Bioquímica: bioelementos, Apuntes de Bioquímica

¡Descarga Bioquímica: bioelementos y más Apuntes en PDF de Bioquímica solo en Docsity! CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS ENZIMAS Necesidad de las enzimas • Velocidad de reacción • Especificidad Clasificación y nomenclatura Mecanismo de acción • Centro activo 1.NECESIDAD DE LAS ENZIMA Son catalizadores biológicos, catalizan reacciones de manera muy específica, sin modificar nada son necesarias para la vida. Con excepción de un pequeño grupo de moléculas de RNA con propiedades catalíticas, llamados ribozimas, todas las enzimas son PROTEÍNAS. 1.1. VELOCIDAD DE REACCIÓN 1.1.1.¿DE QUÉ DEPENDE LA VELOCIDAD EN UNA REACCIÓN QUÍMICA?  Velocidad de reacción: sustrato o producto por unidad de tiempo. Factores -Naturaleza química de los reactantes - estados físicos de los reactantes: hidratación -Temperatura: 37ºC -Concentraciones de los reactantes -La presencia de un catalizador CONCENTRACIONES Y VELOCIDAD DE REACCIÓN V1=K1 [A][B] V2=K2[C][D] 1.1.2.¿CUAL ES LA REACCIÓN MÁS FAVORECIDA? La energía libre es la que se puede utilizar en la reacción. Varía entre los dos estados de una reacción. El sistema evoluciona hacia un nivel de energía mayor o menor que la original  Mayor energía final= no espontánea= endergónica  Menor energía final= espontánea= exergónica Las condiciones fisiológicas la Tª es 37ºC 1.1.3.¿COMO ACTUAN LOS ENZIMAS? Igualamos las velocidades, ya que hay equilibrio. Obtenemos que: Keq=[C][D]/[A][B] En todas las enzimas tiene que haber un sitio activo. Tienen un alto poder catalítico. Una enzima típica cataliza la reacción alrededor de un millar de moléculas de sustrato por segundo. Esto significa que es capaz de unirse a una nueva molécula de sustrato en una fracción de milisegundo 1.2. ESPECIFICIDAD 2.CLASIFICACIÓN Y NOMENCLATURA 2.1. IDENTIFICACIÓN DE LOS ENZIMAS  Nombre común: sustrato, fuente i actividad original  Indicando el nombre del sustrato y después el tipo de reacción terminando en -asa  Denominación U.I.B.: código internacional de 4 cifras precedido de las letras E.C Existen 6 tipos de enzimas: 2.2. ISOZIMAS O ISOENZIMAS Son enzimas que difieren en du secuencia de aminoácidos peo catalizan la misma reacción. Están codificados por diferentes genes. Se diferencian en las propiedades cinéticas, la regulación y en la expresión temporal (enzimas en el feto y el adulto) o espacial (LDH). 2.3. ESTRUCTURA DE LA ENZIMAS COFACTORES DE LOS ENZIMAS Las coenzimas son moléculas orgánicas pequeñas, derivadas con frecuencia de las vitaminas, Si se unen fuertemente a la enzima se llaman grupos prostéticos, si se unen débilmente: cosustratos. Los enzimas que usan la misma coenzima tienen similares mecanismos de reacción Disminuyen la energía de activación, la energía necesaria para llegar al estado de transición y de este modo aumentan la velocidad. No modifican el equilibrio ni la energía libre final. No se consumen ni modifican en el proceso 3.ESPECTROS DE ABSORCIÓN DE LOS NUCLEÓTIDOS El grupo amino de las bases nitrogenadas son capaces de absorber la luz UVA de 260nm. En el laboratorio se utiliza para detectar la presencia de nucleótido. 4.FUNCIONES DE LOS NUCLEÓTIDOS 1- Constituyentes de los ácidos nucleicos: DNA (ácido desoxirribonucleico) y RNAs (ácidos ribonucleicos). 2- Unidad de intercambio de energía en los procesos metabólicos: ATP y GTP. 3- Reguladores metabólicos: modulan de forma alostérica la actividad de muchas enzimas: ATP, dATP, ADP, AMP. (Ej. Ribonucleótido reductasa) 4- Intermediarios en las señales iniciadas por hormonas y otros estímulos extracelulares: GTP, AMPcíclico y GMPcíclico. 5- Base estructural de cofactores enzimáticos e intermediarios metabólicos: Coenzima-A, NADH, NADPH, FAD, Acetil-CoA, etc… 5.ESTRUCTURA DE LOS ÁCIDOS NUCELICOS Los nucleótidos se unen entre si mediante un enlace fosfodiéster, que se da entre el grupo fosfato situado en el C5’ de un nucleótido y el grupo OH del C3’ del siguiente. Por eso hablamos de polaridad, el ADN se lee en dirección 5’-3’. El ADN es una molécula cargada negativamente, lo que nos permite realizar distintos procesos en el laboratorio. 6. ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL DEL ADN  Antecedentes: -El DNA de distintos tejidos de un organismo tiene la misma composición de bases. - La composición de bases cambia de una especie a otra. - La composición de bases no se modifica con la edad, nutrición, entorno, etc… - Moléculas largas (5.000-1.000 millones pb) A=T y G=C A+G=T+C (Principio de Chargaff) - Molécula helicoidal: Imagen de difracción de Rayos X 6.1. ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL DEL ADN/ MODELO DE WATSON Y CRICK  El DNA es bicatenario (2 hebras).  Cada hebra se enrolla a lo largo de un eje central en sentido dextrógiro: doble hélice  El esqueleto de azúcar-fosfato se sitúa en el exterior (polar).  Las bases, hidrofóbicas, se localizan en el interior  Las hebras son antiparalelas (5’ 3’ y 3’ 5’)  Doble surco (que permiten el acceso a las bases nitrogenadas)  Cadenas complementarias, no iguales. A=T y G=C Las bases complementarias se unen mediante en laces o puentes de hidrógeno, según la estructura de la base nitrogenada se establecerán dos o tres. 6.2. ESTABILIZACIÓN DE LA ESTRUCTURA DEL ADN  Enlaces covalentes: enlace fosfodiéster. Es un enlace muy estable: resistente a la hidrólisis no enzimática y a los álcalis.  Enlaces débiles: puentes de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas, fuerzas de Van der Waals e interacciones iónicas con cationes: Mg2+ 6.3. SUCESIVOS NIVELES DE COMPACTACIÓN: La doble hélice se organiza en torno a las proteínas histonas, formando los nucleosomas, que se enrollan y compactan formando un CROMOSOMA 7. ESTRUCTURA DEL ARN  El RNA es una cadena sencilla de ribonucleótidos. Contienen ribosa en lugar de desoxirribosa lo que le confiere una mayor reactividad, y uracilo en lugar de timina. Las cadenas muestran direccionalidad: 5´- -3´.  Cadena sencilla que puede plegarse por apareamiento de pares convencional (A) y “no convencionales” (B) adquiriendo complejas y variadas estructuras tridimensionales (C).  Tamaños diversos: los RNAs presentan tamaños muy variables 8. EL ARNm • Cadena sencilla: longitud muy variable.  Las regiones complementarias del RNA pueden aparearse. • Las regiones apareadas adoptan frecuentemente una estructura de una doble hélice dextrógira. • Son frecuentes las estructuras en forma de horquilla. • Puede plegarse sobre sí mismo adoptando estructuras terciarias tridimensionales compactas y variadas. 9. EL ARN DE TRANSFERENCIA  Unen aminoácidos. Su función es la de incorporar aminoácidos a las cadenas crecientes de proteínas que se sintetizan en los ribosomas.  Longitud: entre 73-93 nucleótidos. Abundan las bases nitrogenadas modificadas., la ribo timina, por ejemplo.  Contienen regiones complementarias que dan lugar a su estructura secundaria conocida como hoja de trébol y una estructura terciaria en forma de L invertida. 10. EL ARN RIBOSÓMICO  Unidos a proteínas dan lugar a las distintas subunidades de los ribosomas interviniendo en la síntesis de proteínas.  Algunos RNAs ribosómicos presentan actividad catalítica peptidil-transferasa (son ribozimas).  Secuencias de nucleótidos muy diversas entre especies pero con estructuras tridimensionales complejas muy conservadas. A) ESTRUCTURA SECUNDARIA B) ESTRUCTURA TERCIARIA 5.2. INHIBICIÓN REVERSIBLE NO COMPETITIVA: el inhibidor se une a un sitio distinto al que se une el sustrato a la enzima.  Con altas concentraciones de sustrato no desaparece la inhibición.  Las fijaciones de sustrato e inhibidor no son mutuamente exclusivas.  Se modifica la Vmax pero no la Km. Ya que la gráfica es recíproca 5.3. INHIBIDOR ACOMPETITIVO Se une reversiblemente al complejo ES dando lugar al complejo no productivo ESI Suele modificar la Km y suele disminuir la Vmax. La presencia del inhibidor reduce la concentración del complejo ES y por tanto la Vmax 5.4. INHIBIDOR IRREVERSIBLE El efecto de un inhibidor depende del tiempo y de la cantidad de inhibidor. Reaccionan con un grupo químico del enzima uniéndose covalentemente, la enzima no se puede recuperar. Son por lo general altamente tóxicos. Hay dos tipos:  Análogos del estado de transición. Inducen a que la enzima tenga la conformación del estado de transición y se bloquea la enzima.  Sustratos suicidas. Mucha especificidad y mucha potencia. Son los que más se utilizan en los fármacos COENZIMAS Y VITAMINAS  Coenzimas  Vitaminas: clasificación y pseudovitaminas Son fáciles de obtener, por ello no aparecen reguladas en los genes. 1.COENZIMAS  So moléculas orgánicas no proteicas  Son elementos termoestables  No son responsables de la especificidad enzimática  Vuelven tras una o varias reacciones a su estado inicial  En general requieren coenzimas las siguientes reacciones: oxidorreducciones, transferencias, isomerizaciones, uniones (ligasas).  Muchos son derivados de nutrientes esenciales (vitaminas). 2.VITAMINAS  Las vitaminas hidrosolubles no se almacenan en el organismo con excepción de la vitamina B12, las liposolubles si  Vitámeros: variaciones estructurales con actividad vitamínica 2.1. VITAMINAS HIDROSOLUBLES: B Y C COMPLEJO B La falta de vitamina B da lugar a trastornos neurológicos. 2.1.1. VITAMINA B1: TIAMINA En forma de TPP (tiamina pirofosfato) participa como coenzima en reacciones de decarboxilación: transferencias de grupos aldehídos. 2.1.1. VITAMINA B2: RIBOFLAVINA Es el precursor de unos de los cofactores más importantes, FAD (flavina adenina dinucleótido) y FMN (flavina adenina mononucleótido). Carencias se dan en el embarazo, por ejemplo, y el cáncer produce una mayor necesidad. Participa en reacciones de óxido-reducción. Está presente en alimentos verdes. 2.1.3. VITAMINA B3 (NIACINA, ÁC. NICOTÍNICO) Componente principal de los cofactores NAD y NADP. Se consume en fuentes ricas en triptófano. Juega un papel fundamental en el metabolismo energético y la reparación del ADN. Hay un déficit asociado al alcoholismo. Participa en reacciones de óxido- reducción. Por ello puede tener una forma oxidada o reducida: NAD/ NADH y fosforilado o no NADP+/NADPH. 2.1.4. VITAMINA B5: ÁCIDO PANTOTÉNICO Es necesario para formar la coenzima A. La coenzima A actúa como transportador de acetilos. Interviene el metabolismo de glúcidos, lípidos y proteínas. 2.1.5. VITAMINA B6 (PIRIDOXAL, PIRIDOXINA, PIRIDOXAMINA) La coenzima que forma es el piridoxal fosfato. Interviene en el metabolismo de moléculas que tienen grupo amino, y es necesario para la liberación de glucosa a partir de glucógeno. 2.1.6. VITAMINA B7: BIOTINA Es importante en el metabolismo de ácidos grasos, aminoácidos, bases púricas, gluconeogénesis y ciclo de Krebs y es un transportador de grupos monocarbonados en su forma más oxidada (CO2). La sintetizan las bacterias de la flora intestinal. 2.1.7. VITAMINA B9: ÁCIDO FÓLICO Actúa como cofactor enzimático del tetrahidrofolato, transfiere grupos monocarbonados. Es necesario en la síntesis de aminoácidos y nucleótidos, por tanto, de ácidos nucleicos. Tiene interacción con la B12. 2.1.8 VITAMINA B12: COBALAMINA (la única que tiene un metal) No se fabrica en las células vegetales. Necesita para su absorción en el íleon de un factor gástrico, el factor intrínseco de Castle. Interviene en dos vías metabólicas: la metilcobalamina (transferencia de grupos metilo y síntesis de metionina, liberando tetrahidrofolato) y 5’- desoxiadenosilcobalamina. 2.1.9. VITAMINA C / ÁCIDO L- ASCÓRBICO) Tiene una alta capacidad de óxido-reducción. Vitameros: forma reducida: ascórbico, y forma oxidada: deshidroascórbico. Es requerida en la síntesis de colágeno, dopamina, noradrenalina, favorece la absorción intestinal del hierro y actúa como antioxidante. Actúa de coenzima con la prolil 4-hidroxilasa que contiene Fe2+. Esencial para mantener el colágeno. Coenzima en las hidroxilasas que contienen Cu2+ y mantener el cobre en estado reducido Cu. 2.2. VITAMINAS LIPOSOLUBLES. No tienen movilidad libre, por lo que se unen a diferentes moléculas para perder ser transportadas, por ejemplo, la albumina. 2.CLASIFICACIÓN 3. MONOSACÁRIDOS Gran parte de la homeostasis es mantener la glucosa en sangre dentro de unos valores, son principalmente fuentes de energía. Cumple la fórmula: Cn (H2O)m en la que n tiene que ser mayor o igual que 3. Todos ellos son polialcoholes y contienen un grupo carbonilo: aldehído o cetónico El esqueleto carbonado de los monosacáridos corrientes no está ramificado, en la proyección de Fisher se representan los carbonos en vertical y los grupos funcionales en horizontal. 3.1. ACTIVIDAD ÓPTICA. ISÓMEROS ESTRUCTURALES Los isómeros estructurales son los que tienen la misma fórmula, pero distintos grupos funcionales. Si tiene, hace que la luz se desvíe:  Dextrógira: d (+)  Levógira: l (-) Es debido a los carbonos asimétricos 3.2. ESTEREOISÓMEROS. ISOMERIA ESPACIAL Son sustancias con la misma forma y estructura, con propiedades diferentes y con una actividad óptica distinta, por tanto, distintos ángulos de rotación también. En las aldohexosas podemos obtener 16 estereoisómeros, 8 parejas de isómeros ópticos o enantiómeros. La biología busca lo más eficiente, principio de la economía, solo usamos las D, ya que si no tendríamos que fabricar más proteínas y por tanto se necesitan más genes y entonces no es rentable. 3.3. ENANTIÓMEROS Son estereoisómeros que son imágenes especulares uno del otro. 3.4. DIASTEREOISÓMEROS No son imágenes especulares. Tienen nombres (propiedades) diferentes. Aquellos que son distintitos o los dos L o los dos D y dentro de ellos están los epímeros (solo se diferencian en un carbono), por ejemplo, la L-glucosa y la L-galactosa. Si hay más son diastereoisómeros 3.5. FÓRMULAS CICLADAS Como mínimo debe tener 5C para poder ciclarse. El enlace que se forma entre el grupo aldehído y un OH se llama hemiacetal y supone la formación del anillo y presenta un nuevo carbono asimétrico. El sistema de representación es la proyección de Haworth. Da origen a estereoisómeros epímeros llamados anómeros: alfa o beta. La regla para distinguirlos es que los alfa son los que tienen el hidroxilo en posición trans con respecto al carbono 6, y beta en el mismo plano. La beta es la más abundante. Estereoisómeros que difieren en la configuración en el carbono anomérico (alfa/beta). -Piranósidos: (6C) -Furanósidos: (5C) La mutarrotación es posible, no son estructuras estáticas. CONFÓMEROS: Las moléculas no son planas, podemos distinguir dos formas: bote o silla. La silla es más estable. Moléculas con la misma configuración estereoquímica, que difieren en la conformación tridimensional (silla/bote). ALDOSAS EPÍMEROS CETOSAS 4.ESTERES DEL ÁCIDO FOSFÓRICO Actúan como intermediarios importantes del metabolismo hidrocarbonado (intracelulares). El enlace éster se puede establecer a nivel del: –OH hemiacetálico, alcohol primario ó alcohol secundario. Los ésteres de hexosa tienen nombres propios. 5.DESOIXAZÚCARES Monosacáridos con pérdida de un grupo Hidroxilo (-OH) en una o más partes de la molécula. 6.AMINOAZÚCARES Un grupo -OH se halla sustituido por un grupo -NH2, generalmente en C2. 7.DERIVADOS ÁCIDOS. Se añaden para aumentar su polaridad.  Ácidos aldónicos: oxidación del grupo aldehído: -onico, -onato en forma lineal y en forma de anillo: -onolactona.  Ácidos urónicos: se forman por oxidación del carbono que posee la función alcohol primario. Son biológicamente muy importantes los heteropolisacáridos y detoxificación. CARBOHIDRATOS PARTE 2 1.DISACÁRIDOS 1.1. ENLACE GLICOSÍDIDCO El primer va a atacar a un OH del segundo azúcar, se da una reacción de condensación dando lugar a un disacárido. 1.2. NOMENCLATURA DE LOS DISACÁRIDOS  Dos monosacáridos unidos por enlace glucosídico.  Se utiliza el nombre correspondiente a la forma cíclica (especificando: a ó b, D o L, furano ó pirano).  El primer monosacárido siempre termina en “– osil “, el segundo en ”-osido”, si tiene implicado en el enlace el –OH anomérico, en ”-osa” si lo tiene libre.  También especificamos el tipo de enlace (alfa o beta) y los átomos de C implicados en el enlace (los del primer azúcar:1, 2, 3, 4, 5, 6 y los del 2º: 1’, 2’, 3’, 4’, 5’, 6’) 1.3. MALTOSA • Nombre genérico: MALTOSA o azúcar de malta: • Nombre químico: a-D-Glucopiranosil a (1,4’) a ó b-D-Glucopiranosa. • Libre: malta, miel, etc. Se encuentra en forma polímeros: almidón y glucógeno • Disacárido REDUCTOR. • Hidrólisis: -Enzimática: maltasa -Ácida 1.4. SACAROSA  Nombre genérico: SACAROSA ó sucrosa o azúcar de caña  Nombre químico: a-D-Glucopiranosil a (1,2’) b-D-Fructofuranósido.  Abunda en el reino vegetal: remolacha, caña de azúcar, frutas, miel, etc...  Disacárido NO REDUCTOR.  Hidrólisis - Enzimática: sacarasa o invertasa -Ácida 1.5. LACTOSA  Nombre genérico: LACTOSA:  Nombre químico: b-D-Galactopiranosil b(1,4’) a ó b-D-Glucopiranosa  Se encuentra en la leche de los mamíferos, pero no se encuentra en ninguna otra fuente natural  Disacárido REDUCTOR  Hidrólisis: - Enzimática: lactasa -Ácida 1.6. CELOSA  Nombre genérico: CELOBIOSA  Nombre químico: b-D-Glucopiranosil b (1  ,4’) b-D-Glucopiranosa.  Se encuentra en forma de polímeros: celulosa.  Disacárido REDUCTOR.  Hidrólisis: -Enzimática: celobiasa (los humanos no la pueden metabolizar) -Ácida 1.7. TREALOSA  Nombre genérico: TREHALOSA ó TREALOSA  Nombre químico: a-D-Glucopiranosil a (1,1’) a-D-Glucopiranósido.  Reserva de algunos microorganismos: levaduras, champiñones, etc.  Forma parte de algunas paredes bacterianas.  Disacárido NO REDUCTOR.  Hidrólisis: -Enzimática: trealasa - Resistente a la hidrólisis ácida. 2. HOMOPOLISACÁRIDOS 2.1. ALMIDÓN: se corta por el extremo no reductor. La célula no almacena glucosa suelta porque si no tendría un problema de reducción.  Polisacárido de reserva vegetal.  La unidad biológica o botánica es el gránulo de almidón, formado por 2 tipos de polisacáridos: - La α-amilosa: está constituida por largas cadenas enrolladas (helicoidales) y no ramificadas de unidades de α-D-glucosa unidas por enlaces α (1,4) glucosídicos - La amilopectina: es muy ramificada, tiene varios centenares de segmentos lineales formados cada uno de ellos por 20-26 restos de glucosa unidos por enlaces α (1,4) glucosídicos. Las ramificaciones, que aparecen más o menos cada 12 restos de glucosa, se unen a la cadena principal por enlaces α (1,6) glucosídicos.  Componentes no glucídicos: P, Ca, K, Si, ácidos grasos, etc., adsorbidos a la amilopectina.  Su significación biológica no se conoce bien. 2.2. GLUCÓGENO  Polisacárido de reserva animal (hígado y músculo).  Estructura: similar a la amilopectina, pero más ramificado.  Las amilasas son enzimas que hidrolizan tanto el almidón como el glucógeno. LA a- amilasa rompe los enlaces a(1-4) glucosídicos, empezando por los extremos no reductores hasta que alcanza las ramificaciones. Rinde D-glucosa, maltosa y un núcleo resistente denominada “dextrina límite”. Entonces actuará la α (1,6) glucosidasa ó α- dextrinasa, que hidrolizará los enlaces α (1,6) glucosídicos, lo que permite actuar de nuevo a la α-amilasa, rindiendo mucha GLUCOSA y poca maltosa. La β-Amilasa: liberada en la malta, hidroliza enlaces α (1,4) glucosídicos alternos empezando por los extremos no reductores. Rinde mucha MALTOSA y poca glucosa. 2.3. DEXTRANOS E INULINA El organismo quiere que los dextranos sean digeridos, mientras que la inulina no. Debido a su peso molecular bajo, atraviesa el filtro renal por lo que durante mucho tiempo se usó en Nefrología como prueba del funcionamiento renal (aclaramiento de inulina). 2.4. CELULOSA  Polisacárido de sostén de los vegetales. Forma parte de la membrana externa de las células vegetales (membrana de celulosa).  Principal fuente de “fibra dietética”: son polisacáridos que no digerimos, no tiene valor nutritivo, da consistencia a las heces y favorece el tránsito intestinal, el exceso de fibra puede producir diarrea.  Estructura: Es un polímero de celobiosa (moléculas de βglucosa unidas por enlaces β (1,4) glucosídicos). Las moléculas de celulosa se hallan organizadas en haces de cadenas paralelas o fibrillas, lo que les confiere rigidez y fortaleza.  Celulasa: enzima que digiere la celulosa (microorganismos). Animales la obtienen por simbiosis. 2.5. QUITINA Y QUITOSANO (menos glicosilado)  Polisacárido nitrogenado. Actúa como material de revestimiento de ciertos hongos, así como en los caparazones de insectos y crustáceos.  Estructura: cadena lineal formada por restos de N-acetil- b-D-glucosamina unidos por enlace b (1,4) glucosídico. 3. HETEROPLISACÁRIDOS 1. NITROGENADOS: MUCOPOLISACÁRIDOS O GLICOSAMINGLICANOS Repetición de un dímero formado por: ácidos urónicos (hexurónicos) y aminoazúcares (hexosaminas), acetilados o no unidos por enlaces glucosídicos.Tienen carácter fuertemente ácido 3.1.1. ÁCIDO HIALURÓNICO  Ampliamente distribuido en el organismo: sustancia fundamental del tejido conjuntivo, cordón umbilical, humor vítreo, líquido sinovial, piel y sangre.  La enzima hialuronidasa o “factor de difusión”, hidroliza los enlaces b (1,4). 3.1.2. CONDROITINAS  Córnea, cartílago, huesos, piel, cordón umbilical y tendones  Al envejecer los cartílagos pierden flexibilidad, se administran condroitín sulfatos como tratamiento para “combatir la vejez”. 3.1.2. DERMATÁN SULFATO 1.LA REPLICACIÓN DEL ADN  Es la copia de una hélice de DNA mediante un proceso complejo en el que intervienen numerosas proteínas.  A partir de una molécula progenitora o parental de DNA obtenemos dos moléculas hijas de secuencia IDÉNTICA al DNA original.  Cada una de las moléculas hijas de DNA se distribuirá a una célula hija: paso de la información genética a la descendencia.  Proceso que ocurre en la interfase previa a la mitosis y a la meiosis: el DNA sólo se duplica si la célula se va a dividir.  Es semiconservativa.  Comienza en los orígenes de replicación y es bidireccional. La región dónde se está replicando el DNA se denomina “horquilla de replicación”. Las horquillas de replicación se van abriendo en las dos direcciones: síntesis simultánea de las dos nuevas hebras. 2. REPLICACIÓN EN PROCARIOTAS  Es un DNA circular, con 1 único origen de replicación: Oric y es bidireccional.  ¿Qué necesita la DNA polimerasa? -Dirección de síntesis o polimerización: 5´ 3´. - 4 desoxirribonucleótidos trifosfato: dATP, dTTP, dCTP y dGTP: dNTPs. - Requiere un molde: una cadena que copiar: los dNTPs se van incorporando en el orden determinado por su complementariedad de bases nitrogenadas con la secuencia de cada hebra de DNA. - Requiere un cebador o iniciador preformado: un oligonucleótido de RNA. - Mg 2+, que estabiliza la doble hélice y Zn2+ que forma parte del centro activo del enzima. -Hay 3 ADN polimerasa y son distintas entre sí, las tres tienen actividad exonucleasa en dirección 5’-3’, pero solo la 1 puede hacerlo en el otro sentido. 2.1. EL MECANISMO 1. Apareamiento de un dNTP complementario al nucleótido de la hebra molde en posición 3´de la hebra en crecimiento. 2. Ataque nucleofílico del -OH en 3´ del DNA preformado al P en a del desoxirribonucleótido entrante. Queda unido el desoxirribonucleótido monofosfato mediante enlace fosfodiéster y se libera 2Pi, la energía necesaria para la formación del enlace fosfodiéster. 3. La replicación se produce en dirección 5´ 3´y es semidiscontinua. Esto supone que en una de las hebras (RETARDADA) la replicación es discontinua y se produce en fragmentos llamados de OKAZAKI. 2.2. INICIO 1. DNAA: reconoce la secuencia origen, Ori C, se une a ella y la enrolla tirando de la doble hélice del DNA y provocando su apertura. 2. DNAB-Helicasa: provoca un desenrollamiento que separa las dos hebras del DNA en el origen de replicación formando la horquilla de replicación. 3. SSB (Single Strand Binding protein/Proteína de unión a DNA de cadena sencilla): Estabilizan las hebras de DNA una vez separadas y evitan su reapareamiento. 4. DNA girasa: Topoisomerasa II: Relaja la hélice de DNA: disminuyen la tensión creada por el incremento del enrollamiento de la hélice por delante de la horquilla de replicación. 2.3. ELONGACIÓN 1. Primasa: Síntesis de un cebador de RNA para el inicio de la síntesis de DNA. 2. DNA polimerasa III: alarga el cebador de RNA y sintetiza la cadena conductora y la cadena rezagada gracias a ser un dímero. 3. La hebra retardada se pliega para que el complejo de la DNA polimerasa actúe a la vez en las dos hebras. 2.4. ELIMINACIÓN DE LOS CEBADORES 1. Los cebadores de RNA son eliminados por la actividad exonucleasa 5’ 3’ de la DNA polimerasa I y sustituidos por DNA por su actividad polimerasa 5’ 3’. 2. La unión de los fragmentos de Okazaki a lo largo de la hebra retardada se produce por la DNA ligasa: enlace fosfodiéster. 2.5 CORRECCIÓN DE ERRORES La DNA polimerasa actúa también como exonucleasa en dirección 3’ 5’ eliminando bases incorrectas: ACTIVIDAD CORRECTORA 2.6. TERMINACIÓN DE LA SÍNTESIS  Se produce en secuencias específicas del DNA llamadas Ter que unen la proteína Tus formándose el complejo Tus-Ter que detienen la horquilla de replicación.  Actúan Topoisomerasas para separar las moléculas de DNA hijas que quedan unidas formando concatémeros. 3.REPLICACIÓN EN EUCSRIOTAS  El DNA sólo se va a replicar en la fase S de la interfase cuando la célula vaya a dividirse.  Hay muchas más enzimas que intervienen en los procesos.  Múltiples orígenes de replicación  En eucariotas hay 5 DNA polimerasas: - DNA polimerasa α: primasa: inicio y síntesis del cebador o primer. No tiene actividad exonucleasa 3’à5’ - DNA polimerasa δ: elongación hebra conductora y retardada. Exonucleasa 3’à5’ (similar a la DNA polimerasa III de procariotas). - DNA polimerasa ε: eliminación cebadores de fragmentos de Okazaki Exonucleasa 5´à 3´ y 3’- 5’ (similar a la DNA polimerasa I de procariotas). Reparación. - DNA polimerasa β: reparación. - DNA polimerasa γ: replicación del DNA mitocondrial. - DNA de cloroplastos (en vegetales).  Y muchos factores (proteínas) implicados 3.1. TERMINACIÓN  Cromosomas lineales: los extremos se denominan Telómeros.  TELOMERASA: enzima responsable de la replicación de los telómeros: es una transcriptasa inversa: sintetiza DNA a partir de RNA. Es una Ribozima: enzima formada por RNA. Añade DNA de secuencia repetitiva a los extremos de los cromosomas para completar su replicación. 3.2.LA TELOMERASA Y EL CICLO CELULAR  La línea germinal (precursora de óvulos y espermatozoides), las células fetales y las células madre, presentan la telomerasa activa.  Las células somáticas diferenciadas sin embargo no presentan actividad telomerasa, por lo que los telómeros de sus cromosomas se van acortando tras cada proceso de división.  El acortamiento telomérico funcionaría como un reloj que cuenta las divisiones celulares que le quedan a una determinada célula. Una vez el acortamiento alcanza regiones codificantes, la célula muere por senescencia.  La senescencia celular es el proceso por el que una célula pierde con el tiempo, o con sucesivas divisiones, la capacidad de reproducirse. Puede ser dependiente de secuencias de terminación, se forma un bucle que tira y permite que el transcrito se separe. O dependiente de proteína, Es necesaria una proteína: Factor ρ que se une al RNA que se está sintetizando y al alcanzar el híbrido RNA-DNA ahí termina la transcripción. 3.TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS  La transcripción en eucariotas es un proceso más complejo y regulado que en procariotas. En eucariotas, tras la transcripción del DNA a mRNA, éste sufre diversas fases de procesamiento para salir del núcleo al citoplasma y ser traducido a proteína.  Las células eucariotas tienen 3 tipos de RNA polimerasas en el núcleo: -RNA polimerasa I: Sintetiza RNA pre-ribosomal (precursores de los rRNA (18S, 5,8S y 28S) - RNA polimerasa II: Sintetiza mRNAs y otros RNAs especializados. Muchos de los promotores reconocidos por la RNA polimerasa II tienen características comunes. Caja TATA. -RNA polimerasa III: Sintetiza tRNAs, el rRNA 5S y otros RNAs especializados -1 RNA polimerasa en mitocondrias y 1 RNA polimerasa en cloroplastos.  La transcripción requiere de “Factores de transcripción” que, reconocen el promotor, posicionan a la RNA polimerasa, separan la doble hélice del DNA, exponen la cadena molde y, “lanzan” a la RNA polimerasa a iniciar la transcripción.  Una vez que la RNA polimerasa II se ha fijado al promotor, debe ser liberada de los FT para poder salir del promotor y sintetizar RNA para lo que tiene que ser fosforilada.  La elongación requiere la entrada de “Factores de elongación”.  Una vez la RNA polimerasa ha terminado de transcribir, es liberada del DNA y defosforilada. 3.1. INHIBIDORES DE TRANSCRIPCIÓN Actinomicina D, Acridina, Rifampicina y α- Amanitina. 4.MADURACIÓN DEL ARN  El ARNr de procariotas y eucariotas necesitan maduración. Primero hay una metilación, después hay un corte e individualización y otras enzimas los maduran. En eucariotas es similar, pero solo necesita los dos primeros pasos.  El ARNt de procariotas y eucariotas necesitas maduración. Unas enzimas cortan en distintas zonas del transcrito. Se forma la secuencia CCA con el Oh en el 3’. Luego hay algunos que tienen intrones que deberán ser eliminados y unir los fragmentos resultantes. Finalmente hay una modificación de bases.  El ARNm de los eucariotas también necesita procesos de maduración. En el extremo 5’ fosfato se añade una “capucha” que consiste en un residuo de 7- metilguanosintrifosfato. Primero una enzima rompe el fosfato gamma del mensajero, entra una molécula de GTP en la que se rompe el enlace entre su alfa y su beta y lo transfiere al ARNm. Esta capucha está reconocida por la subunidad pequeña del ribosoma. En el extremo 3’ se añade la cola de poliA gracias a una poli A polimerasa, lo que le da estabilidad ala transcrito. Por último, se eliminan los intrones. -Intrones tipo I: se dan en algunos genes nucleares, mitocondriales y de cloroplastos que codifican ARNr, ARNm y ARNt. El OH de guanosina ataca nucleofilicamente al fosfato del nucleótido que une el primer exón con el intrón, otro OH vuelve a atacar al grupo fosfato del nucleótido que une el intrón con el segundo exón y se unen los dos exones. -Intrones de tipo II: están en los transcritos primarios de mitocondrias, cloroplastos, hongos algas y plantas. El OH 2’ de la adenosina específica del intrón es el que rompe los enlaces de unión entre el primer exón y el intrón, y el OH 3’ entre el intrón y el exón. -Intrones de espliceosoma: aparecen en los transcritos primarios del ARNm nucleares. El espliceosoma es una macromolécula formada por proteínas y los ARNnucleares (U1, U2, U$, U5 y U6) pequeños formando ribonucleoproteínas nucleares. EL mecanismo es similar al de los intrones de tipo II, pero ayudados por todas estas proteínas y ARN.  El diferente procesamiento de un ARN puede dar lugar a múltiples productos a partir de un solo gen. TRADUCCIÓN DEL MENSAJE GENÉTICO: BIOSÍNTESIS DE PROTEÍNAS El proceso de síntesis de proteínas a partir de mRNA se denomina TRADUCCIÓN puesto que supone el paso de un “alfabeto” de 4 letras (nucleótidos) a otro de 20 (aminoácidos). La secuencia de aminoácidos de una proteína está determinada por la secuencia de nucleótidos del mRNA. En muchos casos las proteínas se sintetizan en una forma inactiva, que requiere modificaciones postraduccionales para alcanzar su forma activa. 1.CÓDIGO GENÉTICO  Cada triplete de nucleótidos se denomina CODON: combinación de tres nucleótidos que dirige la inserción de los aminoácidos durante la síntesis de la cadena polipeptídica. El código genético es no solapante, cada ribonucleótido forma parte de un único triplete: no solapante, la lectura es lineal continua: sin comas, cada triplete especifica un aminoácido.  Varios tripletes codifican 1 mismo aminoácido: es DEGENERADO. Pero no es imperfecto o ambiguo: nunca un mismo triplete codifica varios aminoácidos.  Contiene los signos de puntuación de “inicio” y “fin”.  Es ordenado: los múltiples codones que especifican un aminoácido pueden clasificarse juntos variando muy a menudo sólo la base final. 2.ARN t  Se unen al Aa y lo transportan hasta el ribosoma. Se aparean (en antiparalelo) con los codones del mRNA mediante una secuencia de 3 bases que se denomina ANTICODON. Se lee siempre 5’-3’, por lo que la primera de uno es la última del otro y viceversa.  HIPÓTESIS DEL BALANCEO: Varios codones pueden ser leídos por el mismo tRNA (anticodón) La base en la posición de balanceo (5´) del anticodón de un tRNA determina el número de codones de un aminoácido que puede reconocer. Las dos primeras siempre son canónicas (complementariedad normal). 3.RIBOSOMAS Estructuras que coordinan a todas las moléculas implicadas en la síntesis de proteínas 3 sitios: Sitio E: empty: vacío. Sitio P: proteína o péptido Sitio A: aminoácido. 5.4. TERMINACIÓN CONCLUSIONES:  IF-2: Introduce solamente f-Met-tRNAfMet, ninguno de los otros AA-tRNAs EF-Tu: Introduce cualquier AA-tRNA excepto f-Met-tRNAfMet. Distingue entre f-Met- tRNAfMet y Met-tRNAMet  Peptidil transferasa: el centro catalítico está, muy probablemente, en el rRNA 23S. 5.5. POLISOMAS Cada ribosoma sintetiza una proteína, por lo que con un ARNm se pueden estar haciendo varias proteínas. 6.REPLICACIÓN EN EUCARIOTAS 1. Unión del factor de liberación a del codón de terminación. La presencia de los codones de terminación (UAA, UAG y UGA) determina el final de la traducción. Las proteínas denominadas Factores de liberación reconocen estos codones de terminación cuando entran en el sitio A. Los factores de liberación modifican la actividad catalítica de la peptidil transferasa que cataliza la agregación de una molécula de agua, para romper el enlace, en lugar de un nuevo Aa a la cadena, generando un grupo carboxilo. 7.INHIBIDORES DE LA SÍNTESIS PROTEICA Muchos inhibidores pueden emplearse como antibióticos al ejercer su efecto selectivamente sobre células procariotas, afectando poco o nada a eucariotas. Inhiben la traducción de las proteínas. Por ejemplo, la puromicina, que se une al sitio A del ribosoma por su parecido al extremo 3´de un aminoacil-tRNA, la ciclohexidina, o la estreptomicina. 1. En los mRNAs de células eucariotas, el codón AUG más cercano al extremo 5’ CAP marca el sitio de inicio. El inicio de la transcripción en eucariotas requiere de al menos 9 factores de iniciación. La subunidad 40S se une a la caperuza 5’ y comienza a desplazarse hacia el extremo 3’, movimiento dirigido por la hidrólisis de ATP. 2. Cuando alcanza el primer codón AUG la subunidad 40S se detiene y entra el primer tRNA El primer aminoácido es Met pero el tRNA es específico para el inicio: tRNAi Met. A continuación, se une la subunidad 60S y se liberan factores de iniciación. Se pierde además la caperuza 5. SEMINARIO 21/09/2021 1.SISTEMA GENETICO MITOCONDRIAL El ADNmt tiene forma circular y es más similar al de las células procariotas. -es una doble hélice formada por dos cadenas, contiene 37 genes: 13 codifican las proteínas que componen el sistema OXPHOS y que además son imprescindibles para que se forme la mitocondria, 22 que codifican ARNt y 2 que codifican ARNr. Dentro de la mitocondria todo funciona correctamente porque las proteínas se ensamblan para constituir los complejos que forman parte de la cadena respiratoria. 1.2.REPLICACIÓN DEL ADN MITOCONDRIAL El ADNmt está perfectamente secuenciado, está formado por una cadena H y una L. En ellas la información está compacta, no posee por tanto intrones o secuencias intergénicas. Los genes del ARNt se encuentran intercalados entre los otros genes. Es asimétrica y unidireccional. Empieza en el Oh, origen de la síntesis de la cadena H y hasta que llega al Ol, es decir, hay dos orígenes de replicación. Puede estar replicándose continuamente o no, depende de la necesidad energética de la célula. Intervienen: una ADN polimerasa, la helicasa y las SSB (las mismas que en la replicación del ADNn)