Fundamentos de la Estructura y Función de Proteínas y Ácidos Nucleicos

Aminoácidos y Proteínas

Los aminoácidos son biomoléculas de bajo peso molecular (CHON) que, al unirse, forman las proteínas. Son sólidos solubles en agua, cristalizables, incoloros y con punto de fusión alto.

Clasificación de Aminoácidos Proteicos

Los aminoácidos se clasifican según la naturaleza de su radical (R):

• Hidrófobos: Los radicales son apolares.
• Hidrófilos: Los radicales son polares, pero sin carga.
• Básicos: Los radicales poseen un grupo amino que se ioniza positivamente.
• Ácidos: Los radicales poseen un grupo carboxilo que se ioniza negativamente.

Propiedades Anfóteras

Según el pH de la disolución, los aminoácidos se comportan como ácidos o como bases (comportamiento anfótero).

El Enlace Peptídico

Es un enlace covalente que une aminoácidos, formado entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino del siguiente, con liberación de una molécula de agua (condensación).

Características:

• Es un enlace covalente más corto.
• Tiene carácter de doble enlace parcial, lo que le impide girar libremente.

Estructuras de las Proteínas

Estructura Primaria

Es la estructura más sencilla e importante, ya que determina el resto de estructuras proteicas. Indica la secuencia de los aminoácidos que forman la proteína y su orden. La disposición de esta estructura es en zig-zag.

Estructura Secundaria

Es la disposición espacial que adopta la estructura primaria para ser estable. Los tipos principales son:

• Alfa-hélice (α-hélice): La cadena se enrolla en espiral. La estabilidad la proporcionan los puentes de hidrógeno intracatenarios. La presencia de prolina desestabiliza esta estructura, ya que impide la formación de puentes de hidrógeno.
• Lámina Beta Plegada (β-lámina): Se conserva la estructura en zig-zag y las cadenas se asocian entre sí mediante puentes de hidrógeno. Las cadenas se pueden unir de forma paralela o antiparalela. Esta última es más compacta y frecuente.

Estructura Terciaria

Se establecen uniones entre los radicales (R) de los aminoácidos, incluyendo puentes de hidrógeno, atracciones electrostáticas, puentes disulfuro y fuerzas de Van der Waals (VdW).

Estructura Cuaternaria

La poseen proteínas formadas por dos o más cadenas polipeptídicas (subunidades) que se asocian mediante uniones débiles. Ejemplos: Colágeno o Hemoglobina.

Propiedades de las Proteínas

• Solubilidad: Capacidad de dispersarse en agua.
• Desnaturalización: Pérdida de la estructura tridimensional (y consecuentemente de la función) debido a la ruptura de enlaces por cambios de pH o temperatura (Tª).
• Especificidad: De función y de especie.
• Capacidad amortiguadora: Actúan como tampones de pH.

Funciones de las Proteínas

Las proteínas cumplen diversas funciones biológicas esenciales:

• Reserva (ej. ovoalbúmina)
• Transporte (ej. hemoglobina)
• Contráctil (ej. actina, miosina)
• Protectora (ej. anticuerpos)
• Hormonal (ej. insulina)
• Estructural (ej. colágeno, queratina)
• Enzimática (catálisis biológica)

Nucleótidos y Ácidos Nucleicos

Los ácidos nucleicos son macromoléculas biológicas encargadas de almacenar, transmitir y expresar la información genética. Hay dos tipos principales: ADN (Ácido Desoxirribonucleico) y ARN (Ácido Ribonucleico), ambos formados por nucleótidos constituidos por:

1. Bases Nitrogenadas: Estructura plana. Se dividen en:
   • Bases pirimidínicas (Citosina, Timina, Uracilo: C, T, U)
   • Bases purínicas (Adenina, Guanina: A, G)
2. Pentosas: Pueden ser ribosa (en ARN) o desoxirribosa (en ADN).
3. Grupo Fosfato: Derivado del ácido fosfórico.

Nucleósidos y Nucleótidos

Nucleósidos

Unión de una base nitrogenada y una pentosa mediante un enlace N-glucosídico.

Nucleótidos

Unión de un nucleósido y un grupo fosfato mediante un enlace éster entre la pentosa y el ácido fosfórico.

Nucleótidos No Nucleicos

Se encuentran en las células e intervienen en el metabolismo y su regulación, actuando como activadores de enzimas y aportando energía.

Nucleótidos de Adenina (ATP y ADP)

El ATP (Adenosín Trifosfato) y el ADP (Adenosín Difosfato) transportan energía y la liberan mediante la rotura de sus enlaces fosfato de alta energía por hidrólisis.

Estructura del ADN

Estructura Primaria del ADN

Es la secuencia lineal de nucleótidos unidos por enlaces fosfodiéster.

Estructura Secundaria del ADN

El ADN forma una doble hélice constituida por dos cadenas de polinucleótidos enrolladas alrededor de un eje, donde las bases nitrogenadas se encuentran en el interior. El enrollamiento es dextrógiro (a la derecha), y las cadenas son antiparalelas y complementarias.