Estructura y Propiedades de los Ácidos Nucleicos y Proteínas

PROPIEDADES FÍSICOQUÍMICAS DE LAS BASES PURÍNICAS Y PIRIMIDÍNICAS

Existencia de dipolos: Todas las bases poseen átomos electronegativos de O2 y de N2, como consecuencia son abundantes los enlaces polares, lo que le permite interactuar entre sí mediante puentes de H.

Hidrofobia: La naturaleza aromática de los anillos hace que las bases tengan un marcado carácter apolar, sean hidrófobas y poco solubles en agua al pH celular. A pH ácido o adquieren carga y se hacen más solubles en agua.

Propiedades ácido-base: Todas las bases nitrogenadas son bases débiles. Este carácter básico, propio de los anillos purina y pirimidina, se ve disminuido por la presencia de algunos sustituyentes.

Absorción de la luz en el ultravioleta: Ésta es una propiedad característica de las bases purínicas y pirimidínicas, debido a su carácter aromático. En los espectros de absorción, a pH =7, se observa una fuerte absorción de la luz en el ultravioleta, con un máximo cerca de 260nm para todas ellas.

ESTRUCTURA PRIMARIA

Común para DNA y RNA, consiste en la existencia de cadenas, generalmente largas, de carácter macromolecular, formadas por la unión de nucleósidos mediante enlaces covalentes 3´-5´fosfodiester. Por tanto, la unidad monomérica es el nucleótido.

Los ácidos nucleicos son, polímeros de nucleótidos o polinucleótidos, con un esqueleto lineal formado por unidades alternas de fosfato y pentosa (parte constante de la secuencia), del cual sobresalen lateralmente las bases (parte variable, que define la secuencia), unidas al azúcar respectivo por enlaces N-glicosídicos.

ESTRUCTURA SECUNDARIA

MODELO DE WATSON Y CRICK:

El modelo tridimensional, como estructura de referencia para las propiedades del DNA. Corresponde a la actualmente denominada forma B del DNA, la más común en las células y las más estable de todas las que puede adoptar el DNA bajo condiciones fisiológicas. Este modelo se basó en las observaciones por rayos x como en las reglas de Chargaff. (A=T ; G = C)

COMPLEMENTARIDAD DE LAS BASES Y SUS CONSECUENCIAS:

La estructura química de las bases permite la formación de enlace por puente de H (2 átomos electronegativo, como N y O, comparten un átomo de H cuando los 3 están en línea y la distancia es cercana a 3A) En concreto, 2 nucleótidos pueden interaccionar de forma específica mediante dichos enlaces y se habla de “bases complementarias”.

Gracias a la complementariedad descrita, 2 cadenas polinucleótidas se pueden asociar a todo lo largo siempre y cuando todas sus bases sean complementarias. Este emparejamiento completo de las 2 cadenas da lugar a un ácido nucleico bicatenario, que es la estructura del DNA. La complementaridad de bases justifica las dos características estructurales importantes del DNA: la helicidad y el antiparalelismo.

Que las secuencias de las hebras sean complementarias solo puede ocurrir si ambas hebras se disponen en sentidos opuestos. Si una avanza de 5´->3´, la otra debe hacerlo de 3´->5´. Se dice que las hebras tienen polaridad opuesta, o que son antiparalelas.

El emparejamiento de las 2 hebras sólo se puede establecer si los pares de bases sucesivos van girando unos con respecto a otros. Como consecuencia de la acumulación de estos giros, las hebras del DNA adoptan una disposición helicoidal y la molécula bicatenaria es una doble hélice. Puede ser dextrorsa o sinistrorsa. En el caso de la forma B del DNA, ambas hebras se enrollan alrededor de un eje común, longitudinal, formando una doble hélice dextrorsa.

CARÁCTER ANFIPÁTICO Y ESTABILIDAD DE LA DOBLE HELICE

CARÁCTER HIDROFILO:

Debido a la interacción entre las bases de las 2 hebras, los esqueletos azúcar-fosfato de ambas deben disponerse hacia el exterior de la doble hélice, estableciendo interacciones con el medio acuoso, por ello el DNA bicatenario muestra un marcado carácter hidrófilo y es muy soluble en H2O.

COPLANARIEDAD, APILAMIENTO DE LAS BASES Y CARÁCTER HIDROFOBO:

Las bases purínicas y pirimidínicas de ambas cadenas se encuentran dirigidas hacia el interior de la doble hélice, superpuestas, formando un apilamiento. Como consecuencia de la proximidad y paralelismo de los anillos aromáticos, se originan entre ellos fuerzas de atracción, de tipo Van Der Waals, llamadas interacciones de apilamiento. Asimismo, esa disposición evita la interacción de las bases con el medio acuoso, este efecto hidrófobo contribuye, junto con el apilamiento, a la estabilización de la molécula y a la protección de la información genética.

HIDROLISIS

ÁCIDA:

Los ác. Fuertes rompen tanto los enlaces fosfodiester entre nucleósidos como los enlaces N-glicosídico de cada nucleótido. // los ác. Débiles respetan los enlaces fosfodiester, pero tienden a romper la unión N-glicosídico.

ALCALINA:

El medio básico afecta de distinta manera a los enlaces fosfodiester, hidrolizando los del RNA, pero no los del DNA debido a la presencia del grupo 2´-OH de la ribosa y su ausencia en la desoxirribosa; los N-glicosídicos son resistentes.

PROTEÍNAS

Proteínas fibrosas:

Se ordenan formando filamentos u hojas de gran extensión, en general conformadas por un único tipo de estructura secundaria. Todas ellas son insolubles en agua y representan más de la mitad de la masa corporal de los organismos superiores.

Proteínas globulares:

Las cadenas polipéptidas se pliegan en forma esférica y poseen una estructura más compleja que las anteriores, ya que puede haber más de una estructura secundaria. Son solubles en agua.

Proteínas de membrana:

Pueden ser extrínsecas o intrínsecas. Las extrínsecas se encuentran enteramente fuera de la membrana pero unidas a ella por uniones de tipo puente de H, Van Der Waals o iónicas. Las intrínsecas se encuentran dentro de la membrana.

Glicoproteínas:

Son proteínas combinadas con carbohidratos. En la mayoría de las glicoproteínas, la unión se hace entre las asparaginas y N-acetil-D-glucosamina. Están las intracelulares y las secretoras. Las intracelulares están presentes en las membranas celulares y tienen un papel importante en la interacción y el reconocimiento de la membrana.

Lipoproteínas:

Son proteínas conjugadas con lípidos. Hay distintos tipos de lipoproteínas, las lipoproteínas de alta densidad, de baja densidad y los quilomicrones.

Nucleoproteínas:

Proteína combinada con ác. Nucleicos.

Metaloproteínas:

Proteínas conjugadas con iones metálicos que no forman parte del grupo prostético.

AMINOACIDOS

Estructura común: las proteínas son polímeros lineales construidos a partir de monómeros llamados aminoácidos empalmados uno tras otro. La secuencia de aminoácidos enlazados se llama estructura primaria. La estructura tridimensional formada por los enlaces de H entre cada uno de los aminoácidos se denomina estructura secundaria, mientras que la estructura terciaria está formada por las interacciones existentes de todo tipo entre los aa. La función de una proteína depende directamente de su estructura tridimensional. Solamente los aa L constituyen las proteínas. Para casi todos los aa, el isómero L tiene configuración absoluta.

Ionización de los aa: Los aa son compuestos anfóteros. Los aa en dón a pH neutro existen fundamentalmente como iones dipolares.

ESTRUCTURA PRIMARIA

Enlace peptídico: Dos aa pueden unirse covalentemente formando un enlace amida sustituido, que se denomina enlace peptídico. La formación de un dipéptido a partir de 2 aa se acompaña por la pérdida de una molécula de H2O. El equilibrio de esta reacción está más desplazado hacia la hidrólisis que hacia la síntesis. Por ello, la biosíntesis de los enlaces peptídicos requiere un aporte de energía libre. Los enlaces peptídicos son muy estables cinéticamente.

El enlace peptídico une de manera covalente el carbono carbonílico del primer aa con el nitrógeno amínico del segundo. El enlace peptídico es esencialmente plano, para que la molécula gire en medio de cada plano tiene que estar en carbono alfa.

Tema 4

HÉLICE ALFA

Es una estructura helicoidal estabilizada por puentes de H intracatenarios. Es una estructrura en forma de cilindro, un esqueleto helicoidal plegado muy firme, forma la parte interior del cilindro, mientras que las cadenas laterales se extienden hacia fuera en una distribución helicoidal. La hélice alfa se estabiliza por puentes de H entre los grupos NH y CO de la cadena principal, los puentes se establecen entre el átomo de O2 carbonílico de un residuo y el N2 del residuo situado en la posición (n+4). Cada residuo se relaciona con el siguiente por una traslación de 1,5A en el paso de hélice y una rotación de 100 grados, lo que equivale a 3,6 residuos de aa por vuelta de hélice.

La hélice es dextrorsa, son más favorables energéticamente que las sinistrorsa porque hay menos choques estéricos entre las cadenas laterales y el esqueleto.

HEBRA BETA

El esqueleto polipeptídico se encuentra extendido, en lugar de retorcido sobe sí mismo en forma de hélice. Las láminas beta se estabilizan mediante puentes de H entre N y O pertenecientes a los enlaces peptídicos, como en la hélice alfa, pero en este caso son enlaces intercatenarios, entre las cadenas polipeptídicas adyacentes.

HÉLICE DEL COLÁGENO

Es una estructura helicoidal más estirada que la hélice alfa y gira hace la izquierda. En su secuencia es característica pa repetición de Gly-x-y donde X suele ser Prolina e Y puede ser Prolina o Hidroxiprolina. (estructura cuaternaria)

ESTRUCTURA TERCIARIA

¿Qué estabiliza la estructura 3D? E. secundaria, terciaria y cuaternaria. // Fuerzas débiles, enlaces débiles no covalentes, débiles pero muy numerosos. // Enlaces de H. // Hidrofobia-> aislamiento del agua, falta de interacción. // Efecto hidrófobo es la fuerza principal que determina el plegamiento de las proteínas. // Los residuos aa – apolares se colocan al interior. // Los polares al exterior, en contacto con el agua. //Fuerzas electrostáticas -> enlaces iónicos. // Van Der Waals.

HÉLICES ALFA ANFIPÁTICAS
El frente de ésta hélice está compuesto por un buen nº de átomos de O y de N, es una cara de la hélice con elevada polaridad. Pero si nos fijamos en la parte trasera de la hélice, podemos apreciar que hay mucho menos átomos electronegativos y más átomos de C, se trata de una cara de la hélice poco polar.

Debido a esta dualidad polar-apolar se dice que la hélice es anfipática. Esta anfipatía se corresponde bien con la e. terciaria de la proteína, pues la cara hidrófoba se orienta hacia el interior de la proteína, donde no hay moléculas de agua y puede interaccionar con los aa hidrófobos de otras hélices. La cara hidrófila se orienta hacia el exterior, en contacto con el agua.

ESTRUCTURA CUATERNARIA

Se refiere al ordenamiento espacial de las subunidades idénticas. La e. cuaternaria está formada por subunidades, la unión entre las subunidades no es covalente. La asociación es espontánea (porque son más estables asociadas).