Fundamentos de las Biomoléculas Esenciales: Estructura y Función de Proteínas, Enzimas y Ácidos Nucleicos

Proteínas: Estructura, Niveles de Complejidad y Funciones Biológicas

Las proteínas son biomoléculas orgánicas fundamentales, compuestas principalmente por carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N). Son macromoléculas formadas por la unión de subunidades denominadas aminoácidos (AA).

El Aminoácido y el Enlace Peptídico

Cada aminoácido está formado por un átomo de Carbono central unido a:

• Un grupo carboxilo (-COOH)
• Un átomo de Hidrógeno (H)
• Un grupo amino (-NH₂)
• Un radical (R) variable.

Las proteínas están compuestas por 20 tipos distintos de aminoácidos, los cuales se unen mediante el enlace peptídico. Este enlace se forma por la unión del grupo amino de un aminoácido y el grupo carboxilo de otro, liberando una molécula de agua (H₂O).

Estructura Tridimensional y Niveles de Organización

La función de una proteína depende directamente de su estructura tridimensional y de la forma en que se pliega la cadena polipeptídica, la cual viene determinada por la secuencia de aminoácidos. Existen cuatro niveles de complejidad estructural:

1. Estructura Primaria (1º): Es la secuencia lineal de aminoácidos que forman la cadena polipeptídica.
2. Estructura Secundaria (2º): La cadena polipeptídica se pliega localmente, dando lugar a dos tipos principales de estructuras:
   • Hélice Alfa (α-hélice): La cadena se pliega de forma helicoidal (ejemplo: queratina del pelo).
   • Lámina Beta Plegada (β-plegada): La cadena se pliega en forma de zig-zag.
3. Estructura Terciaria (3º): Las estructuras secundarias se pliegan sobre sí mismas, dando lugar a estructuras fibrilares o globulares. Se estabiliza principalmente por los puentes de hidrógeno entre los aminoácidos.
4. Estructura Cuaternaria (4º): Las proteínas con estructura terciaria se asocian para formar grandes moléculas complejas (ejemplo: hemoglobina).

Desnaturalización Proteica

Cambios extremos en el medio donde se encuentran las proteínas (como el aumento de temperatura (Tª) o la variación del pH) provocan la pérdida de estas estructuras. La consecuencia es la pérdida de su función y propiedades, un proceso conocido como desnaturalización de las proteínas.

Funciones Clave de las Proteínas

Las proteínas desempeñan roles vitales en el organismo:

• Estructural: Queratina.
• Transportadora: Hemoglobina.
• Reguladora: Insulina.
• Contráctil: Actina.
• Defensa: Anticuerpos.
• Enzimática: Enzimas.

Enzimas: Catalizadores Biológicos

Las enzimas son proteínas especializadas que actúan como catalizadores biológicos. Su función principal es aumentar significativamente la velocidad de las reacciones metabólicas sin consumirse en el proceso.

Mecanismo de Acción

Las enzimas actúan uniéndose de forma transitoria al sustrato, catalizando su transformación en producto. Este proceso se puede resumir como:

Sustrato + Enzima → Complejo Enzima-Sustrato (ES) → Producto + Enzima

Características Fundamentales

• Especificidad: Son altamente específicas, tanto para una determinada reacción química como para el sustrato sobre el que actúan.
• Eficiencia: Una única molécula de enzima puede catalizar la transformación de muchas moléculas de sustrato por minuto. Actúan en pequeñas cantidades y no se consumen.

Nomenclatura

Generalmente, las enzimas se nombran añadiendo el sufijo -asa al nombre del sustrato sobre el que actúan (ejemplo: la enzima que actúa sobre la maltosa se denomina maltasa).

Ácidos Nucleicos: ADN y ARN

Los ácidos nucleicos son biomoléculas formadas por carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), fósforo (P) y nitrógeno (N). Son polímeros cuyas unidades básicas son los nucleótidos.

Composición del Nucleótido

Un nucleótido se forma por la unión de tres componentes:

1. Una Pentosa (azúcar de cinco carbonos).
2. Un Ácido Fosfórico (grupo fosfato).
3. Una Base Nitrogenada.

La unión de la pentosa y la base nitrogenada forma un nucleósido.

Tipos de Bases Nitrogenadas

• Pirimidínicas: Citosina (C), Timina (T) y Uracilo (U).
• Púricas: Adenina (A) y Guanina (G).

Tipos de Ácidos Nucleicos

Existen dos tipos principales, diferenciados por la pentosa y las bases nitrogenadas que contienen:

• ADN (Ácido Desoxirribonucleico): Contiene la pentosa desoxirribosa y las bases A, C, T, G.
• ARN (Ácido Ribonucleico): Contiene la pentosa ribosa y las bases C, A, U, G.

Estructura y Función del ADN

El ADN presenta una estructura de doble hélice, compuesta por dos cadenas de nucleótidos enrolladas helicoidalmente. Estas cadenas son antiparalelas. Las bases nitrogenadas se dirigen hacia el interior de la hélice, manteniéndola estable mediante puentes de hidrógeno que se forman entre las bases complementarias.

Funciones del ADN

• Es el portador de la información hereditaria.
• Las células utilizan esta información para la síntesis de todas sus proteínas.

Estructura y Tipos de ARN

El ARN está formado generalmente por una única cadena de nucleótidos.

Tipos de ARN

• ARN mensajero (ARNm)
• ARN transferente (ARNt)
• ARN ribosómico (ARNr)