Biología Molecular: Agua, Aminoácidos, Termodinámica, Enzimas y Glucólisis
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Agua y Estructura Molecular
El agua forma de 3 a 6 enlaces de hidrógeno por cada molécula. Su estructura está formada por anillos de 3 a 7 miembros, y el hielo presenta anillos de 6 miembros.
Clatratos
Los clatratos son complejos cristalinos de compuestos apolares con agua. Las moléculas apolares quedan encerradas dentro de una jaula poliédrica formada por moléculas de agua.
Moléculas Anfipáticas
Las moléculas anfipáticas poseen una región polar y una región apolar, es decir, zonas hidrofílicas e hidrofóbicas.
Ácidos y Bases
- Ácido: cede protones (H+).
- Base: capta protones (H+).
Aminoácidos
Los aminoácidos tienen un carbono quiral (excepto la glicina), lo que les confiere actividad óptica. En las proteínas solo se encuentran los isómeros L.
Clasificación de los Aminoácidos
Alifáticos apolares
Orientan hacia el interior de la proteína. Incluyen: glicina, leucina, isoleucina, alanina, prolina, valina y metionina.
Aromáticos
Se estabilizan mediante interacciones hidrofóbicas. Tirosina y triptófano pueden formar enlaces de hidrógeno y absorben luz.
Polares sin carga
Tienen contacto con el solvente y pueden formar puentes de hidrógeno. La cisteína forma puentes disulfuro. Otros ejemplos: serina, treonina, asparagina y glutamina.
Con carga
- Carga positiva a pH 7: histidina (facilita el intercambio de H+), lisina y arginina.
- Carga negativa a pH 7: ácido aspártico (aspartato) y ácido glutámico (glutamato), que poseen un segundo grupo carboxílico.
Plegamiento Proteico
Los aminoácidos hidrofóbicos se ubican en el interior de la proteína, mientras que los hidrofílicos se orientan hacia el exterior, formando puentes de hidrógeno. Este proceso ocurre de manera espontánea.
Termodinámica y Espontaneidad
La energía libre se calcula con la ecuación: ΔG = ΔH − TΔS
| ΔH | ΔS | Espontaneidad |
|---|---|---|
| − | + | Espontánea a cualquier temperatura |
| − | − | Espontánea a baja temperatura |
| + | + | Espontánea a altas temperaturas |
| + | − | No espontánea (endergónica) |
Consumo de ATP
El ATP se consume en:
- Etapas tempranas de la ruptura de nutrientes.
- Interconversión de nucleótidos trifosfato.
- Plegamiento de proteínas.
- Contracción muscular.
- Transporte de moléculas.
- Ruptura de enlaces fosfoanhídrido.
Síntesis de ATP
- Fosforilación a nivel de sustrato.
- Fosforilación oxidativa.
- Reacción de la adenilato cinasa.
Purificación de Proteínas
Etapas del Proceso
- Separación y aislamiento.
- Determinación de pureza.
- Caracterización.
- Determinación de la estructura y su correlación con la función.
Cromatografía en Columna
Etapas: equilibración de la resina, empaque de la resina en la columna, lavado de la resina, aplicación de la muestra, elución, recolección y análisis de las fracciones.
Electroforesis
Es el movimiento de partículas cargadas en un campo eléctrico.
Enzimas
Las enzimas presentan velocidades de reacción de 106 a 1012 veces superiores a las no catalizadas. Operan en condiciones suaves: menos de 100 ºC, presión atmosférica y pH neutro, y pocas veces generan productos secundarios.
Interacciones en el Sitio Activo
Especificidad del sustrato, fuerzas de Van der Waals, interacciones electrostáticas, puentes de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas y complementariedad geométrica.
Constante de Michaelis (KM)
- Un KM bajo indica mayor afinidad por el sustrato.
- Un KM alto indica menor afinidad por el sustrato.
Tipos de Inhibición
- Inhibición competitiva: el inhibidor compite con el sustrato normal por el sitio de unión.
- Inhibición no competitiva: el inhibidor se une al complejo enzima-sustrato, pero no a la enzima libre. No afecta la afinidad por el sustrato y no siempre se asemeja al sustrato.
- Inhibición mixta: el inhibidor se une tanto al complejo enzima-sustrato como a la enzima libre. Es efectiva a concentraciones de sustrato bajas y altas.
Respiración Celular y Glucólisis
Reacción global:
Glucosa + O2 → CO2 + H2O + energía
ΔG = −686 kcal/mol
Etapas de la Glucólisis
- Glucosa → Glucosa 6-fosfato (hexoquinasa)
- Glucosa 6-fosfato → Fructosa 6-fosfato (fosfoglucosa isomerasa)
- Fructosa 6-fosfato → Fructosa 1,6-bisfosfato (fosfofructoquinasa)
- Fructosa 1,6-bisfosfato → DHAP y GAP (aldolasa)
- DHAP → GAP (triosa fosfato isomerasa)
- GAP → 1,3-bisfosfoglicerato (gliceraldehído 3-fosfato deshidrogenasa)
- 1,3-bisfosfoglicerato → 3-fosfoglicerato (fosfoglicerato quinasa)
- 3-fosfoglicerato → 2-fosfoglicerato (fosfoglicerato mutasa)
- 2-fosfoglicerato → Fosfoenolpiruvato (enolasa)
- Fosfoenolpiruvato → Piruvato (piruvato quinasa)
Vía de las Pentosas Fosfato
Esta vía tiene como funciones principales la producción de NADPH, necesario para la síntesis de ácidos grasos, y la producción de ribosa-5-fosfato.