Explicación del tema 12
Tema 12. Proteínas y ADN
Introducción
La palabra proteína deriva de la palabra griega proyeios que significa “primero”. Son el componente esencial de la vida. Las proteínas son compuestos muy complejos formados por cadenas de cientos y miles de aminoácidos, junto con los ácidos nucleicos (DNA y RNA), los polisacáridos y los lípidos constituyen una de las cuatro macromoléculas complejas presentes en las células y tejidos.
Tú eres un ser viviente, llevas a cabo en el interior de tu organismo muchas funciones bioquímicas. Estás formado por miles de células y compuestos orgánicos, y algo fundamental: el ADN que está en todos los organismos vivos, y proporciona la información a la célula para que se reproduzca y te da la apariencia que te caracteriza, además de la herencia genética que recibiste de tus papás. El ADN es esencial para el estudio del papel que tienen los genes en las enfermedades que aquejan a la humanidad.
Explicación
12.1 Proteínas
Las proteínas están compuestas por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. La mayoría también contienen azufre y fósforo. Son el componente vital de la vida. Las proteínas son macromoléculas formadas por cadenas de aminoácidos unidos entre sí por enlaces peptídicos.
Un aminoácido es el compuesto que presenta dos grupos funcionales: grupo amino (-NH2) y el grupo carboxilo (-COOH).
Polimerización con enlaces peptídicos
Los polipéptidos son la base natural de las proteínas, son poliamidas de α-aminoácidos. Se caracterizan por esta unidad que se repite:
– NH – CH – C = O
| |
R
Imagen tomada de http://biomodel.uah.es/model3j_sm/pept.htm Sólo para fines educativos.
Donde R varía entre los treinta o más aminoácidos que forman las proteínas. Aunque se pueden producir sintéticamente, el gran interés está basado en los materiales naturales. Estos incluyen al algodón, seda y una variedad de fibras y plásticos hechos de proteínas extraídas de productos naturales.
Según el aminoácido es el radical que aparece en la estructura. Existen veinte aminoácidos naturales, diez son esenciales (se obtienen de la dieta) y se muestran con * en la siguiente tabla, en letra verde son los aminoácidos neutros, en letra naranja los básicos y letra azul los ácidos.
| Nombre | Abreviatura |
| Alanina | Ala |
| Asparagina | Asn |
| Cisteína | Cys |
| Glutamina | Gln |
| Glicina | Gly |
| Isoleucina* | Ile |
| Leucina* | Leu |
| Metionina* | Met |
| Fenilalanina* | Phe |
| Prolina | Pro |
| Serina | Ser |
| Treonina* | Thr |
| Triptofano* | Trp |
| Tirosina | Tyr |
| Valina* | Val |
| Arginina* | Arg |
| Histidina* | His |
| Lisina* | Lys |
| Ácido Aspártico | Asp |
| Ácido Glutámico | Glu |
12.2 Estructuras de las Proteínas
Todas las proteínas poseen una misma estructura química, la cual consiste en una cadena lineal de aminoácidos. La secuencia de estos aminoácidos marca la diferencia en cada una de las proteínas.
Se tiene que las estructuras de las proteínas se clasifican en:
- Estructura primaria: lo determina el número de aminoácidos presentes y el orden en que están enlazados.
- Estructura secundaria: se refiere a la forma que adquiere la proteína gracias a los enlaces que existen entre sus átomos. Las más estables son la lámina plegada y hélice.
- Estructura terciaria: es la responsable de las propiedades biológicas y de la forma tridimensional de la estructura.
- Estructura cuaternaria: son el resultado de la interacción de varias cadenas polipéptidas.
Imagen tomada de http://www.biologia.edu.ar/macromoleculas/figacro/3-14.gif Sólo para fines educativos.
Desnaturalización de las proteínas: consiste en la pérdida de la estructura terciaria y puede ser ocasionado por un cambio de temperatura o de pH. Ejemplos, un huevo cocido o al cortarse la leche.
12.3 El ADN, la clave de la vida
Unidades fundamentales
El ADN está formado por un grupo fosfato, unido a una desoxirribosa (azúcar) y una base nitrogenada, que puede ser derivada de las pirimidínicas (citosina y timina) o derivada de las púricas (adenina y guanina); todo esto forma un nucleótido, que polimerizado forma el ADN.
Imagen tomada de http://contenidos.educarex.es/cnice/biosfera/alumno/4ESO/genetica1/imagenes/citosina2.gif Sólo para fines educativos.
Imagen tomada de http://www.biologia.arizona.edu/biochemistry/problem_sets/large_molecules/06t.html Sólo para fines educativos.
En este polinucleótido (ADN) cada monómero (unidad fundamental) está unido uno con otro por medio de enlaces 3’,5’-fosfodiéster, en los cuales la parte del fosfato está pegado a la posición 3’ de un nucleótido y a la posición 5’ de otro, la secuencia terminal del ADN típicamente es que el 5’ termina en un monoéster fosfato y la 3’ en un grupo –OH libre, observa la figura que sigue:
Imagen tomada de http://www.uic.edu/classes/phys/phys461/phys450/ANJUM04/ Sólo para fines educativos.
Estructuras
Cada célula en un organismo vivo contiene el mismo ADN, particular para cada especie, la mayoría del ADN se encuentra en el núcleo de la célula. El ADN humano, el cual contiene 3 mil millones de pares de bases nitrogenadas (portadoras de aproximadamente 25,000 genes), son sólo un tramo del ADN que lleva los códigos para la producción de las proteínas. Esta cantidad de genes es aproximadamente el 5% del ADN total, aún no sé ha entendido la función del ADN restante, no codificado. En el caso de las proteínas y de los ácidos nucleicos, pueden ser identificados en términos de sus diferentes niveles de estructura.
Haz clic en cada concepto para ver a detalle.
Se refiere a la secuencia de los nucleótidos. La estructura primaria de un segmento de ADN que se muestra en la figura de abajo, leyendo de 5’ a 3’ es dACTG, en este sistema de nombre abreviado, se especifica solamente el orden de las bases nitrogenadas unidas a las columnas azúcar-fosfato. La “d” indica que el polinucleótido es ADN. Si se altera la estructura primaria cambia la forma de las funciones de los ácidos nucleicos.
Imagen tomada de http://www.um.es/molecula/anucl02.htm Sólo para fines educativos.
Cuando se aplica a proteínas, se refiere a α-hélice y la β-lámina. Es la hélice formada por la interacción de dos hebras de ADN. En la forma más comúnmente encontrada para el ADN, dos hebras simples están una al lado de la otra en un arreglo antiparalelo, con una hebra corriendo de 5’ a 3’ y la otra de 3’ a 5’. Las dos hebras de ADN son retenidas una con otra por el emparejamiento de las bases, además se forma un puente de hidrógeno entre las bases nitrogenadas unidas a la columna azúcar-fosfato. Los pares de bases son complementarios, lo cual significa que forman dos puentes de hidrógeno entre Adenina-Timina y tres puentes de hidrógeno entre Citosina-Guanina, siempre se forman los mismos pares.
Imagen tomada de http://adnestructurayfunciones.files.wordpress.com/2009/09/enlaces_hidrogeno.jpg
Sólo para fines educativos.
Las dos hebras del ADN, al torcerse y formar una hélice, recuerdan una escalera en espiral. La columna azúcar-fosfato, con sus grupos fosfatos con carga negativa, está en la parte de afuera de la espiral y las bases están adentro donde ocurre el emparejamiento. La estructura secundaria se mantiene estable por la interacción hidrofóbica entre las bases vecinas de la misma hebra de ADN.
Para ácidos nucleicos se refiere a una forma general tridimensional, incluyendo la contribución de la estructura secundaria. Un ejemplo relativamente simple es el súper enrollamiento que toma lugar con los plásmidos: una forma circular muy particular del ADN que se encuentra en las bacterias. Las enzimas, llamadas topoisomerasas, catalizan el cambio de los plásmidos a un estado más compacto.
Imagen tomada de http://chemistry.tutorvista.com/biochemistry/nucleic-acid-structure.html
Sólo para fines educativos.
La estructura terciaria del ADN que se encuentra en el núcleo de las plantas y animales es más compleja, pues implica que la doble hélice se retuerza en una forma más ajustada, envuelven a unas proteínas llamadas histonas y forma nucleosomas; las hebras de ADN que conectan a los nucleosomas se retuercen más para producir una estructura enrollada que forma una fibra llamada cromatina.
Imagen tomada de http://eduredes.ning.com/profiles/blogs/los-acidos-nucleicos. Sólo para fines educativos.
Antes de la división celular, cada molécula de cromatina se enrolla y dobla hasta volverse un cromosoma. Las células humanas tienen, normalmente, 23 pares de cromosomas, donde un miembro del par es aportado por el padre y el otro miembro por la madre.
Imagen tomada de http://www.botanica.cnba.uba.ar/Pakete/3er/LaCelula/Nucleo.htm Sólo para fines educativos.
Mutación. Un cambio permanente en la estructura primaria del ADN se llama mutación, puede involucrar el cambio de una de las bases por otra en el par o la adición o supresión del par nitrogenado. Algunos errores en la replicación y exposición a agentes que causan mutación, como los rayos X, radicación UV, radiación nuclear y a sustancias químicas, son causa de mutación.
Muchos de los cambios se reparan en la replicación o las enzimas reparadoras del ADN, en este momento están inspeccionando tu ADN existente y están reparando los daños que encuentran; mientras algunas mutaciones afectan solamente a un individuo, hay mutaciones que se llevan a cabo en el óvulo o en las células del esperma y son heredadas.
La lista de enfermedades genéticas es grande, en los humanos han sido identificadas alrededor de 4000. La susceptibilidad al cáncer de colón y cáncer de seno es ligada a mutaciones en las enzimas reparadoras del ADN; la fibrosis quística se debe a la supresión en la proteína de la membrana del residuo de fenilalanina, y la anemia drepanocítica, a la sustitución de un ácido glutámico por valina en la cadena β de la hemoglobina.
Cierre
Como has podido ver, las proteínas son la base del ADN, el cual es el eje de las funciones en los organismos, es como un mapa, allí están guardados los pasos para edificar los elementos que forman a una célula. Tu ADN es único, es como una huella, de allí la importancia que hayas revisado las unidades que lo forman y las estructuras que posee.
Checkpoint
Asegúrate de poder:
- Identificar los grupos funcionales presentes en las proteínas.
- Reconocer Las diversas funciones de las proteínas en los seres vivos.
- Comprender el mecanismo que impide las mutaciones de ADN a nivel celular.