Propiedades de las Proteínas

A) Especificidad

La secuencia de aminoácidos determina las posibles estructuras secundarias, terciarias y cuaternarias que la proteína puede adquirir, y éstas, a su vez, determinan la función de la proteína. Hay dos tipos de proteínas cuyas funciones requieren especialmente la capacidad de las proteínas para presentar una secuencia específica de aminoácidos:

1. Enzimas, pues existe una enzima diferente para cada sustrato (ligando al que se une la enzima) y para cada reacción química que puede experimentar dicho sustrato. De esta especificidad depende en gran medida la elevada eficiencia de las enzimas como catalizadores
2. Proteínas inmunes (inmunoglobulinas), pues cada antígeno provoca en las células inmunitarias la elaboración de una proteína que interaccionará específicamente con las moléculas de dicho antígeno; cada nuevo antígeno reconocido por el organismo, genera una nueva proteína inmune (un anticuerpo).

B) Comportamiento ácido-base

Los grupos carboxilo y amino unidos al carbono α de los aminoácidos componentes de una proteína están neutralizados formando los enlaces peptídicos, a excepción de los extremos N-terminal y C-terminal, y por tanto podemos decir que no influyen en las propiedades ácido-base de las proteínas. Igual que los aminoácidos tienen una determinada carga eléctrica neta en función del pH del medio, también las proteínas presentarán una carga eléctrica neta diferente según el pH del medio y los aminoácidos componentes.

C) Solubilidad de las proteínas

Las proteínas son más solubles en agua si presentan más aminoácidos polares que aminoácidos apolares, pues en este segundo caso, las cadenas laterales interaccionarían entre ellas con más fuerza que con el agua circundante. La mayor parte de las proteínas estructurales fibrilares son insolubles en agua. La mayor parte de las proteínas globulares son solubles porque colocan las cadenas hidrófilas en la periferia de la molécula, concentrando los grupos apolares en el interior. La solubilidad de las proteínas depende del pH del medio, influyendo en el número de cargas eléctricas; a valores de pH próximos al pI (punto isoeléctrico) la solubilidad es mínima, pues la ausencia de cargas favorece la interacción entre los grupos apolares de las diferentes moléculas de proteína. Las proteínas son más solubles en disoluciones salinas diluidas, pues los iones contribuyen a aumentar la polaridad de las cadenas laterales. Las proteínas se disuelven peor en disoluciones salinas concentradas, pues los iones compiten con las moléculas de proteína por rodearse de moléculas de agua.

D) Desnaturalización de las proteínas

Se llama desnaturalización a la pérdida de la estructura nativa; generalmente, las proteínas desnaturalizadas solamente conservan la estructura primaria con que fueron sintetizadas. Las causas de la desnaturalización pueden ser:

1) El aumento de temperatura. 2) El cambio extremo de pH. 3) La presencia de sustancias que compiten con los grupos carboxilo y amino de las proteínas para establecer puentes de hidrógeno. 4) La agitación violenta que produce espuma.

**Tipos de desnaturalización**

A. Reversible; al desaparecer o cesar el agente que provocó el cambio de estructura, la proteína recupera la estructura nativa. B. Irreversible; la proteína ya no puede recuperar la estructura nativa. La rotura de la estructura primaria necesita: proteasas y añadir tantas moléculas de agua como enlaces peptídicos a romper.

Las Enzimas

Son proteínas globulares que actúan como catalizadores biológicos, aumentando la velocidad de aquellas reacciones que son energéticamente posibles. Permiten las reacciones en las condiciones de temperatura, presión y pH propios del medio intracelular, reduciendo la energía de activación necesaria para que se produzca la reacción. Las enzimas no experimentan cambios estructurales al final del proceso químico que catalizan.

Nomenclatura

• Hay enzimas que conservan la denominación inicial o tradicional, como las enzimas digestivas tripsina y pepsina. • En numerosos casos de nombre de las enzimas consta del sufijo -asa precedido del nombre del reactivo o sustrato de la reacción, como, por ejemplo, sacarasa o la DNA polimerasa. • En otros casos se nombran en función del tipo de reacción, como las hidrolasas que llevan a cabo reacciones de hidrólisis. • Actualmente se utiliza la nomenclatura sistemática en la que se coloca en primer lugar el nombre del sustrato (o sustratos) al que se le añade el de la acción química realizada, como por ej. lactato deshidrogenasa y la aminoacil ARNt sintetasa.

Naturaleza proteica

Las enzimas son proteínas, con alguna excepción: por ejemplo hay algunas moléculas de RNA –que se denominan ribozimas– con función catalítica. Muchas enzimas son Holoproteinas = Homoproteínas (proteínas simples) . En otros casos, la enzima es una Heteroproteína (proteína conjugada) y la parte no polipeptídica es esencial para su función. Se denomina holoenzima a una enzima conjugada en su totalidad, es decir, al complejo entre la parte polipeptídica (apoenzima) y el cofactor. Los cofactores pueden ser iones metálicos o moléculas orgánicas, en cuyo caso se denominan coenzimas.

Centro activo

Las enzimas tienen una concavidad llamada centro activo o centro catalítico. Está formado por unos determinados segmentos de la cadena de aminoácidos de la enzima (E) que determinan una superficie tridimensional complementaria a la molécula del reactivo o sustrato (S). El centro activo se une al sustrato mediante interacciones débiles: interacciones electrostáticas, hidrofóbicas, de Van der Waals o por puentes de hidrógeno, formándose así el complejo enzimasustrato (ES). Entre el centro activo y el sustrato debe existir:

1) Complementaridad de polaridad o carga entre el centro activo y el sustrato 2) Complementaridad estérica, es decir, si el sustrato es voluminoso, el centro activo suele ser una cavidad con suficiente capacidad.

En un principio se pensó que el sustrato encajaría en el centro activo como una llave encaja en la cerradura (modelo llave/cerradura), pero en la actualidad se prefiere admitir la hipótesis de Koshland, según la cual el centro activo, que posee de antemano una cierta complementariedad con el sustrato, se adapta totalmente a él después de un primer contacto. La hipótesis de Koshland, se conoce como modelo de ajuste inducido, y tiene en cuenta la flexibilidad conformacional de las proteínas.

En el centro activo, además de existir unos aminoácidos de unión (establecen las interacciones no covalentes) encargados de reconocer el sustrato para la formación del complejo ES, existen otros aminoácidos catalíticos encargados de la auténtica fase catalítica, es decir, de la conversión del S en P. El centro activo tiene, por tanto, dos funciones:

1. unir el sustrato (o sustratos) 2. transformarlo químicamente para dar los productos.

Ambas funciones están caracterizadas por una gran especificidad. En las holoenzimas, el cofactor interviene algunas veces en la unión del sustrato, pero fundamentalmente lo hace en la fase catalítica.

Propiedades de las enzimas

1. Elevada especificidad

La especificidad consiste en que la enzima actúa sólo sobre un sustrato (o unos pocos muy semejantes) y sólo efectúa sobre él un tipo de reacción. La enzima sacarasa tiene únicamente como sustrato la sacarosa a la que hidroliza; un caso diferente es el de la enzima lipasa que actúa hidrolizando diferentes triacilglicéridos. La especifidad por el tipo de reacción catalizada y por el sustrato utilizado, son la base de los criterios de clasificación de las enzimas.

2. Gran efectividad

La mayoría de las reacciones catalizadas por enzimas son entre 10³ y 10¹⁰ veces más rápidas que si se produjeran sin catalizador.

3. Localización

Una parte sustancial de las enzimas de una célula se localizan en orgánulos específicos. La compartimentación permite un ambiente favorable para cada tipo de reacción metabólica y favorece el encadenamiento de las vías metabólicas.

Cinética enzimática

Las enzimas no se consumen durante las reacciones metabólicas. Este hecho permite que dichas reacciones sean eficaces y sus velocidades altas aunque la concentración de la enzima sea mucho menor que la del sustrato.enor que la del sustrato. A diferencia de lo que ocurre con los catalizadores no biológicos las enzimas presentan saturación por el sustrato: la velocidad de una reacción enzimática no crece linealmente con la concentración de sustrato sino que tiende asintóticamente a un límite denominado velocidad máxima. La velocidad máxima se alcanza cuando prácticamente toda enzima está en forma ES. A la [S] que corresponde a una velocidad = Vmax/2 se le llama Km. La Km es una medida de la afinidad de la enzima por el sustrato: • una Km baja indica gran afinidad. • una Km alta, supone poca afinidad.

Temperatura La actividad enzimática depende de la temperatura. En general, todas las constantes cinéticas aumentan con la temperatura, por lo que las reacciones químicas suelen acelerarse al aumentar ésta. En las reacciones enzimáticas se da también este efecto, pero con una particularidad: puesto que la estabilidad térmica de las proteínas es limitada, si la temperatura aumenta por encima de un determinado valor, la velocidad comienza a disminuir. Esto se debe a la desnaturalización térmica de la enzima. Las enzimas tienen una temperatura óptima, aquélla en que se da el máximo de actividad. En la mayoría de los mamíferos oscila entre 35 y 40º.

pH La actividad enzimática también depende del pH. Normalmente, aunque hay excepciones, la actividad varía siguiendo una curva acampanada, lo que se traduce también en que la enzima tenga un pH óptimo de actuación. Aunque ese pH óptimo suele estar entre 5 y 8, en algunos casos se aparta bastante de esos valores. Efecto : provoca un cambio en las cargas eléctricas superficiales de los enzimas.

Inhibición de la actividad enzimática Un inhibidor enzimático es una sustancia (iones, fármacos, gases tóxicos) que disminuye la velocidad de la reacción catalizada por la enzima y en casos extremos puede llegar a anularla. Los inhibidores pueden ser: 1) irreversibles, cuando se unen fuertemente a la enzima, en la mayoría de los casos mediante un enlace covalente (venenos). Unión permanente. 2) reversibles, cuando se unen mediante un enlace no covalente a la enzima. Unión transitoria = no permanente. Tipos: Reacción sin inhibidor 7. Las enzimas a. inhibidores competitivos se unen al mismo centro activo de la enzima por tener un parecido estructural con el sustrato (muchas veces son los mismos productos de las reacciones – feedback). b. inhibidores no competitivos se unen a la enzima de modo que no impiden la unión del sustrato, o por diversos motivos dificultan la etapa catalítica de obtención de P a partir del complejo ES.

Enzimas reguladoras En las rutas metabólicas hay una enzima, generalmente la que cataliza la primera reacción, que controla la velocidad de toda la ruta. Permiten una MAYOR ECONOMÍA MOLECULAR (ahorro de tiempo y energía). Estas enzimas reguladoras son capaces de aumentar o disminuir su actividad catalítica en respuesta a determinadas sustancias moduladoras = ligandos. Estos moduladores o ligandos pueden ser activadores o inhibidores de la actividad enzimática. En este grupo se incluyen las enzimas alostéricas (no siguen la cinética de Michaelis-Menten). Las enzimas alostéricas (alos = otros, stereo = sitio o espacio) además del centro activo (o de los centros activos) poseen uno o más sitios alostéricos, que son específicos, a los que se unen las moléculas de los moduladores. Con frecuencia, los activadores de las enzimas alostéricas son moléculas del sustrato de la enzima y los inhibidores moléculas del producto final de la ruta bioquímica. Por supuesto hay también otras moléculas moduladoras. Hay enzimas alostéricas (3 tipos) que sólo pueden ser activadas, otras que sólo admiten la inhibición y otras que son susceptibles de ambos tipos de modulación.

TEMA 5

 1. Nucleósidos y nucleótidos

Nucleótidos: su composición Los nucleótidos son las piezas elementales que forman los ácidos nucleicos. En su composición intervienen: 1) Ácido Fosfórico (H3PO4 ), en forma iónica (PO4 -3 ). Carácter ácido. 2) Una pentosa: ribosa (β-D-ribofuranosa) o desoxirribosa (β-D-desoxirribofuranosa) 3) Una base nitrogenada. Son compuestos heterocíclicos con átomos de nitrógeno y de carácter básico.

Nucleótidos: su estructura 1.Nucleósidos Las pentosas y las bases nitrogenadas se unen de una manera determinada y forman los nucleósidos: enlace N-Glicosídico entre el C1’ de la pentosa y el N9 de las bases púricas o el N1 de las bases pirimidínicas. Con la pérdida de una molécula de agua. 2.Nucleótidos Los nucleósidos se unen al fosfato de una manera determinada y forma los nucleótidos: enlace éster entre el fosfato y el C5’ o el C3’ de la pentosa.

2. Nucleótidos de interés biológico

Funciones de los Nucleótidos Además de formar parte de los ácidos nucleicos, hay nucleótidos con funciones activas en las reacciones metabólicas: • Intermediarios de energía: fosfatos de adenosina (AMP, ADP, ATP). Acopladas a reacciones catabólicas, desprenden energía (reacciones de hidrólisis), y anabólicas (reacciones de síntesis) que necesitan energía para que ocurran. • Segundo mensajero de receptores hormonales: AMP cíclico. Se forma a partir del ATP. Mensajero 1 = hormona. Incapaz de atravesar la membrana celular. Mensajero 2 = AMP cíclico. Activa las enzimas necesarias en el citoplasma que produce la respuesta. • Transportadores de moléculas: UDP • Coenzimas: Importantes para el funcionamiento de las enzimas. Flavinnucleótidos, piridin-nucleótidos, coenzima A.

3. Polinucleótidos. Ácidos nucleicos

Polinucleótidos • Formados por la unión de muchos nucleótidos enlazados por enlaces fosfodiéster 3’-5’ • Contienen un solo tipo de pentosa: polirribonucleótidos y polidesoxirribonucleótidos • Constituyen los ácidos nucleicos: DNA y RNA • El DNA carece de uracilo y el RNA carece de timina. • Generalmente el DNA es más largo, más estable y de doble cadena de polinucleótidos. • Generalmente el RNA es más corto, más inestable y de cadena sencilla de polinucleótidos.