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viernes, 11 de febrero de 2011

Ácidos Nucleicos

Ácidos Nucleicos
-Concepto e importancia biológica:

Las funciones básicas de los seres vivos las llevan a cabo las proteínas, cuya síntesis está dirigida y controlada por los ác.nucleicos.
Contienen el "prospecto"(las instrucciones) para la construcción de un organismo a partir de sus proteínas.
Los ácidos nucleicos poseen un programa que cuando se les ejecuta,da lugar a un ser vivo que es capaz de nutrirse,relacionarse y reproducirse.
-Hay dos tipos de ácidos nucleicos: ADN y ARNs
Ambos son polimeros de unos monomeros nucleótidos.

-Nucleotidos,enlaces y funciones:

Los nucleotidos son los monomeros de los ác.nucleicos.
Los nucleotidos estan formados de tres moléculas unidas.
-Pentosa-B-D Ribofuranosa(ARN)
            -B-D Desoxirribofuranosa(ADN)
-Ác.Ortofosforico H3PO4
-Bases nitrogenadas, son las que diferencian a un nucleótido de otro
    -Púrica → adenina, guanina
    -Pirimidínica → timina, citosina, uracilo
Los dobles enlaces son resonantes (cambian de posición), lo que hace que haya muchos electrones deslocalizados, es decir, libres, produciendo cargas fluctuantes que les permite a las bases nitrogenadas capturar protones (H+); característica exclusiva de las bases del nitrógeno.
Las bases orgánicas son de nitrógeno. El -OH del carbono 1 de la pentosa con la base púrica o base pirimidínica forma un enlace glucosílico (entre dos bases), el enlace carece de puente de oxígeno.El -OH del carbono 5 de la pentosa se une con un -OH del ácido fosfórico formando un enlace éster. Todo el conjunto se llama nucleótido 5' monofosfato.

Unidos a otras moléculas forman compuestos de gran importancia biológica.



Compuestos derivados de los nucleótidos no nucleicos:
Coenzimas:
     - AMP → adenosin monofosfato- ADP → adenosin difosfato - ATP → adenosin trifosfato
Forman un enlace de alta energía por la repulsión eléctrica del fósforo.
Estos enlaces sirven para almacenar energía. Se rompen fácilmente por hidrólisis y liberan la energía que necesitaron para formarse, por eso, funcionan como enzimas transportadores de energía.
La energía química, de enlace, es la única forma de energía utilizable por los seres vivos.
Coenzimas transportadores de energía : ATP / UTP / GTP / CTP
  -AMPc: (adenosin monofosfato cíclico)

Es el nucleótido de adenina que en el carbono 5' tiene un ácido fosfórico que forma un segundo enlace con el carbono 3' de la adenina. El enlace es un enlace éster intramolecular.
El AMPc se conoce como el segundo mensajero. Es un mediador entre moléculas extracelulares portadoras de información, como ; las neuronas y los neurotransmisores, en el interior de la célula es donde tiene su efecto.
Es el responsable de la respuesta celular a la hormona. La hormona es el primer mensajero.
-Nucleótidos 5' más otras moléculas:
Forman: NAD+, NADP+, FMN+, FAD+
Todos son coenzimas redox, transportadores de electrones y protones.


Enlace fosfodiester o enlace nucleósido:

Es un tipo de enlace covalente que se produce entre un grupo hidroxilo (-OH) en el carbono 3' y un grupo fosfato (H3PO4) en el carbono 5' del nucleótido entrante, formandose así un doble enlace éster.
De esta forma se unen cientos y miles de nucleótidos.
Por convenio se dice que el primer nucleótido de una cadena es aquel que tiene el carbono 3' libre. El último sería el carbono 5' combinado con el fósforo (fosforilado).
Las cadenas van en dirección 3' → 5'.


-Estructura de los ácidos nucleicos:

1-Del ADN
Polímero lineal de Dexosirribonucleotidos 5´ monofosfato de A,T,G,C.Cuando se pone en medio acuoso espontaneamente(igual que las proteinas), toma un estado nativo,su forma especial,tridimensional.Hasta 4 niveles estructurales(E 1º,2º,3º,4º)cada uno depende de la anterior.
-La estructura primaria 
Es la unión de los nucleótidos con enlaces fosfodiester,dado que los nucleótidos son diferentes (A,T,G,C) tienen información genética,orden,secuencia de nucleótidos.

Ej:  AATCCCGG            ATCGCGCT      Distinta información genética

La secuencia es especifica de especie y de individuo.
La información genética es igual a la secuencia de nucleótidos e igual que los planos para contruir las proteinas.
-La estructura secundaria
Se descubrió de una forma indirecta y rocambolesca un químico llamado Chargaff que realizó un análisis de ADN.Descubrió que: 
                  A       G            púricas
                 ▬  =  ▬  =  ▬▬▬▬▬     =  1
                 
                  T        C       pirimidínicas 

Dos biologas Franklin y Wilkin hicieron radiografías del ADN. Descubrieron que el ADN era helicoidal y fibroso.
Watson y Crick eran investigadores, descubrieron el modelo de la doble hélice. Este modelo explicaba los datos de Chargaff, los rayos x y sus propiedades.
Según su modelo, el ADN forma dos cadenas en hélice enfrentadas por las bases y unidas entre sí por puentes de hidrógeno, igual que una escalera de caracol en la que los pasamanos serian las pentosas y fósforos y los peladaños las bases enfrentadas y unidas por puentes de hidrógeno.
Según su modelo es una hélice a derechas, las cadenas son antiparalelas.(3´---5´,5´---3´)
Las dos cadenas están trenzadas, para separar las cadenas hay que destrenzarlas. Son complementarias, siempre va unida A-T, G-C, lo sacaron de Chargaff, se forma el máximo número de puentes de hidrógeno que le dan estabilidad a la hélice.
El diámetro de la cadena es de 20 Ã (Amstrong), siempre se une una base púrica con una base pirimidínica.
Las cadenas están unidas por puentes de hidrógeno que son débiles, explica la fácil desnaturalización y renaturalización del ADN.
 -Estructura tericaria y cuaternaria:
Se debe resolver el problema de como meter cadenas con 1.000.000 de nucleótidos en un espacio tan reducido (célula).
Es diferente en los procariotas y en los eucariotas:
-Procariotas, tienen 0.003 mm de longitud. Lo consiguen superenrollando la cadena de ADN, la cierran sobre sí igual que un cromosoma circular. Todo ello sin ayuda de las proteínas.
 -Eucariotas, su tamaño es 1.000.000 veces mayor que las procariotas. El ADN tiene 2 metros de longitud, dentro de un núcleo que tiene 0.000000002 m. de diámetro. Lo consiguen con la ayuda de las proteínas, la doble hélice da dos vueltas sobre un cilindro de proteínas, llamado nucleosoma y el conjunto forma un collar de perlas.
Se enrolla sobre sí mismo y da lugar al selenoide, éste se pliega y repliega formando bucles, se le conoce como cromatina (forma activa del ADN).
Cuando se va a efectuar la división, los bucles se compactan y empaquetan, se hace visible, esto es la cromatida.


Se produce una división,se compactan y empaquetan(condensa el ADN)formando la cromatida y dos cromátidas forman un cromosoma,4º estructura.


-Estructura de los ARNs.
Los ARNs son polímeros lineales de ribonucleótidos 5´monofosfato(ribosa) de adenina, guanina, citosina o uracilo (cambia timina), también pirimidínica.
Tiéne más cargas negativas que la Dexosirribosa.
La cadena es más inestable que el ADN.La cadena de ARNs se rompe más facilmente.
A/G/C o uracilo, también es pirimidinica.
La estructura de los ARNs es monocatenaria, pero complementaria consigo misma, formando puentes de hidrógeno intracatenarios, doble hélice en la estructura secundaria. La parte no complementaria forma las discontinuidades, son los bucles.
Esto da lugar a la estructura terciaria, en forma de hoja de trébol, es el ARN transferente.  

1)ARN mensajero:
Son monocatenarios,solo tiene una estructura primaria.Tiene una relación lineal con la primera estructura del ADN.Son complementarias.
Copia información genética del ADN, su código genético, y lo transmite a la célula(lo lleva hasta los ribosomas encargados de fabricar las proteínas)
El ARNm tiene unos pocos minutos de vida antes de ser degradado,es lo óptimo,de otro modo, la proteína se fabricaría indefinidamente.
Como todos los ARNs, se fabrica en el núcleo,a partir del ADN y realizan su función en el citoplasma.Constituye entre 3 y 5% del ARN total.

2)ARN ribosómico 
Constituye entre el 80/85% del total.
Es monocatenário(estructura primaria).
Partes complementarias donde forma doble hélice(estructura 2º) y discontinuidades que en conjunto dan su estructura terciaria.
Los distintos ARNr se combinan con 70 proteínas para formar los ribosomas, que es el único orgánulo macizo que posee la célula.
Cuya función es leer el código genético del ARNm y fabricar la proteína expresada en ese gen. Leen y traducen el código genético.


3)ARN transferente
Constituye el 10% del total de los ARNs celulares. Son pequeñas moléculas, que tienen un 80% de bases complementarias de su cadena, donde se forman una doble hélice(estructura secundaría)y unos bucles, formando una estructura en aspecto de boomerang .Son específicos de aminoácidos(ARNt) que se une por su extremo 3´a una adenina(siempre ACC).
También son específicos de anticodón.


ARNt se forman en el núcleo a través del ADN y pasan al citoplasma donde realizan su función que es transportar su aminoácidos hasta los ribosomas donde son ensamblados en el orden indicado en el ARNm, en el gen de ADN.


Funciones biológicas de los Ác.Nucleicos

1º)ADN,el código genético
El ADN se divide en fragmentos en genes, estos genes contienen la información genética para fabricar las proteínas(planos para construir las proteínas).
Los que no contienen información genética son los que fabrican ARNr y ARNt.
Esto se llama código genético, el código genético es un idioma, tiene letras(A,T,C y G),las letras se unen formando palabras, necesitamos palabras tanto como conceptos(20 palabras = 20 aminoácidos)
Las palabras forman frases. Frases con sentido completo(gen).

Proteína completa o ARNr y ARNt.


En las células procariotas los genes son continuos en cambio en las células eucariotas los genes son discontinuos.



Características del código genético

-Es universal, es igual para todos los seres  vivos, desde virus a nosotros.
Esto quiere decir que procedemos de un antecesor común.
-Es no solapado, quiere decir que una base solo pertenece a un triplete.
-No se señala ni con puntos ni comas ,pero si tiene señales de iniciación. AUG y de terminación UGA, UAA y UAG.


-Es degenerado, en un mismo aminoácido esta determinado por varios colores.
Ej: Lucina/CUC/CUG/CUU/CUA(codón).
Es degenerado ,pero no imperfecto  porque entonces sería un codón(varios aminoácidos distintos .Es degenerado para facilitar la síntesis de proteína.






La complementariedad codón/anticodón solo afecta a las 2 primeras bases la 3º se tambalea, vacila lo que facilita la llegada y salida de los ARNt como debe ser, a los ribosomas durante la síntesis de proteínas.

2º)Transcripción
La primera estructura de ADN determina la estructura de una proteína.
Se podría hacer directamente, sin embargo no se hace, en primer lugar porque el ADN es enorme y además estan en el núcleo, mientras que los ribosomas que son los que sintetizan a la proteína, están en el citoplasma.
Se forma un intermediario, el ARNm que lleva la información de la estructura primaria del ADN desde el núcleo hasta los ribosomas.
La síntesis del ARNm es la trascripción(por extensión es la síntesis de todos los ARNs).
La trascripción consiste en la síntesis de un ARN complementario(A/U G/C C/G T/A)
ARN polimerasas son las enzimas más complejas del universo.
Estas se fijan a regiones promotoras de ADN(T,A….son distintas en procariotas y eucariotas)
Están hacen que desarrollen una vuelta de ADN y utiliza una de las dos cadenas de ADN como molde para formar un cadena de ARN complementaria .Al avanzar desarrolla otra vuelta de hélice, y la anterior se vuelve a enrollar y así hasta que llega al final del gen en el que se desprende la polimerasa(ARN).
La trascripción es semejante en la células eucariotas y células procariotas con una diferencia, que los genes en procariotas son continuos, entonces el ARNm no necesita maduración, puede ser directamente Traducido por los ribosomas(ARNt,ARNr siempre maduración postranscripción).
En las células eucariotas los genes son discontinuos.(intrones y exones)
Estos no pueden ser traducidos directamente ,necesita una maduración para eliminar los intrones .Esta maduración la realiza unas enzimas llamadas ribonucleoproteínas pequeñas nucleares(RNPpn)
Como su nombre propio indica esta formada  de proteínas y ARN que es complementario con las secuencias iniciales y finales de los intrones ,a los que se une cortándolos.
Una molécula de ADN tiene dos cadenas de ADN.

En las células eucaritoas, después se le añade algunos(unos 30) nucleótidos al extremo 5´ se le pone una caperuza (tope) de 7-metil Guanosina trifosforilada, para que el ribosoma reconozca el comienzo del gen.

En las células procariotas solo un ARN polimerasa, ADN depensiente.
En los eucariotas tienen tres:
-ARN polimerasa I---ARNr
-ARN polimerasa II---ARNm
-ARN polimeras III---ARNt

3º)Duplicación, autoduplicación o replicación de ADN.
-El ADN contiene la información genética, cada vez que la célula se divida,debe formarse una nueva copia idéntica para repartir entre las dos células hijas.

-Antes de dividirse debe formar una copia identica.
-Ya en 1953 donde sacaronladoble hélice del ADN Watson y Crick.Propusierón el mecanismo de duplicación de las cadenas de ADN.


-Hipótesis conservativa



-La duplicación ocurre al final de la interfase en la llamada fase S,ciclo celelar,fases en la vida de la célula, que son la interfase 99´5% vida normal ,realiza sus funciones, al final de la interfase entra en división 0´5% vida de la célula).
Básicamente la duplicación consiste en utilizar el ADN polimerasas como molde,las cadenas de ADN para formar nuevas cadenas complementarias.


-Hay dos ADN polimerasas:
-ADN polimerasa I

-ADN polimerasa III
Son las más complejas de todas las  enzimas.
ADN polimerasa I tiene varios centros activo:
-Cadena molde
-Actexonucleasica(mira otras)(si hay un error,no complementario, lo corta y rellena el hueco correctamente)
-Localiza OH.Libre el carbono 3´(último nucleotido)cadena en formación.
-Nuevo nucleotido trifosforilado y complementario con el molde(si es así forma ester 5´-3´)

El proceso de duplicación es semejante en los procariotas y en los eucariotas.
La replicación comienza por el origen de replicación.
En este origen se separan las cadenas.
Progresa esta duplicación a lo largo de la cadena, como una horquilla de replicación (progresa como una cremallera al abrirse).
ADN polimerasa, le ocurre lo mismo que el ARN polimerasa, que solo saben utilizar como molde 3´--- 5´ 


-A diferencia de lo que pasa con los ARN polimerasa (saben empezar una cadena),una cadena de ADN polimerasa(no saben) solo continua una cadena que ya está empezada, así la duplicación comienza con un ARN cebador,primer sintetizado por la primasa(ARN polimerasa)que luego continua la ADN polimerasa III.
-Posteriormente se corta el primer y se rellena el hueco dejado por el ARN cebador. Esto lo hace el ADN polimerasa I.
Se unen los fragmentos mediante una ligasa.Una vez en la hebra conductora y muchas veces en la hebra retardada.
-Helicasa, rompe puentes de H de ADN para separar sus cadenas.
-Topoisamerasa(doble hélice trenzada) Al separar cadenas, se produce un superenrollamiento causado por el desenrollamiento.La topoisomerasa, relaja el superenrollamiento a causa por el desenrollamiento.
-SSB, proteína estabilizadora de la cadena(molde) sencilla de ADN.
La duplicación es muy compleja, sin embargo se efectúa rapidamente(se polimerizan 45.000 nucleotido por minuto)
Además es muy precisa, sin errores,(comete 1 error por cada 10-100 millones de nucleotidos polimerizados). Si ocurre algún error la ADN polimerasa I, lo corta y rellena el hueco y la ligasa los une.Repara los errores.Sin embargo,no todos son reparados(1 por cada 10000/10000000 nucleotidos polimerizados)(errores=mutaciones)
Si esta mutación no compromete la viabilidad del individuo,es beneficiosa puesto que aumenta la variabilidad genética.

4º)La biosintesis de proteínas en procariotas.

-Previamente se debe transcribir su gen en forma de ARNm(transcripción) por parte de la ARN polimerasa II, que utiliza como molde la cadena 3´-5´ del ADN y forma un ARNm que es complementario y antiparalelo(1º nucleotido es 5´ libre) a ella.Esto ocurre en el núcleo.
Seguida por la maduración en eucariotas del ARNm transcrito.Luego también los aminoácidos deben ser activados(añade energía para que puedan formar enlaces peptídicos)(covalente temperatura de enlace)



-Los ribosomas de los procariotas son los responsables de la síntesis de las proteínas. Se le llama ribosomas 70s (coeficiente sedimentación)
En cambio los ribosomas de eucariotas son 80 s.
Los ribosomas de procariotas tienen dos subunidades. Las dos subunidades se forman por separado en el núcleo, salen al citoplasma ,donde autoensamblan por estereoespecificidad(encojen) en torno a un ARNm.
Posteriormente aparecen propiedades nuevas en los ribosomas:
-Capacidad de interaccionar reversiblemente con otras moléculas(ARNt aminoacil, hidrólisis GTP, o con unas proteínas llamadas factores) que llegan y salen del ribosoma, provocando cambios estructurales en cada molécula del ribosoma y en el ribosoma complejo. Estos cambios desembocan en la síntesis de proteínas.
Básicamente los ribosomas favorecen el acceso de los ARNt aminoacil a su codón correspondiente del ARNm(coloca los aminoácidos en su orden)leen el mensaje y forman enlaces peptidicos, entre sus aminoácidos, traduce.
La biosíntesis tiene tres fases: -Iniciación
                                                     -Elongación
                                                     -Terminación
4.1)Iniciación
La subunidad 30s de los ribosomas se coloca en el extremo 5´ del ARNm ocupando dos tripletes, AUG codón de iniciación

(…)




4.2.2)Formación del enlace peptídico
-El enlace peptídico lo forma la enzima peptidil transferasa (en 50s)
-Transfiere la energía del enlace éster ARNt aminoacil para formar el enlace peptídico,entre los aminoácidos.


4.2.3)translocación
-Para que ocurra la translocación tiene que llegar otro factor de elongación(diferente a la fijación) más hidrólisis de GTP. El ribosoma se desplaza un triplete en dirección 3´.
-Sale por degenerado.
-Se llama P de peptidil,tiene el ARNt con el péptido en formación
 ARNt--Aa--Aa--Aa
-Se llama A de aminoacil, que es donde se coloca un aminoacil ARNt.
-Una nueva fijaciónen A,un enlace peptídico y otra translocación, hasta que se llega a:


4.3)Terminación:
-Había una cadena de formación en P hasta la translocación y se encuentra el anticodón de terminación (UGA, UAA, UAG).
-Este anticodón se encuentra bloqueado por factor de terminación.
-La P transfiere la energía del enlace éster al agua.Porque no hay ARNt.
-Se produce hidrólisis del enlace éster, se libera la cadena peptídica por la hidrólisis y se separan las subunidades del ribosoma.
-En procariotas este proceso tan complejo monta 1400 aminoácidos por minuto tras lo cual se degrada el ARNm si no se formaría constantemente la misma proteína.


4.4)Transcripción en eucariotas:
-Al principio de cada proteína en eucariotas.
-En procariotas, los ribosomas están aislados, una cadena.
-En eucariotas, los ribosomas están unidos.
-Se llama polisomas, que son varias cadenas, se forman al mismo tiempo.
-Ribosomas asociados a la menbrana y ribosomas libres en eucariotas.
-Ribosomas libres (procariotas)
-Los ribosomas se encuentran asociados a la membrana nuclear o a la membrana del retículo endoplasmático rugoso.
-Las proteínas se introducen en el núcleo o retículo endoplasmático rugoso.
-El que tiene el poli A hace que la transcripción que se realiza en la membrana tanto nuclear como la del retículo endoplasmáti8co rugoso. Se pega a la membrana a través de un receptor.
-La transcripción empieza por el 5´,empieza con ribosomas libres (igual que antes).
-Todos los ARNm transcritos a nivel de membrana comienzan por una secuencia de Aa apolares (secuencia hidrofoba o señal).
-Cuando se acerca a la membrana atrae(difunden) a ciertas proteínas intrinsecas(dentro de las membranas)de la membrana (apolares) que difunden en torno a la secuencia señal,
-Por apolares
-Cuando las proteínas intrínsecas tocan la secuencia hidrofoba disolviendose la secuencia señal en las proteínas intrísecas introduciéndose a través de la menbrana igual que un tunel.
-La secuencia señal tien como función permitir la entrada de la proteína en formación a través de lamembrana.
-Detrás entra toda la proteína en formación independientemente de que sea hidrofoba porque la ribunidad 60s estabiliza el túnel.
En ese momento se corta la secuencia señal y queda la verdadera proteína el túnel desaparece.


5)Regulación de la expresión génica:
-Gen determina una proteína,determina un carácter biológico.
-¿Se puede regular los caracteres biológicos o lo que es lo mismo la expresión de los genes? Sí, a través de las proteínas que los determinan.
-Regular el funcionamiento de las proteínas por parámetros generales. Con la temperatura, pH, concentración IsI, concentración de coenzimas,…. Son inespecíficos, afectan a todas las proteínas por igual.
-También por activación/ inhibición enzimática.
-Mediante enzimas reguladores (alostéricos y modulados covalentemente).
-A nivel de los ribosomas, modificando la velocidad de traducción.
-Modificaciones post-traducción(pepsina en vez de fabricarla, fabrica pepsinógeno inactivo que es pepsina inactiva).
-Son formas derrochadoras con el control de la transcripción:
-No se forma ni el ARNm






-¿Se puede regular los caracteres biológicos?
Sí, a través de las proteínas, mediante parámetros generales, pH, Tª
-Control de transcripción ,controlan la velocidad de la traducción.Control postraducción.
Son derrochadores de recursos, más que el control de transcripción.
Permite economizar, adaptarse, a las condiciones cambiante del medio,existe en los eucariotas y procariotas.
En los eucariotas, además un control de la transcripción permite un proceso llamado diferenciación celular.
Diferentes tejidos(muscular, neurona)
Las células se diferencian unas de otras en su estructura y en su funcionamiento, determinadas por las proteínas que las poseen.
Todas las células poseen el total de la información genética.Todas las células podrían fabricar todas las proteínas del organismo.
La diferenciación célular (embrionarias, células madre)(totipotentes)Por la represión irreversible del 90% de su genoma,(pasa en las primeras fases de desarrollo embrionario)(control transcripción irreversible)
En el nuúcleo de la célula, donde se encuentra el ADN 


-Control reversible de la transcripción en procariotas.
En eucariotas es semejante pero más complejo.Todas las células procariotas presentan este control reversible de la transcripción, porque las células procariotas siempre estan en contacto con un medio cambiante.
Algunas eucariotas(globulos blancos,hígado,riñon…).
El resto no(neurona, muscular…)
Estan siempre en contacto con un medio estable, medio interno(homeostasis)
-Dos tipos de enzimas:
*Constitutivos(lo forman siempre) ej:glucolisis fotosíntesis,respiración célular, no tienen control de la transcripción, siempre son necesarios
*Inducibles(a veces sí, a veces no) control de transcripción no siempre son necesarios.


1)Teoría del operón
La descubrierón Jacoh y Manod, clarificaron las relaciones moleculares y genéticas durante la inducción/ represión enzimática reversible(sirve para cualquier proteína)
A partir de unos datos de otros, Escherichia Coli(bacteria muy utilizada en los estudios genéticos, E.coli)
-Otros estudiaron que la galactosidasa es un enzima inducible reversiblemente (E.coli).
-Otros descubrieron que una serie de mutantes para E.coli:
          -No forma galactosidasa.
          -La forman alterada
          -Siempre la forma como si fuera constitutiva.
Solo con estos datos Jacob y Monob hicieron un mapa genético con los genes y sustancias responsables de la inducción/ represión de la galactosidasa.




El gen estructural es aquel que se forma en el ARNm(sirve para todas las proteínas)
Estos trres enzimas forman una secuencia multienzimática para la hidrolisis de la lactosa.
i: Gen inhibidor--ARNm--cromosomas--proteína represora activa, tiene un centro activo para el gen O y otro centro activo inductor(lactosa).Suelta al gen O(si se une).
p: Gen promotor--señal reconocida por la ARN polimerasa para comenzar la transcripción de los genes estructurales.
O: Gen operador--tope con la proteína represora, no deja avanzar a la polimerasa, no transcribe.
-Mutación en Z-- galactosidasa alterada.
-Mutación en P--No forma la galactosidasa
-Mutación en O--Siempre forma galactosidasa como si fuera constitutiva(constitutiva-O)
-Mutación en i--Siempre forma constitutiva(constitutiva-i)





Enzimas

                              
Enzimas
Son catalizadores biológicos .Cada catalizador tiene su enzima .De cada reacción metabólica específicamente. Aceleran las reacciones. Aumentan la velocidad de las reacciones.
Para los seres vivos son maquinas, mecanismo que funcionan mediante reacciones químicas. Es viable si ocurre en tiempo real.


Mecanismo de acción
Previamente tenemos que saber que la energética y la cinética de las reacciones químicas en general. Ecuación química A + B(sustrato)  ------- C (productos).
Las reacciones del metabolismo son reversibles, por lo tanto existe un equilibrio. Básicamente las reacciones químicas consisten en la formación o roturas de enlaces ,siempre hay que aportar una cierta energía (energía de activación).Pero en los seres vivos es incompatibles.


Energía de activación
Es la energía mínima necesaria para formar o romper enlaces, o mínima energía necesaria para convertir un mol de sustrato en un mol de producto.
Entre el sustrato y el producto hay un compuesto intermedio, se llama complejo activado.
Es un enlace medio formado o medio roto. Tiene más energía libre que los sustratos porque ha absorbido la energía de activación. 
Para que una reacción ocurra se necesita que A y B se colisionen para formar C. Pero no de cualquier forma ,sino que tiene que cumplirse una geometría de colisión, colisiones correctas que desemboquen en la formación de complejo activado para dar el producto .Si la colisión no es correcta la energía se pierde. Si la energía es suficiente y la geometría de la colisión es correcta se forma el complejo activado consiguiendo el producto. Pero si no se da alguna de esta condición se sigue quedando en sustrato.
La velocidad de una reacción depende de la energía de activación. Cuanto más energía necesite una reacción más lenta será.
Cuando la energía de activación es baja , no se necesita aportar energía a la reacción, porque la temperatura ambiente es suficiente, la agitación térmica de los sustratos  es suficiente o la luz que les da es suficiente, estas reacciones se les llama espontáneas.
La velocidad de una reacción también dependen de la energía de la reacción, es la energía del sustrato menos la energía del producto, ES - EP. Cuando sale positiva esta es exotérmica(desprende energía). Y cuando esta diferencia es negativa es endotérmica (necesita energía).
Los catalizadores, las enzimas, actúan en muy baja concentración y lo que hace es que disminuya la energía de activación, haciendo las reacciones espontáneas.
Toda la energía que tiene la reacción se utiliza para romper enlaces o formarlos, ninguna energía se pierde en colisiones incorrectas.
Las enzimas igual que los catalizadores se recuperan intactos no se consumen en la reacción.
Intervienen en la reacción, facilitando la geometría de la unión. A los sustratos se le baja la energía de activación facilitando el desarrollo de la reacción y sin alterar el equilibrio de ola reacción.
- Actúan en baja concentraciones.
-Se recuperan intactos.
-Favorecen la geometría de la colisión, con baja energía de activación y el desarrollo de la reacción sin alterar el equilibrio.
Características de la catálisis enzimática:

1)Complejo E - S y centro activo. 

La misma cinética de las reacciones químicas sirve para las enzimas. Se forma un complejo entre enzima y sustrato. E + S -----ES
Es un complejo intermedio e inestable que rápidamente te convertirá en el producto.
E + S------ES------E + P
Esta unión se da en la superficie del enzima ,donde hay un surco (el centro activo), para reconocer el sustrato por su forma. La forma del centro activo y la forma del sustrato son complementarios.

El enzima reconoce a su sustrato por su "estereoespecificidad".Por la complemtariedad de sus formas.







Aminoácidos de unión, interaccionan débilmente con ciertos grupos químicos del Sustrato formando enlaces dobles (los mismos enlaces de las estructuras de las proteínas) que mantienen unidos E-S.

-Aminoácidos catalíticos: mediante interacciones débiles en la unión los mismos enlaces de unión, debilita un enlace al romperse en la reacción o exponer grupos químicos del Sustrato que se van a enlazar.
Los aminoácidos catalíticos favorecen el desarrollo de la reacción.
Enzimas especiales:
-aminoácidos de unión.
-aminoácidos catalíticos.
-aminoácidos que mantengan la forma de la enzima.

Aparecen juntos los aminoácidos en el centro activo por los pliegues de la cadena y la forma de la proteína.

2)Especificidad:
La enzima reconoce su Sustrato por su forma complementaria con la del centro activo. Por estereoespecificidad(especificidad de sustrato).
Especificidad de sustrato total (hasta la isomería) pero en general, desconoce ciertos grupos químicos del sustrato( especificidad de grupo).
Los aminoácidos de unión también determina la especificidad del sustrato.
-Especificidad de acción: Cada enzima solo realiza un tipo de reacción química, la que le permite su aminoácidos catalíticos.

3)Cofactores y vitaminas:
Hay muchas enzimas que necesitan de sustancias no proteicas para su funcionamiento. Estas sustancias se unen débil y momentáneamente a la enzima(no son los grupos proteicos) porque forman una unión covalente, fuerte y permanente.
Cofactor(iones metálicos (Fe,Mg,Mn,Ca,Zn…)), colaboran en la unión de enzima y sustrato en la catálisis de la enzima y sustrato.
En otros casos, se dice coenzimas, moléculas orgánicas, actúan como aceptores temporales, grupos químicos (transportadores de grupos químicos entre distintos sustratos).
-Deshidrogenasas: quitan H al sustrato pero no lo puede conservar, porque el enzima tienen que quedar intacto.
Ejemplo:
Deshidrogenadas → quitan hidrógeno al sustrato pero no lo pueden conservar intactos.

Coenzima redox:


sustrato reducido       NAD+       sustrato oxidado

  oxidasa             ↓      ↓          ↑    ↓     reductasa
sustrato oxidado         NADH      sustrato reducido

nicotinaminadenindinucleótido


Quinasas (toman) y fosfatasas (ceden)

NADP+, FMN+ , FAD+


Enlaces de alta energía con el fósforo inorgánico ~Pi, aceptan coenzimas transportadores de energía. 

          PEP     ADP     GLUC
quinasa    ↓   ↓       ↑   ↑     fosfatasa 

               P      ATP       G-L-P

ADP + ~Pi ↔ ATP  moneda energética de la célula

ATP → adenosintrifosfato         UTP / GTP / TTP

ADP → adenosindifosfato

 Vitaminas
Todas las vitaminas se necesitan en pequeñas cantidades, colaboran con la enzima que también están en pequeñas cantidades. Son necesarias para el metabolismo porque actúan como coenzima.
Por falta de vitaminas se producen más enfermedades llamadas carenciales. Los síntomas son el resultado del déficit de ciertas reacciones metabólicas(las que necesitan esos coenzimas).Ej:Pelagra, escarbuto, beri-beri.

En cuanto se añade a la dieta la vitamina que falta desaparece estos sintomas.Se le llama Avitaminosis(falta de vitaminas)
Las vitaminas clasificadas por su composición:
-hidrosolubles(actuan como coenzimas o como grupos prosteticos,se elimina a través de la orina)
-liposolubles(El exceso es toxico)





4)Mecanismo para aumentar la eficacia enzimática
Son sistemas multienzimáticos y de compartimentación.
La velocidad de las reacciones aumenta cuando están acopladas.
Se encuentran acopladas cuando el producto de una reacción es el sustrato del siguiente. esto permite mayores concentracciones del sustrato y con ello mayor velocidad de las reacciones.
el mismo efecto se consigue con la compartimentación. Dentro de un mismo compartimento hay más concentración que fuera, en el citoplasma hay concentracciones pequeñas y en el orgánulo (compartimento) concentracciones altas.
En los seres vivos las enzimas asociadas forman complejos multienzimáticos que catalizan la secuencia. 
Además están asociados a membranas, ocurren dentro de un compartimento (el orgánulo).

 
5)Cinetica de las reacciones catalizadas y enzimas:
Ecuación de Michaelis-Meten.
Tienen la misma cinética que las reacciónes normales.
Presentan saturación de sustrato(exclusiva de las enzimas) 
 




-1ª fase:Si la velocidad aumenta 2 el sustrato aumenta 2.
-2ªfase:Si la velocidad aumenta 2 el sustrato aumenta 1,aumenta proporcionalmentye pero no directamente.
-3ª fase: la velocidad no aumenta aunque se le eche más sustrato, está saturada.
El enzima está en baja concentración, está todo ocupado, por más sustrato que se le añada no aumenta la velocidad.

La ecuación de Michaelis-Menten explica la cinética, relacionando velocidad con concentración de sustrato y ciertas características del enzima.


                                        v = \frac{V_{max}[\mbox{S}]}{K_m + [\mbox{S}]}
Cada enzima tiene su KM, típico de cada enzima.
La KM también es una constante de equilibrio de esa reacción.


                     E + S ↔ ES                             |S| • |E|
                                                          KM =   ─────
                                                                         |ES| 

Si la KM es alta necesita más concentración de sustrato.
La KM es inversamente proporcional a la afinidad de la enzima con el sustrato.

Si una enzima tiene varios sustratos, tiene una KM para cada uno.

El KM varía con la temperatura, con el pH, con las coenzimas y cofactores.

La velocidad máxima es otra característica de la enzima, cada enzima tiene una velocidad y también varía con cada sustrato, temperatura, pH, coenzimas y cofactores.

La mejor KM y velocidad máxima se da a una temperatura óptima (37ºC para las enzimas), pH óptimo (6, 5-7) y las concentraciones de coenzimas también son óptimas.


5.1.-Factores que influyen en la velocidad de las reacciones enzimáticas:
Ecuación de Michaelis-Menten.
-La concentración lSl
-pH óptimo (6, 5-7), tanto si es alto como bajo la velocidad disminuye (el pH afecta a la forma del enzima, a los amínoácidos de unión y a los aminoácidos catalíticos, por tanto al funcionamiento del enzima), a la velocidad de reacción.
Temperatura óptima (37ºC), si la temperatura baja no se llega a alcanzar la energía de activación. Si la temperatura sube, las proteínas se desnaturalizan.
Coenzimas y cofactores, concentraciones óptimas, si es baja la concentración la velocidad se resiente.

6.-Clasificación y nomenclatura de las enzimas:


La clasificación de las enzimas es según la acción de su reacción química.
 -Deshidrogenadas
 -Hidrolasas
 -Oxidasas
 -Descarboxilasa
Se nombra poniendo en 1º lugar los sustratos +acción química + asa
ejemplo:
succinico deshidrogenasa → succinico quita hidrógenos
piruvico descarboxilasa → piruvico quita dióxido de carbono
glucógeno fosforilasa → glucógeno de fósforo

7.-Regulación (modificaciones) de la acción enzimática:

La cinética enzimática se ve modificada por parámetros generales, concentración de sustrato, concentración de coenzimas y cofactores, subir la temperatura y bajar el pH.
Estos parámetros son inespecíficos, afectan a todas las enzimas, no sirven para regular la actividad enzimática.

La verdadera regulación de la actividad enzimática (reacciones metabólicas) se realiza a nivel de enzima, modificando su velocidad de actuación.

A nivel de los genes a partir de los que se sintetizan los enzimas (ácidos nucleicos).

Es necesario porque el medio es cambiante, las necesidades celulares también varían.

Se necesita regulación de la actividad enzimática por economía celular (sólo ocurren las reacciones metabólicas necesarias a la velocidad adecuada).

Los mecanismos de regulación son la activación / inhibición enzimática más la que realizan los llamados enzimas reguladores (alostéricos y modulados covalentemente).


Activación / inhibición enzimática:
La acción enzimática dependía de la concentración del sustrato y de la concentración de coenzimas y cofactores, con ellos se activa, sin ellos no funciona, no es una verdadera regulación, sí lo es la que producen ciertas sustancias inhibidoras capaces de disminuir la velocidad de las reacciones e incluso hacerlas cero.

Inhibición enzimática:
  -Inhibición irreversible (nunca volverá a actuar correctamente),  insecticidas, mercurio (Hg), son capaces de unirse a ciertos aminoácidos esenciales del enzima covalente, permanentemente alterándolos irreversiblemente, se conocen como venenos metabólicos.
-Inhibición reversible, hay varios tipos, sólo se distinguen experimentalmente por su efecto sobre la cinética enzimática. Tres tipos:
1.-Inhibición competitiva:
El inhibidor es semejante químicamente al sustrato, compite con el sustrato en su unión al centro activo y se produce dos reacciones.
Con el inhibidor aumenta la KM "aparentemente".
Experimentalmente, aumentando la concentración de sustrato y anteniendo la concentración de inhibición aumenta la velocidad y disminuye la inhibición, es inhibición competitiva.
2.-Inhibición acompetitiva:
El inhibidor no es semejante al sustrato, no compite con el sustrato para unirse al centro activo, no se combina con el enzima libre, se combina con el complejo enzima-sustrato.
Se distingue experimentalmente, se aumenta la concentración de sustrato y se mantiene constante la concentración del inhibidor y del enzima, disminuye la velocidad y aumenta la inhibición, es inhibición acompetitiva.

3.-Inhibición no competitiva:
El inhibidor se une al enzima por un lugar distinto al centro activo, se dan tres reacciones: buena, competitiva y acompetitiva.
Se aumenta la concentración del sustrato y se mantiene la concentración del inhibidor y del enzima, la velocidad permanece igual.

                           E + S ↔ ES ↔ E + P             V↑
                           E + I   ↔ EI                               V=
                           ↑ES + I ↔ ↑ESI                       V↓
 
Enzimas reguladores:

Algunos son específicos para regular, son capaces de modificar el estado metabólico de las células en muy poco tiempo, son los enzimas alostéricos y modulados covalentemente.

Enzimas alostéricos:
Etimológicamente alostérico significa "otro sitio".
Además de centro activo presenta centro alostérico.

Los moduladores pueden ser positivos o negativos, el positivo activa al enzima y el negativo inactiva al enzima.
Cuando tienen uno se llaman monovalentes, si tienen dos o más (positivo y negativo) se llaman polivalentes.
Si son polivalentes cada modulador tiene su centro alostérico.
Los enzimas alostéricos se encuentran siempre al principio.

                 L-Treonina E1→ E2 →E3→E4→E5→ L-Isoleucina     



L-Treonina se encuentra al principio de una secuencia multienzimática.

L-Isoleucina es el modulador negativo de la L-Treonina deshidratasa.

Si hay L-Isoleucina no funciona, deja de funcionar la L-Treonina.

Sirve para mantener constante la concentración de L-Isoleucina.

Es un mecanismo de control que se llama retroalimentación negativa. La salida influye sobre la entrada y negativa porque el signo de la salida es distinto al de la entrada (utilizado en cisternas, termostatos, etc...)

Este mecanismo se utiliza para mantener constante una variable, sirve para regular.

En retroalimentación positiva, el modulador es positivo, sirve para maximizar una variable, para conseguir una respuesta máxima.

Si aumenta en la salida, aumenta la entrada.

Se encuentran al principio de una secuencia multienzimática (un enzima alostérico regula a otros cuatro, L-Treonina deshidratasa)

Si se encuentra en una encrucijada metabólica controla todas las reacciones e influye en todas las demás.

Red de control, varias secuencias enzimáticas reguladas cuyo producto final activa el enzima alostérico.


Enzimas modulados covalentemente:

Se caracterizan porque tienen dos formas, una más activa (mayor velocidad) y otra menos activa (menor velocidad), se diferencian en las modificaciones covalentes de su estructura
.
                      Glucógeno Fosforilasa » Glucógeno + ATP → G-1-P + (glucosa) n-1 + H2O                                 reacción esencial ante las situaciones de emergencia

Interconvertibles mediante cambios / modificaciones covalentes de su estructura, catalizadas por otras enzimas a su vez. 

Libera la glucosa de su almacen (glucógeno) ante una emergencia (almacenada en el hígado).

Son enzimas que tienen dos formas:
-Más activa
-Menos activa
Estas se diferencian por diferencias covalentemente de su estructura.La copnversión de una forma a otra está catalizada por otros enzimas a su vez.
E.glucógeno fosforicasa.
Glucógeno + ATP ------------G-1-P + ADP +(Glucosa)+H2O n-1

Es una reacción esencial aunque la situación es de emergencia.
Libera la glucosa de su almacen (Glucogeno)ante una emergencia.
Se caracteriza porque tiene 4 subunidades,cada una de sus subunidades tiene un resto de serina,tiene un grupo OH y lo tiene fosforilado formando un enlace ester.

Esto permite amplificar enormemente, rápidamente, una señal. ante una situación de emergencia segregamos adrenalina.

Una molécula de adrenalina activa a 1.000 fosforilasa quinasa, a su vez convierte 1.000.000 Fb en 1.000 Fa y éstas liberan 1.000.000 G-1-P a disposición del músculo.
    

sábado, 29 de enero de 2011

Practicas en el laboratorio

Existencia de sales minerales en los esqueletos


Material necesario:


-Huesos
-Conchas de moluscos
-Agua destilada
-Äc.Clorhídrico(HCL)

Procedimiento:


Prepararemos una disolución de 7ml de HCL y 44 ml de agua destilada,lo mezclamos en un vaso de precipitado y le añadimos un hueso de pollo, en otro preparado igualmente añadimos una concha y en otro un caracol.

Resultado:

Observamos que tanto el caracol como la concha reacciona con el HCL formandose una sal nueva.
El pollo alcabo de un día queda con textura blanda,esto se debe a que a perdido sales y solo queda el colágeno.
La concha alcabo de un día no le a ocurrido nada,sigue intacta.
El caracol se disuelve completamente debido a su composición en sales.

Cuestiones y resultados:

-¿Qué a sucedido en cada caso?¿Por qué?
El hueso a reaccionado como base y al mezclarse con el ácido se a producido un equlibrio que a reaccionado con la sales del hueso.
-¿A que se debe la flexibilidad de los huesos de los recien nacidos?
A la cantidad de colágeno
-¿A que se debe la fragilidad de los huesos de los ancianos?
A la falta de agua y sales minerales a causa de la edad.




Procesos de ósmosis(huevo)


Material necesario:


-Huevo de gallina
-Solución de 50cm3 de ác.acético en 150cm3 de agua destilada

Procedimiento: 

Introducimos un huevo de gallina en un vaso de precipitado con la solución de 50cm3 de ác.acético en 150cm3 de agua destilada y lo dejamos actuar durante un día.


Resultado:

Observamos como reacciona la disolución con la cascara de huevo.Al día siguiente la cascara a desaparecido y vemos como el huevo está recubierto con una capa blanquecina,a causa de tener sales.
Lo introducimos en un vaso de precipitado con agua destilada y observamos como se hincha y se rompe(lisis)


Procesos de ósmosis(hoja de col lombarda)

Material necesario:


-Hoja de col lombarda
-Microscopio
-Agua desrtilada
-Cuchilla


Procedimiento: 

Cojeremos una hoja de col lombarda,de esa hoja haremos tres cortes longitudinales.Verteremos en uno agua destilada,en otro agua corriente y en otro agua saturada de sal.
Primero observaremos la hoja sola en el microscopio y luego con las dichas sustancias, y lo compararemos visto en el microscopio.


Resultado:


Observamos la hoja solo en el microscopio y vemos ese color rosa y unas gotitas,al aumentarlo un poco mas vemos como circulitos.
-vertemos en uno agua destilada, y vemos como a  aumentado de tamaño y a cambiado un poco su color,oscureciendose,al aumentarlo mas vemos como rallas negras.
-vertemos agua corriente del grifo, y observamos como mas alargada lo que antes era como circulos,se estira.
.vertemos agua con sal,la célula se ve más pequeña al arrugarse y la parte verde de la hoja se vuelve anaranjado.

La acción tampón en los líquidos naturales 


Material necesario:


-Dos tubos de ensayo
-Solución de ác.clorhídrico al 0.1 por 100.
-Papel indicador de PH.

Procedimiento:

En uno de los tubos añadimos saliva y en el otro 5 ml de agua del grifo,el valor de PH es 7.Luego añadimos la soluciónde ác.clorhídrico al 0.1 por 100.

Cuestiones:
-¿Qué líquido a variado más lentamente su PH?
El agua
-¿Por qué?
Por sus sales
-¿A que sustancias disueltas se debe?
A las sales minerales que actuan como tampón


Estudio de azucares reductores
Material necesario:

-Tubos de ensayo
-Gradilla
-Pinzas
-Mechero
-Pipetas
-Solución de lugol
-Solución de Fehing A y B
-Solución alcalina(sosa,potosa,bicarbonato,etc.)
-CIH diluido.
-Soluciones al 5% de glucosa,maltosa,lactosa,fructosa,sacarosa y almidón.
Procedimiento:
Ponemos en un tubo de ensayo glucosa más Fehing A y B, y en otro sacarosa más Fehing A y B.
Solución:

Al calentar con el mechero el primer tubo el color azul que tenía al principio desaparece y se vuelve rojo oscuro,aqui se observa el poder reductor.
Al calentar el segundo tubo que obtenia la sacarosa abservamos que no cambia su color azul.