la que se alcanza la mitad de la velocidad máxima de la reacción (cuando Vo=Vmáx/2; entonces [S]=Km). Se usa como una medida de la afinidad del enzima por el sustrato, ya que será inversamente proporcional. El valor de Km varía considerablemente de una enzima a otra, y depende de cada sustrato, del pH, Tª y fuerza iónica. ECUACIÓN DE LINEWEAVER-BURK (dobles inversas) La ecuación de Michaelis-Menten se puede transformar algebraicamente en formas ú=les para poder representar los datos experimentales y obtener de ellos los valores de Km y Vmáx. Si representamos en una gráfica 1/ Vo frente 1/[S] obtenemos una línea recta: o La pendiente de esta recta es el cociente Km/ Vmáx o El punto de corte con el eje de abcisas es la inversa cambiada de signo del valor de Km. o El corte con el eje de ordenadas es la inversa del valor de Vmáx. o La Vmáx se expresa en unidades de velocidad (mmol/min; mmol/min…) o La Km se expresa en unidades de concentración (M, mM, mM,...) ACTIVIDAD ENZIMÁTICA Unidad internacional (UI): can=dad de enzima que cataliza la conversión de 1µmol de sustrato por minuto, medida en condiciones óp=mas de pH y temperatura. Ac=vidad específica: UI/ mg proteínas totales Ac=vidad catalí=ca: UI/ µmol enzima EFECTO DEL pH Y LA TEMPERATURA SOBRE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA El pH óp=mo es aquel en el que la ac=vidad de la enzima es máxima, depende del =po de enzima y de su localización. La temperatura óp=ma es aquella a la que la ac=vidad de la enzima es máxima, para una determinada enzima puede variar de unos organismos a otros en función del hábitat. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10009677 INHIBICIÓN ENZIMÁTICA Los inhibidores enzimá=cos son moléculas que interfieren en la catálisis enzimá=ca bien haciéndola más lenta o incluso deteniendo completamente la reacción (importantes en farmacología). Dis=nguimos: Inhibidores irreversibles (inac=vadores): reaccionan con algún grupo funcional del centro ac=vo bloqueando el si=o de unión del sustrato o dejarlo catalí=camente inac=vo. Es frecuente la formación de enlaces covalentes. Inhibidores reversibles: se pueden unir y disociar de la enzima. A menudo son análogos estructurales del sustrato, es decir, son similares estructuralmente. o Compe==vos: se unen a la enzima libre y evitan la unión del sustrato o No compe==vos: se unen al complejo enzima-sustrato y evitan que se produzca la reacción INHIBIDORES COMPETITIVOS vs. INHIBIDORES NO COMPETITIVOS Compiten con el sustrato en su unión al centro ac=vo Se unen al complejo ES en un si=o diferente al centro de la enzima (ganador depende de las [ ]). ac=vo, sin afectar la unión Experimentalmente se del sustrato. reconoce porque al aumentar la concentración de sustrato disminuye la inhibición. Parámetros ciné=cos de la reacción: Parámetros ciné=cos de la reacción: Vmáx no varía; Vmáx disminuye; incremento en Km Km no se modifica Lineweaver-Burk: Lineweaver-Burk: las rectas cortan el las rectas cortan el eje Y eje X REGULACIÓN DE LAS RUTAS METABÓLICAS El metabolismo se controla mediante la regulación de las concentraciones y ac=vidades enzimá=cas mediante: regulación alostérica (modificación no covalente), modificación covalente, compar=mentalización y control gené=co. REGULACIÓN POR ENZIMAS ALOSTÉRICAS Son moléculas complejas, mayoritariamente formadas por varias subunidades (estructura 4ª) con varios centros ac=vos, que =ene uno o varios centros reguladores (centros alostéricos) que carecen de ac=vidad catalí=ca y regulan la ac=vidad del centro ac=vo. Las enzimas alostéricas presentan diferentes formas más o menos ac=vas y el cambio de una forma a otra está inducido por la unión no covalente de moduladores (ac=vadores o inhibidores), que hace que la enzima varíe su afinidad por el sustrato y modifica su unión (coopera=vidad): Ac=vadores (+): cuando se unen, aumentan la ac=vidad del enzima Inhibidores (-): cuando se unen, disminuye la ac=vidad del enzima Cuando el centro regulador y el del sustrato es el mismo, la sustancia que modula es el propio sustrato y se denomina efecto homotrópico, cuando el modulador es otra sustancia dis=nta y afecta a otro si=o se denomina efecto heterotrópico. En muchas de las rutas celulares, la enzima reguladora está al comienzo, y es inhibida alostéricamente por el producto final, siempre que su concentración exceda las necesidades de la célula. Este proceso se le denomina retroinhibición o inhibición feed-back. Ciné?ca de las enzimas alostéricas La representación de la velocidad inicial frente a la concentración de sustrato da lugar a una curva sigmoide (no siguien el comportamiento Michaeliano). En este caso no se habla de una Km sino de una K0.5 o [S]0.5 para representar la concentración de sustrato a la que se observa la mitad de la velocidad máxima. Pequeñas modificaciones en la concentración del sustrato pueden desencadenar un gran cambio en la velocidad de la reacción que catalizan. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10009677 REGULACIÓN POR MODIFICACIÓN COVALENTE o Reversible La propiedades catalí=cas de muchos enzimas se alteran notablemente por la unión covalente de determinados grupos químicos que los modifican postraduccionalmente. La llevan a cabo enzimas específicas y es reversible. Existen muchos =pos de modificaciones covalente: fosforilación, me=lación, ace=lación, etc. o Irreversible: regulación por proteólisis Algunas enzimas se sinte=zan en forma de precursores inac=vos: proenzimas o zimógenos. Los zimógenos se convierten en los enzimas ac=vos por la rotura de uno o varios enlaces pepadicos, que hace accesible el centro ac=va de la enzima. Su modificación/ ac=vación es irreversible. Este fenómeno es esencial en enzimas diges=vas, que emplean este modo de regulación para ac=varse al secretarse fuera de la célula. Además muchas de estas enzimas actúan en cascada. ISOENZIMAS Son dis=ntas formas de un enzima que catalizan la misma reacción y permiten regular la ac=vidad metabólica. A menudo se expresan en tejidos u orgánulos diferentes, o bien en dis=ntas fases del desarrollo del individuo. Están codificadas por diferentes genes y, por tanto difieren en su composición de aa (secuencias similares pero no idén=cas), además varían en sis propiedades ciné=cas (Km Vmáx ) y en su regulación o distribución subcelular. Por lo tanto, la existencia de isoenzimas permite el ajuste fino del metabolismo para sa=sfacer las necesidades par=culares de un tejido o una etapa determinada del desarrollo. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10009677 TEMA 4. ESTRUCTURA Y ORGANIZACIÓN DEL GENOMA ÁCIDOS NUCLEICOS Son polímeros largos y lineales construidos a partir de 4 tipos de monómeros: nucleótidos: azúcar (pentosa; en DNA desoxirribosa y en RNA ribosa) + base (purinas: A, G; y pirimidinas: C, T en DNA y U en RNA) unida al átomo C1 del azúcar= nucleósido + fosfato. Para formar las cadenas de RNA o DNA, los nucleótidos se enlazan por medio de enlaces fosfodiéster o nucleotídicos para formar polinucleótidos cuyo sentido viene definido por los 2 carbonos que intervienen en este enlace. La unión es una esterificación que se realiza entre el grupo fosfato situado en posición 5' de un nucleótido y el grupo hidroxilo que se encuentra en el carbono 3' de otro nucleótido. Es una reacción de condensación, liberándose H2O. Representación esquemá?ca y abreviadas de la estructura de los ácidos nucleicos: Las cadenas de ácidos nucleicos pueden ser representadas por abreviaturas (pApGpCpT, pAGCT, AGCT) Tienen direccionalidad (se escriben en dirección 5 '→ 3') y los dos extremos son diferentes: uno =ene un grupo P+átomo C5' del azúcar y el otro extremo =ene un hidroxilo libre+C3' del azúcar. La secuencia de las bases es el contenido de información del ácido nucleico. DNA celular consta de dos hebras helicoidales de polinucleótidos enrolladas en torno a un mismo eje. El RNA consta de una sola hebra, pero se puede plegar sobre si misma formando estructuras complejas. En términos moleculares, gen: sec.nucleotídica que contiene la info.necesaria para la síntesis de un producto final. GENOMA Es el conjunto total de material genético hereditario presente en un organismo (en los ácidos nucleicos, DNA y RNA); contiene la info. biológica necesaria para la construcción, funcionamiento y perpetuación de las células. DNA: información genética estable transmitida entre generaciones. RNA: copia transitoria de esta información. EUCARIOTAS PROCARIOTAS (animales, plantas, levaduras y hongos) (bacterias) El material gené=co nuclear eucariota está distribuido El material gené=co en procariotas se encuentra en la en unidades que con=enen 1 moléc. lineal muy larga de región nucleoide. Una única molécula de DNA circular, dsDNA, asociada con proteínas (histonas y no histonas). asociada con proteínas de unión a DNA, cargadas Incluye tanto el material existente en el núcleo, como el posi=vamente (ligeramente) y similares a las histonas. de las mitocondrias y cloroplastos. Incluye la región nucloide y los plásmidos. GENOMA PROCARIOTA El genoma procariota está formado por el cromosoma del nucleoide y por los plásmidos. El cromosoma del nucleoide es una molécula de DNA bicatenario, circular y flexible, mucho más grande que la bacteria en sí, por lo que adapta una estructura terciaria de superenrollamiento (compactación), facilitada por enzimas girasas y topoisomerasas, y proteínas tipo histonas (falsas histonas), que enrollan y desenrollan el ADN según las necesidades de la célula (en replicación y transcripción debe desenrollarse al inicio y enrollarse al final). GENOMA EUCARIOTA DNA NUCLEAR DNA DE ORGÁNULOS Organizado en varias moléc.lineales (cromosomas). Genomas de mitocondrias y cloroplastos tienen caract. Humano: aprox.3.000 millones bp en 23 pares procariontes por su descendencia de bacterias libres que de cromosomas de las células somáticas. formaron simbiosis con el precursor de la célula eucarionte. Cromatina: material cromosómico disperso y DNA mitocondrial: única moléc. DNA circular de desordenado en los períodos de no división celular. organización compacta (- algunos eucariotas inferiores: Cromosoma: moléc. DNA altamente compactada. lineal y con zonas no codificantes), con gran diversidad de Cada uno de los cuerpos en que se organiza la tamaño, organización y complejidad génica. Algunas prot. cromatina del núcleo en las divisiones celulares. mitocondriales son codificadas por genes nucleares. DNA del cloroplasto: bicatenario y circular, de tamaño mayor que el de la mitocondria. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10009677 La organización dinámica del núcleo de la célula en subcompartimentos, con actividades biológicas distintas, representa un importante determinante de la función celular. Por un lado, el genoma tiene que estar protegido de modificaciones no controladas que pudieran comprometer su función, y tiene que ser replicado y segregado de forma fiable durante la división celular y la meiosis. Por otra parte, tiene que ser notablemente plástico para permitir la lectura, procesamiento, mantenimiento y transferencia de la información codificada en la secuencia de ADN según sea necesario para que la célula pueda adoptar diferentes estados funcionales. La ejecución de programas celulares está estrechamente vinculada a la regulación de la expresión génica, que a su vez requiere cambios correspondientes en la organización de la cromatina. El DNA mitocondrial presenta una serie de caracterís?cas que lo diferencian del ADN nuclear: Herencia materna: la madre transmite su genoma mitocondrial a todos sus hijos, pero solamente las hijas lo pasarán a todos los miembros de la siguiente generación. No sufre recombinación durante la reproducción y no se reciben las mitocondrias de los padres (destrucción de las mitocondrias del espermatozoide). Alta velocidad de mutación: el mtDNA presenta una tasa de mutación espontánea X10 a la del DNA nuclear. Todo esto lleva a que las mitocondrias se deterioren con la edad como consec. de la acumulación de mutaciones. Poliplasmia: consiste en el elevado número de copias de mtDNA que existen en cada mitocondria y por extensión en cada célula. Cada mitocondria contiene entre 2 y 10 moléculas de este DNA circular. Se pueden encontrar entre 1.000 y 10.000 copias de mtDNA dependiendo del tejido. Heteroplasmia: posibilidad de presentar más de un tipo de genoma mitocondrial dentro de una célula o individuo, debido a mutaciones que se pueden dar en el genoma mitocondrial (perjudiciales o no. Heteroplasmia en genomas mitocondriales: cuando se fertiliza un óvulo maduro, todas las mitocondrias de la célula diploide resultante son de origen materno. Si parte de estas mitocondrias maternas tienen una mutación, la distribución al azar de las mitocondrias durante las divisiones celulares posteriores producen células hijas con diferente número de mitocondrias mutantes; es decir con diversos grados de heteroplasmia. Estructura de la croma?na-cromosomas eucariotas La cromatina está compuesta de fibras de DNA protegidas por proteínas y pequeñas cant. RNA de pequeño tamaño. El DNA se asocia fuertemente con proteínas: No histonas; constituyen el armazón proteico de los cromosomas. Son: topoisomerasas, polimerasas, prot.reguladoras, otros enzimas nucleares. Histonas: proteínas de pequeño tamaño con elevado contenido de aa básicos; hay de cinco tipos (H1, H2A y H2B, H3 y H4). Están muy conservadas a lo largo de la evolución y sufren modificaciones covalentes por metilación, acetilación, fosforilación, ubiquitinación, etc. DNA eucariota se enrolla alrededor de histonas: nucleosomas (1r nivel empaquetamiento). Nucleosoma Unidad básica estructural de organización de la cromatina y constituye el primer nivel de empaquetamiento del DNA eucariótico del DNA eucariótico. Cada nucleosoma contiene 8 moléculas de histonas (2 copias de cada una) que forman el núcleo proteico: las histonas se disponen en un entorno central alrededor del cual se enrolla la molécula de DNA (contacto histona-DNA en regiones ricas en A=T); las colas (extremos aminotermianles de las histonas) se disponen al exterior y serán susceptibles de modificaciones covalentes. Un nucleosoma típico está asociado a 200pb de DNA, enrollándose alrededor del núcelo proteico 146pb en vueltas de sobre hélice (cuentas de rosario) y el resto como nexo de unión entre nucleosomas (DNA ligador o de enlace; unido a H1). A medida que el ADN se va organizando en pequeños nucleosomas, incrementa el grado de empaquetamiento hasta llegar a la cromatina: 1r nivel: el enrollamiento del DNA alrededor del núcleo proteico del nucleosoma hace que se compacte 7 veces. 2º nivel: los nucleosomas adoptan una disposición helicoidal formando una serie de capas apiladas consiguiéndose una compactación de 100 veces (fibra de 30 nm). Niveles superiores: el DNA se asocia con proteínas no histonas: algunas ayudan a mantener su estructura (cohesinas y condensinas) y otras regulan la expresión de genes específicos. En el último nivel de plegamiento la longitud del DNA se compacta 10.000 veces. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10009677 ESTRUCTURA GÉNICA Tanto los genes para RNA (exclusivamente se transcriben a RNA) como los genes para proteínas (se transcriben a mRNA, que se traducen a proteínas), contienen dos regiones: Región reguladora: contiene DNA regulador que precede al gen propiamente dicho (puede estar muy alejado). Este DNA es imprescindible para que el gen se transcriba, ya que es donde se produce la señal que indica que el gen se debe transcribir y delimita entre la región intergénica (contiene secuencias no codificantes: no se transcriben ni se traducen y suelen contener secuencias repetidas) y la intragénica, ya que también indica dónde se debe iniciar la transcripción, diferenciando los extremos del gen (intrones o exones) del DNA intergénico. Región estructural: contiene intrones (secuencias de DNA no codificante, que se transcribe, pero no se traduce) y exones (secuencias de DNA codificante, que se transcribe y se traduce). Tras la transcripción, se produce una maduración postranscripcional en la que se eliminan los intrones del RNA y se unen los exones, formando el RNA maduro, que en el caso del RNAm después se traduce en proteínas. Además, la secuencia intrónica de un tipo celular puede ser exónica en otro tipo celular, según cómo sea el corte y empalme del ARN (maduración postranscripcional), permitiendo que a partir de un mismo gen se puedan sintetizar numerosas proteínas. De esta forma, en términos moleculares, un gen (en el genoma nuclear eucarionte) es la secuencia de DNA (incluyendo exones, intrones y regiones reguladoras no codificantes) necesaria para la producción de un producto génico funcional (RNA o proteína). La longitud total del DNA, el número de genes y número de cromosomas, no están directamente relacionados con la complejidad de un organismo ya que la mayor parte del DNA eucariota es no codificante. Composición del genoma humano Solamente una pequeña fracción incluye genes que codifican proteínas (1-2 % exones). El significado biológico de las secuencias no codificantes no está, aún, del todo claro: Algunas regiones del DNA par=cipan directamente en la regulación de la expresión de los genes (promotores, señales de terminación, etc) Algunas regiones del DNA codifican para pequeños RNA reguladores con funciones poco conocidas Algunas regiones del DNA pueden no tener u=lidad (piezas de genes no deseados, restos de infecciones virales…) Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10009677