Aminoácidos, Proteínas y Ácidos Nucleicos: Estructura, Propiedades y Funciones

Aminoácidos: Componentes Básicos de las Proteínas

Los aminoácidos son compuestos orgánicos de baja masa molecular que poseen un grupo carboxilo (COOH) y un grupo amino (NH2). Son sólidos, cristalinos, solubles en agua, con un punto de fusión elevado y actividad óptica. Desvían el plano de vibración de la luz polarizada: a la derecha (dextrógiro) o a la izquierda (levógiro).

Clasificación de Aminoácidos

• Hidrofóbicos: Ala, Val, Leu, Ile, Met, Phe, Pro, Trp
• Sin carga: Gly, Ser, Thr, Cys, Asn, Gln, Tyr
• Negativa: Asp, Glu
• Positiva: Lys, Arg, His

Los aminoácidos tienen un comportamiento anfótero, manteniendo constante el pH (efecto tampón).

Enlace Peptídico

Es un enlace covalente entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino del siguiente, con la formación de H2O.

Estructura de las Proteínas

La estructura de una proteína es una serie de plegamientos que sufre la secuencia de aminoácidos, de la cual depende su actividad biológica.

Niveles de Estructura

Estructura Primaria

Secuencia de aminoácidos de una proteína. El orden de los aminoácidos es distinto en cada proteína y está determinado por el ADN. Las proteínas se presentan en zigzag debido al enlace peptídico.

Estructura Secundaria

La cadena polipeptídica adopta una conformación que depende del número de enlaces de hidrógeno que se puedan formar.

• Alfa Hélice: Plegamiento en espiral de la cadena peptídica sobre sí misma, formado espontáneamente por los enlaces de hidrógeno entre los O2.
• Hélice de Colágeno: Las cadenas polipeptídicas que forman el colágeno tienen una disposición en hélice levógira debido a la abundancia de aminoácidos. Esta estructura le confiere estabilidad.
• Conformación Beta: La cadena de aminoácidos no forma una hélice, sino una cadena distendida en forma de zigzag debido a la ausencia de enlaces de hidrógeno entre los aminoácidos próximos.

Estructura Terciaria

Disposición en el espacio de la estructura secundaria, originando una conformación globular. Los radicales apolares se encuentran en el interior y los polares en el exterior, lo que facilita que muchas proteínas globulares sean solubles en agua.

Estructura Cuaternaria

Proteínas formadas por dos o más cadenas polipeptídicas con estructura terciaria, unidas por enlaces débiles o covalentes.

Propiedades de las Proteínas

• Solubilidad: Debido a la elevada proporción de aminoácidos con radicales polares, estos establecen enlaces de hidrógeno con moléculas de H2O, lo que puede provocar su precipitación.
• Capacidad Amortiguadora: Al estar constituidas por aminoácidos, tienen un comportamiento anfótero (se comportan como un ácido o una base).

Funciones de las Proteínas

• Estructural: Forman parte de la membrana plasmática y sirven de soporte al ADN (queratina, elastina, colágeno).
• Reserva: Ovoalbúmina, caseína.
• Transporte: Hemoglobina, seroalbúmina, lipoproteínas.
• Enzimática: Regulan acciones bioquímicas (maltasa, lipasa).
• Contractil: Flagelina, miosina.
• Hormonal: Proteínas transportadas por el medio interno.
• Defensa: Inmunoglobulinas.
• Homeostática: Mantienen constantes los valores de salinidad y acidez.

Ácidos Nucleicos: ADN y ARN

Los ácidos nucleicos son polímeros formados por la unión de nucleótidos. Cada nucleótido está formado por:

• Ácido fosfórico (en nucleótidos forma fosfato).
• Pentosa: ribosa o 2-desoxirribosa.
• Base nitrogenada:
  • Púricas: (purina) adenina y guanina.
  • Pirimidínicas: timina y uracilo.

Nucleósidos y Nucleótidos

• Nucleósidos: Unión de pentosa y base nitrogenada mediante un enlace N-glucosídico.
• Nucleótidos: Unión de un nucleósido y un ácido fosfórico mediante un enlace éster fosfórico, con fuerte carácter ácido.

ADN (Ácido Desoxirribonucleico)

El ADN está formado por dos cadenas de nucleótidos que forman una doble hélice. Consigue una gran condensación gracias a los niveles estructurales que presenta. Se empaqueta más gracias a las histonas.

Niveles de Empaquetamiento del ADN

• Primer Nivel: Collar de perlas, constituido por fibra de ADN asociada a histonas (proteínas básicas de baja masa molecular). Se encuentra en el núcleo durante la interfase del ciclo celular de las células eucariotas. Cada nucleosoma está formado por un octámero de histonas, y la fibra de ADN se extiende formando el ADN espaciador.
• Segundo Nivel: Solenoide, formado por el enrollamiento sobre sí misma de la fibra.
• Tercer Nivel: Forma bucles, estabilizados por el armazón nuclear.

Tipos de ADN

Monocatenario, bicatenario, asociado a histonas, protaminas y ADN procariota.

ARN (Ácido Ribonucleico)

El ARN está constituido por nucleótidos de ribosa y cuatro bases nitrogenadas (adenina, guanina, citosina y uracilo). No contiene timina y presenta enlaces fosfodiéster.

Tipos de ARN

• ARN mensajero (ARNm): Monocatenario, generalmente lineal. Copia la información del ADN y la lleva a los ribosomas.
• ARN de transferencia (ARNt): Se encuentra en el citoplasma en forma disuelta. Transporta aminoácidos determinados hasta los ribosomas, donde se sintetizan las proteínas. Presenta dos zonas distintas: una estructura secundaria en doble hélice y otra monocatenaria que forma asas o bucles.
• ARN ribosómico (ARNr): Constituye los ribosomas y representa el 60% de la masa de estos orgánulos. Unido a proteínas ribosómicas, origina lugares adecuados para la unión del ARNm y de estos con los ARNt, que son los portadores de aminoácidos que forman las proteínas.
• ARN nucleolar: Es el componente principal del nucléolo y se origina a partir de diferentes segmentos de ADN.
• ARN pequeño nucleolar (ARNpn): De tamaño muy pequeño, se encuentra en el núcleo de las células eucariotas y tiene un elevado contenido de uridina. Se une a ciertas proteínas del núcleo formando ribonucleoproteínas que actúan eliminando intrones.
• ARN de interferencia (ARNi): Es de doble cadena y es utilizado por determinadas enzimas para reconocer ARN mensajeros concretos.