BIOQUIMICA DE LAS PROTEINAS

1. BIOQUIMICA DE LAS PROTEINAS

2. CONCEPTOS INICIALES

3. Bioquímica • Concepto: Es el estudio de las sustancias presentes en los organismos vivos y de las reacciones químicas en las que se basan los procesos vitales.

4. Objeto • Su objetivo principal es el conocimiento de la estructura y comportamiento de las moléculas biológicas, que son compuestos de carbono que forman las diversas partes de la célula y llevan a cabo las reacciones químicas que le permiten crecer, alimentarse, reproducirse y usar y almacenar energía.

5. Acidos nucléicos • Los ácidos nucleicos son responsables del almacen y transferencia de la información genética. Son moléculas grandes formadas por cadenas largas de unas subunidades llamadas bases, que se disponen según una secuencia exacta. Éstas, son "leídas" por otros componentes de las células y utilizadas como patrones para la fabricación de proteinas. Hay 2 tipos de ácidos nucleicos el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN), y están presentes en todas las células.

7. Síntesis de proteína • El mensaje genético se encuentra en las cadenas de ADN. Para que la célula se divida este ADN dedbe duplicarse: REPLICACIÓN, repartiéndose entre las células hijas. • Durante la interfase el funcionamiento de la célula está dirigido por las proteínas. A partir del ADN se forma una molécula de ARN (TRANSCRIPCIÓN) que sale del núcleo: ARN y es "leído" por el  RNAr con la ayuda delRNAt que le provee los aminoácidos para la formación de las proteínas: TRADUCCIÓN

9. El apareamiento de bases entre DNA y RNA sería el siguiente: DNA – RNA A – U G – C T – A C – G • El apareamiento normal en una doble cadena de DNA sería: • DNA – DNA • A – T • G – C • T - A • C – G

10. Proteínas • Las proteínas son moléculas grandes formadas por pequeñas subunidades denominadas aminoácidos. Utilizando sólo 20 aminoácidos distintos, la célula elabora miles de proteínas diferentes, cada una de las cuales desempeña una función altamente especializada.

12. Proteínas • Son biopolímeros grandes muchos de los cuales funcionan como enzimas. Otros sirven como componentes estructurales importantes de las células y de los organismos. Su estructura está determinada en gran parte, por el orden de los aminoácidos que se unen. Este orden, a su vez, está codificado por los genes.

13. Carbohidratos • Los hidratos de carbono son las moléculas energéticas básicas de la célula. Contienen proporciones aproximadamente iguales de carbono e hidrógeno y oxígeno. • Las plantas obtienen lo carbohidratos de la fotosíntesis • Los animales, obtienen sus hidratos de carbono de los alimentos

14. Lípidos • Los lípidos son sustancias grasas que desempeñan diversos papeles en la célula. Algunos se almacenan para ser utilizados como combustible de alto valor energético, mientras que otros se emplean como componentes esenciales de la membrana celular

15. Metabolismo • Todas éstas moléculas y la misma célula, se hallan en constante variación. Una célula no puede mantenerse viva a menos que esté continuamente formando y rompiendo proteínas, hidratos de carbono y lípidos; reparando los ácidos nucleicos dañados y utilizando y almacenando energía. El conjunto de estos procesos activos y dependientes de la energía se denomina metabolismo

16. Proteínas • La función primordial de la proteína es: • producir tejido corporal y • sintetizar enzimas. • Las proteínas animales y vegetales no se utilizan en la misma forma en que son ingeridas, sino que las enzimas digestivas (proteasas) deben descomponerlas en aminoácidos que contienen nitrógeno.

17. Proteínas • Rompiendo los enlaces de péptidos que ligan los aminoácidos ingeridos para que éstos puedan ser absorbidos por el intestino hasta la sangre y reconvertidos en tejido.

18. Aminoacidos • De los 20 aminoácidos que componen las proteínas, ocho se consideran esenciales es decir: como el cuerpo no puede sintetizarlos, deben ser tomados ya listos a través de los alimentos. Si estos aminoácidos esenciales no están presentes al mismo tiempo y en proporciones específicas, los otros aa, no pueden utilizarse para construir las proteínas.

19. Aminoacidos • Existen en la naturaleza aproximadamente unos 300 aminoácidos diferentes, pero solo 20 de ellos son de importancia al encontrarse en la formación de las moléculas de proteína de todas las formas de vida: vegetal, animal o microbiana. Estos son sintetizados a partir de precursores más sencillos o absorbidos como nutrientes.

20. Aminoacidos • Los aminoácidos se subdividen en: • Cetogénicos: Dan origen a acetil-CoA y acetoacetil CoA • Glucogénicos: Dan origen a glucosa por medio de oxalacetato y piruvato. • Estrictamente acetogénicos: Que dan origen acetocetil CoA o acetil CoA (lisina y leusina).

21. Aminoacidos • Un aminoácido, como su nombre indica, es una molécula orgànica con un grupo amino (-NH2) y un grupo carboxilo (-COOH; ácido). Los aminoácidos más frecuentes y de mayor interés son aquellos que forman parte de las proteínas. Dos aminoácidos se combinan en una reacción de condensación que libera agua formando un enlace peptídico. Estos dos "residuos" aminoacídicos forman un dipéptido. Si se une un tercer aminoácido se forma un tripéptido y así, sucesivamente, para formar un polipéptido. Esta reacción ocurre de manera natural en los ribosomas, tanto los que están libres en el citosol como los asociados al retículo endoplasmático.

22. Aminoacidos • Todos los aminoácidos componentes de las proteínas son alfa-aminoácidos, lo que indica que el grupo amino está unido al carbono alfa, es decir, al carbono contiguo al grupo carboxilo. Por lo tanto, están formados por un carbono alfa unido a un grupo carboxilo, a un grupo amino, a un hidrógeno y a una cadena (habitualmente denominada R) de estructura variable, que determina la identidad y las propiedades de los diferentes aminoácidos; existen cientos de cadenas R por lo que se conocen cientos de aminoácidos diferentes, pero sólo 20 forman parte de las proteínas y tienen codones específicos

23. Aminoácidos "R" representa la cadena lateral, específica para cada aminoácido.

24. Aminoácidos • Cuando los grupos amino y carboxilo de los aminoácidos se combinan para formar enlaces peptídicos, los aminoácidos constituyentes se denominan residuos de un aminoácido. • Un péptido consiste en dos o más residuos de aminoácido unidos por enlaces peptídicos. • Los péptidos con más de 10 residuos de aminoácidos se denominan polipéptidos.

25. Aminoácidos • El orden de unión de los residuos diferentes tiene gran importancia ya que determina la proteína y consecuentemente su función. Los biopolímeros tienen propiedades distintivas muy diferentes a las unidades que las constituyen, así por ejemplo el almidón no es soluble en agua ni tiene sabor dulce, si bien es un polímero de la glucosa.

26. Aminoacidos esenciales • Valina (Val) • Leucina (Leu) • Treonina (Thr) • Lisina (Lys) • Triptófano(Trp) • Histidina (His) • Fenilalanina (Phe) • Isoleucina (Ile) • Arginina (Arg) (Requerida en niños y tal vez ancianos) • Metionina (Met)

27. Aminoacidos sintetizados por el cuerpo • Alanina (Ala) • Prolina (Pro) • Glicina (Gly) • Serina (Ser) • Cisteína (Cys) • Asparagina (Asn) • Glutamina (Gln) • Tirosina (Tyr) • Ácido aspártico (Asp) • Ácido glutámico (Glu)

28. METABOLISMO DE LAS PROTEÍNAS

29. Metabolismo de Amino Acidos

30. USOS METABÓLICOS DE LOS AMINOÁCIDOS • Los aminoácidos absorbidos por la sangre, procedentes de los intestinos, se utilizan de muchas maneras en el cuerpo. • Son nuestra principal fuente de nitrógeno, un elemento esencial para la vida. • Las células utilizan también los aminoácidos para sintetizar las proteínas de los tejidos que se utilizan en la formación de células nuevas o para acondicionar las viejas. Se necesitan grandes cantidades de proteínas durante los períodos de crecimiento rápido o de larga convalecencia (quemaduras, hemorragias e infecciones). • También los aminoácidos se usan en síntesis de otros aminoácidos, enzimas, hormonas, anticuerpos y compuestos no proteínicos que contienen nitrógeno como los ácidos nucleicos y los grupos hemo.

31. USOS METABÓLICOS DE LOS AMINOÁCIDOS • Los aminoácidos no se almacenan en el cuerpo, como los carbohidratos (en forma de glucógeno) y los lípidos (en forma de grasa). En cambio el cuerpo mantiene una reserva de aminoácidos, cuyo contenido cambia de manera constante (1-2%), ya que las proteínas de los tejidos se degradan y sintetizan continuamente.

32. BIOSÍNTESIS DE AMINOÁCIDOS • La Biosíntesis de aminoácidos comprende la síntesis proteínica, la degradación y conversión de los esqueletos del carbono de los aminoácidos a intermediarios anfibólicos, la síntesis de la urea, y la formación de una amplia variedad de compuestos funcionalmente activos, como la serotonina (neuro transmisor sintetizado en el tejido nervioso).

33. BIOSÍNTESIS DE AMINOÁCIDOS • Para propósitos prácticos puede considerarse que existen 20 aminoácidos en las proteínas de los mamíferos. Si, durante la síntesis proteínica, falta uno solo de estos aminoácidos, la síntesis cesa.

34. BIOSÍNTESIS DE AMINOÁCIDOS • Los aminoácidos pueden ser sintetizados por el cuerpo, en un proceso llamado transaminación. La transaminación implica la transferencia de un grupo amino de un carbono a otro. El donador del grupo amino es un aminoácido y la molécula receptora es un -cetoácido (un ácido que contiene un grupo funcional cetona en el carbono , que es el carbono contiguo al grupo carboxilo)

35. BIOSÍNTESIS DE AMINOÁCIDOS • Los aminoácidos absorbidos por la sangre, procedentes de los intestinos, se utilizan de muchas maneras en el cuerpo. Son nuestra principal fuente de nitrógeno, un elemento esencial para la vida. Las células utilizan también los aminoácidos para sintetizar las proteínas de los tejidos que se utilizan en la formación de células nuevas o para acondicionar las viejas.

36. BIOSÍNTESIS DE AMINOÁCIDOS • Se necesitan grandes cantidades de proteínas durante los períodos de crecimiento rápido o de larga convalecencia (quemaduras, hemorragias e infecciones). También los aminoácidos se usan en síntesis de otros aminoácidos, enzimas, hormonas, anticuerpos y compuestos no proteínicos que contienen nitrógeno como los ácidos nucleicos y los grupos hemo.

37. BIOSÍNTESIS DE AMINOÁCIDOS • Los aminoácidos no se almacenan en el cuerpo, como los carbohidratos (en forma de glucógeno) y los lípidos (en forma de grasa). En cambio el cuerpo mantiene una reserva de aminoácidos, cuyo contenido cambia de manera constante (1-2%), ya que las proteínas de los tejidos se degradan y sintetizan continuamente.

38. BIOSÍNTESIS DE AMINOÁCIDOS SÍNTESIS ESPECÍFICAS • Los aminoácidos intervienen en la síntesis de muchos compuestos metabólicos. Los siguientes son solo algunos ejemplos. La tiroxina se utiliza para producir las hormonas adrenalina y noradrenalina y tiroxina, así como el pigmento de la piel llamado melanina. El triptófano se utiliza en la síntesis de la sustancia química llamada serotonina, que se relaciona con la transmisión nerviosa, y para sintetizar las coenzimas, NAD+ y NADP+. La serina se convierte en etanolamina que se encuentra en los lípidos, en la cisteína se utiliza en la síntesis de la sales biliares.

39. Síntesis de proteínas • Las proteínas, por su tamaño, no pueden atravesar la membrana plasmática de la célula, por eso es que existe en su interior un mecanismo que las construye (síntesis) según las necesidades que tenga en ese momento la célula.

40. SÍNTESIS DE PROTEINAS Etapas de la biosíntesis de proteínas : • a) Transcripción • b) Traducción Iniciación de la síntesis. Elongación de la cadena polipeptídica. Terminación de la síntesis.

41. Síntesis de proteínas • A) Transcripción: Ocurre dentro del núcleo de las células eucariotas, aquí la secuencia de nucleótidos que denominamos gen (segmento de ADN que determina una proteína) se transcribe en una molécula de ARN.

42. Síntesis de proteínas • Para formar la hebra de ARN a partir del ADN se debe tener en cuenta que cada nucleótido del ADN se ensambla con un determinado nucleótido del ARN. La molécula helicoidal de ADN se desenrolla y deja accesible la hebra paralela, a partir de la cual se inicia la síntesis (armado) del ARN. La enzima (polimesara del ARN) que controla la reacción detecta una región de la secuencia del ADN, llamada promotor, que marca el punto de inicio de la síntesis. La enzima se une al ADN en el sitio preciso para iniciar la síntesis de ARN y selecciona el primer nucleótido, que se convertirá en el extremo 5' de la cadena

43. Síntesis de proteínas • A continuación, se desplaza rápidamente por la cadena de ADN, añadiendo los nucleótidos correspondientes a la cadena de ARN. Según se forma, el ARN se va separando del ADN, comenzando por el extremo 5'; no obstante, hasta que no se llega al extremo 3' no se separa la molécula de ARN. Los nucleótidos se añaden uno por uno en orden complementario, de esta manera la adenina del ADN se combina con el uracilo del ARN (A – U), en el mismo orden, la timina se ensambla con la adenina (T – A), y la citosina se combina con la guanina y viceversa (C – G, G – C). Hay por lo tanto complementariedad entre el ARN y el ADN de donde se copia. Al conservar la información impresa en esta parte del genoma (dotación genética), el ARN se constituye en portador de las instrucciones que determinan la secuencia de aminoácidos de una proteína

44. Síntesis de proteínas • Dichas instrucciones , se descifran leyendo los nucleótidos de tres en tres ("tripletes de nucleótidos“ o codon), y cada triplete de nucleótido determina uno de los 20 aminoácidos existentes- Durante la traducción, a medida que se "leen" los codones, se van añadiendo los aminoácidos correspondientes a la proteína que se está formando.

45. SÍNTESIS DE PROTEINAS • La síntesis de proteínas o traducción tiene lugar en los ribosomas simples del citoplasma o los adheridos al retículo endoplasmático. En las Eucariotas la trasncripción ocurre en el nucleo Los aminoácidos son transportados por el ARN de transferencia (ARNt), específico para cada uno de ellos, hasta el citoplasma donde se aparea con el ARN mensajero (ARNm), donde se aparean el codón de éste y el anticodón del ARN de transferencia, por complementariedad de bases. Así, siguiendo la secuencia dictada originalmente por el DNA, las unidades de aminoácidos son alineadas una tras otra y, a medida que se forman los enlaces peptídicos entre ellas, se unen en una cadena polipeptídica.

46. SÍNTESIS DE PROTEINAS • La molécula de tRNA es el adaptador (anticodon) que aparea el aminoácido correcto con cada codón de mRNA durante la síntesis de proteínas. • Las enzimas conocidas como aminoacil-tRNA sintetasas catalizan la unión de cada aminoácido a su molécula de tRNA específica.

47. Síntesis de proteínas • El trabajo de los ARNt consiste en tomar del citosol a los aminoácidos y conducirlos al ribosoma en el orden marcado por los nucleótidos del ARNm, que son los moldes del sistema. La síntesis de las proteínas comienza con la unión entre sí de dos aminoácidos y continúa por el agregado de nuevos aminoácidos -de a uno por vez- en uno extremos de la cadena.

48. Síntesis de proteínas • Cada tipo de ARNt lleva antepuesto el nombre del aminoácido que transporta: lisinil-ARNt para el de la lisina, fenilalanil-ARNt para el de la fenilalanina, metionil-ARNt para el de la metionina, etc. Por su lado el ARNt unido al aminoácido compatible con él se designa aminoacil-ARNtaá, en el que "aá" corresponde a la sigla del aminoácido. Por ejemplo, leucinil-ARNtLeu, lisinil-ARNtlys, fenilalanil-ARNtPhe, metionil-ARNtMet, etc

49. Síntesis de proteínas • 2) Traducción : Es la síntesis de proteína propiamente dicha) el ARN pasa del núcleo al citoplasma donde es traducida por los ribosomas que arman una proteína

50. SÍNTESIS DE PROTEINAS • La síntesis de proteínas o traducción del ADN es el proceso anabólico mediante el cual se forman las proteína partir de los aa. Es el paso siguiente a la transcripción del ADN a ARN. Como existen veinte aminoácidos diferentes y sólo hay cuatro nucleótidos en el ARN (Adenina, Uracilo, Citosina y Guanina), es evidente que la relación no puede ser un aminoácido por cada nucleótido, ni tampoco por cada dos nucleótidos, ya que los cuatro tomados de dos en dos, sólo dan dieciséis posibilidades. La colinearidad debe establecerse como mínimo entre cada aminoácido y tripletes de nucleótidos. Los tripletes que codifican aminoácidos se denominan codones.