lunes, 18 de abril de 2016

Proteínas: Estructura tridimensional y función

Estructuras de las proteínas

Estructura primaria:
Secuencia lineal de residuos de aminoácidos
 en una proteína.








Estructura secundaria

Se refiere a las regularidades en las conformaciones locales mantenidas por puentes de hidrógeno entre los hidrógenos de amida y los oxígenos de carbonilo en la columna vertebral del péptido. Las estructuras secundarias principales son las hélices a y las hebras b (incluyendo las láminas a).
 




Estructura terciaria   


Describe la cadena polipetídica totalmente plegada
y compactada (estructura tridimensional del pelipéptido)

Muchos polipeptidos plegados consisten en varias unidades distintas unidas por un tramo corto de residuo de aminoácido a dichas unidades se les conoce como dominios. Las estructuras terciarias se estabilizan por las interacciones de cadenas laterales de aminoácidos en regiones no vecinas de la cadena polipeptídica.









Estructura cuaternaria:
 Se refiere a la organización y el reordenamiento de las subunidades en una proteina con multiples sub-unidades. Algunas proteínas poseen estructura cuaternaria, que implica la asociación de dos o más cadenas polipeptídica en una multisubunidad, o proteína oligomérica u oligómera. Las cadenas polipeptídicas de una proteína oligómera pueden ser idénticas o distintas.

Cada subunidad es una cadena polipeptídica aparte
                                                                   
     




Función de las proteínas


Proteínas Fibrosas

La colágena es la principal proteína componente del tejido conectivo de los vertebrados; constituye de 25 a 35% de las proteínas totales en los mamíferos. Las moléculas de colágena tienen formas y funciones notablemente distintas. Por ejemplo, en los tendones forman fibras rígidas, encordadas, de una notable resistencia a la tensión; en la piel, la colágena adquiere la forma de fibras tejidas de forma holgada que permiten la expansión en todas direcciones.
La estructura de la colágena fue estudiada por G. N. Ramachandran (famoso por sus diagramas de Ramachandran, ). La molécula consiste en tres cadenas helicoidales izquierdas enrolladas entre sí para formar una superhélice derecha. Cada hélice izquierda en la colágena presenta 3.0 residuos de aminoácidos por vuelta, y su paso es de 0.94 nm, que implica un ascenso de 0.31 nm por molécula. En consecuencia, una hélice de colágena es más extendida que una hélice a, y la estructura helicoidal de la colágena no es igual que el motivo de espiral enrollada.

Proteínas Globulares

Las proteínas globulares son solubles en agua, aproximadamente esféricas y en pliegues apretados. 
Proteínas con una estructura compacta (con un interior y un exterior), generalmente contienen diferentes tipos de elementos de estructuras secundarias, así como regionesirregulares.
La mayoría de las proteínas son globulares

Como la mayor parte de las proteínas, la mioglobina (Mb) y la hemoglobina (Hb), una proteína relacionada, desempeñan sus funciones biológicas al unirse en forma selectiva y reversible a otras moléculas —en este caso, al oxígeno molecular (O2). La mioglobina es una proteína monomérica relativamente pequeña que facilita la difusión del oxígeno en los vertebrados. Es la responsable de suministrar oxígeno a los tejidos musculares en los reptiles, aves y mamíferos. La hemoglobina es una proteína tetramérica mayor que transporta el oxígeno en la sangre. El color rojo asociado con las formas oxigenadas de mioglobina y hemoglobina (es decir, el color rojo de la sangre oxigenada) se debe a un grupo prostético hemo. (Un grupo prostético es una molécula orgánica unida a una proteína que resulta esencial para la actividad de ésta).  

Los aminoácidos y la estructura primaria


Las proteínas están formadas por combinaciones de 20 aminoácidos diferentes (aminoácidos estándar).






























Clasificación de los aminoácidos esenciales o no esenciales 





Propiedades anfotéricas de los aminoácidos 

Los aminoácidos son moléculas anfotéricas, osea que tienen tanto grupos básicos como ácidos

Los ácidos monoamino-monocarboxílicos existen en solución acuosa como moléculas bipolares (zwitteriones) lo cual significa que tienen ambas cargas, negativa y positiva

A pH bajo el grupo carboxilo acepta un protón quedando sin carga; así, la carga absoluta de la molécula sera positiva.

A pH alto el grupo amino pierde su protón quedando sin carga; así la carga absoluta de la molécula será negativa.


Punto Isoléctrico

pI: punto isoeléctrico o pH isoeléctrico

es el pH al cual la carga neta del aminoácido es cero

pI = pKa1  +  pKa2
                  2

Punto isoeléctrico para los aminoácidos con cadenas laterales ionizables: se calcula el promedio delos pKa´s para las dos ionizaciones involucradas en la generación de la especie neutra (carga neutra= 0)

Por lo tanto tienen curvas de titulación:
  • Medida del pKa de cada una de los grupos ionizables.
  • Número de regiones amortiguadoras. 
  • Relación entre la carga eléctrica del aminoácido y el pH de la solución.



El agua


La vida en la Tierra se suele describir como un fenómeno basado en el carbono, pero sería igualmente correcto llamarlo un fenómeno basado en el agua. Es probable que la vida se haya originado en el agua, hace más de tres mil millones de años, y que todas las células vivientes sigan dependiendo del agua para existir.  

IMPORTANCIA DEL AGUA

En el estudio de la bioquímica es importante comprender al agua y sus propiedades. 

 Algunas propiedades importantes del agua se deben a la forma angulada y a los enlaces intermoleculares que puede formar. Una de las consecuencias importantes de la polaridad de la molécula de agua es que dichas moléculas se atraen entre sí. 

Las propiedades físicas del agua se combinan para hacerla un excelente solvente. Ya se estudió que las moléculas de agua son polares; esta propiedad ejerce consecuencias importantes.

 Además, el agua posee una viscosidad intrínseca que no impide mucho el movimiento de las moléculas disueltas en ella. Por otra parte, las moléculas mismas de agua son pequeñas en comparación con las de otros solventes como el etanol y el benceno. El pequeño tamaño de las moléculas de agua determina que muchas de ellas puedan asociarse con partículas de soluto y hacerlas más solubles, sin embargo, los hidrocarburos y otras sustancias no polares presentan una solubilidad muy baja en agua porque las moléculas de agua tienden a interactuar con otras moléculas de agua y no con moléculas no polares. El resultado es que las moléculas de agua excluyen a las sustancias no polares forzándolas a asociarse entre sí. Además de sus propiedades físicas, las propiedades químicas del agua también son importantes en bioquímica, porque las moléculas de agua pueden reaccionar con moléculas biológicas. El átomo de oxígeno, rico en electrones, determina gran parte de la reactividad del agua en las reacciones químicas. A las sustancias ricas en electrones se les llama nucleó filos (“amantes” del núcleo)

porque buscan especies con carga positiva, o con deficiencia en electrones, llamados electrófilos (“amantes” del electrón). 

Una de las propiedades importantes del agua es su pequeña tendencia a ionizarse. El agua pura no está formada sólo por H2O, sino también por una baja concentración de iones hidronio (H3O) y una concentración igual de iones hidróxido (OH). Los iones hidronio e hidróxido se forman por un ataque nucleofílico del oxígeno contra uno de los protones en una molécula adyacente de agua.

 Los ácidos y bases que se disocian por completo en agua, como el ácido clorhídrico y el hidróxido de sodio, se llaman ácidos fuertes y bases fuertes. Hay muchos otros ácidos y bases, como por ejemplo los aminoácidos que forman lasproteínas y las purinas y pirimidinas del ADN y ARN, que no se disocian por completo en el agua. A dichas sustancias se les conoce como ácidos débiles y bases débiles


PUENTES DE HIDRÓGENO EN EL AGUA 

La atracción entre uno de los átomos de hidrógeno, ligeramente positivo, de una molécula de agua y los pares de electrones negativos de uno de los orbitales híbridos sp3 produce un "puente de hidrógeno".

En un puente de hidrógeno entre dos moléculas de agua, el átomo de hidrógeno permanece enlazado covalentemente a su átomo de oxígeno que es el donador de hidrógeno. Al mismo tiempo, está unido a otro átomo de oxígeno, llamado aceptor de hidrógeno. De hecho, el átomo de hidrógeno está compartido (en forma desigual) entre los dos átomos de oxígeno.


Ionización del agua



Una de las propiedades importantes del agua es su pequeña tendencia a ionizarse. El agua pura no está formada sólo por H2O, sino también por una baja concentración de iones hidronio (H3O) y una concentración igual de iones hidróxido (OH). 


La escala de pH

Existen varios procesos bioquímicos como el transporte de oxigeno en la sangre, la catálisis de reacciones con enzimas y la generación de energía metabólica durante la respiración o la fotosíntesis que están muy influidos por la concentración de protones. aunque la concentración de H+ (o H3O+) en las células es pequeña en relación con la concentración del agua, el intervalo e [H+] en soluciones acuosas es enorme, por lo que conviene usar una cantidad logarítmica llamada pH como medida de la concentración de H+. el pH se define como el logaritmo negativo de la concentración de H+.







Constante de disociación de ácidos débiles


Los ácidos y bases que se disocian por completo en agua, como el ácido clorhídrico y el hidróxido de sodio, se llaman ácidos fuertes y bases fuertes. Hay muchos otros ácidos y bases, como por ejemplo los aminoácidos que forman las proteínas y las purinas y piri-midinas del ADN y ARN, que no se disocian por completo en el agua. A dichas sustan-cias se les conoce como ácidos débiles y bases débiles


La constante de equilibrio para la disociación de un protón de un ácido en agua se llama constante de disociación del ácido, Ka. Cuando la reacción llega al equilibrio, lo que sucede con mucha rapidez, la constante de disociación del ácido es igual a la con-centración de los productos dividida entre la concentración de los reactivos.

Ka  =  [H+]  [ CH3COO-]  ÷  [CH3COOH]

La Kadel ácido acético a 25°C es de 1.76 105M. Como los valores numéricos de Kason pequeños e incómodos en los cálculos, se aconseja manejarlos en escala logarítmi-ca. Por analogía con el pH, se define al pKacomo
  
PKa   =   -log Ka  =  log1Ka

La ecuación de Henderson-Hasselbalch,que define al pH de una solución en función del pKa  del ácido débil en el par ácido-base, y del logaritmo de la relación de las concentraciones de la especie disociada (base conju-gada) entre la especie protonada (ácido débil). Nótese que mientras mayor sea la con-centración del aceptador de protón (base conjugada) en relación con la del donador de protón (ácido débil) el pH será mayor.

pH = pKa + log⁡  [aceptor de protones]
                            [donador de protones]


Resuelva

¿ Cual es el pH de una solución de ácido acético 0.1 M?  la constante de disociación de ácido acético es 1.76 X 10 -5 M. 


El ácido tiene pKa= 4.8 ¿ cuantos mililitros de ácido 0.1M y de acetato de sodio 0.1 M se requieren para preparar 1 litro de una solución amortiguadora cuyo pH sea de 5.8?









domingo, 17 de abril de 2016

Introducción a la bioquímica


¿QUE ES LA BIOQUÍMICA?

La bioquímica es el estudio de las moléculas y las reacciones químicas de la vida. Es la disciplina que emplea los principios y el lenguaje de la química a fin de explicar la biología a nivel molecular. 


La Bioquímica es una ciencia moderna: 
 La bioquímica surgió como ciencia dinámica tan sólo desde hace 100 años. No obstante, las bases para el campo de trabajo que dieron pie al surgimiento de la bioquímica como ciencia moderna fueron sentadas desde hace muchos siglos.


Los elementos químicos de la vida: 







Muchas macromoleculas importantes son polímeros:
Proteínas: 

Son veinte los aminoácidos comunes que forman parte de las proteínas de todas las células. cada aminoácidos contiene un grupo amino y un grupo carboxilato, así como una cadena lateral (grupo R) que es única para cada aminoácidos.
muchas proteínas funcionan como enzimas; otras son componentes estructurales de células y organismos.



Polisacáridos: 


Los carbohidratos, o sacáridos, están compuestos principalmente por carbono, oxígenoe hidrógeno. Este grupo de componentes incluye azúcares simples (monosacáridos) asícomo sus polímeros (polisacáridos).
Todos los monosacáridos y los residuos de los po-lisacáridos contienen varios grupos hidroxilo y son por tanto polialcoholes. La mayoríade los monosacáridos comunes contiene ya sea cinco o seis átomos de carbono





Ácidos nucleicos

Los ácidos nucleicos son grandes macromoléculas compuestas por monómeros llama-dos nucleótidos. El término polinucleótido constituye una descripción más exacta de una sola molécula de ácido nucleico, tal como polipéptido es un término más preciso que proteína para las moléculas individuales compuestas por residuos de aminoácidos.El término ácido nucleico se refiere al hecho de que estos polinucleótidos se detectaron por primera vez como moléculas acídicas en el núcleo de las células eucarióticas. Ahora se sabe que los ácidos nucleicos no están confinados a los núcleos eucarióticos y que son abundantes en el citoplasma y en los procariotas, que no tienen núcleo.



Lípidos y membranas:

El término “lípido” se refiere a una clase diversa de moléculas ricas en carbono e hidró-geno pero que contienen relativamente pocos átomos de oxígeno. La mayor parte de loslípidos no es soluble en agua, pero se pueden disolver en algunos solventes orgánicos.Los lípidos más simples son los ácidos grasos, que son hidrocarburos de cadena largacon un grupo carboxilato en un extremo.

La célula es la unidad básica de la vida 
Todos los organismos son unicelulares o están compuestos por muchas células. las células existen en una variedad extraordinaria de tamaños y formas, pero todas se pueden clasificar como eucariotas o procariotas.


Procariota


Por lo general los procariotas son organismos unicelulares. De todos los organismos vivos el que mejor se ha estudiado es la bacteria Escherichia Coli.

Los procariotas se ha encontrado en casi todos los ambientes concebibles en la tierra, desde fuentes de agua térmica sulfurosa, por debajo del lecho oceánico y hasta en el interior de la células más grandes.





Eucariotas

                                                                                Las eucariotas incluyen plantas, animales, hongos y protistas. los protistas son en si mayoría organismos pequeños y unicelulares que no encajan en alguna de las demás clases. 

Las células eucarióticas están rodeadas por una membrana plasmática única, a diferencia de las bacterias que por lo general disponen de una membrana doble.