Funciones Biológicas Clave de las Proteínas
Función Inmunológica y Defensiva
Como ejemplos de este tipo de proteínas tenemos:
- Trombina y Fibrinógeno: Responsables de la coagulación de la sangre.
- Mucinas: Germicidas y protectoras de las mucosas digestivas y respiratorias.
- Inmunoglobulinas o Anticuerpos: Bloquean la acción de los antígenos sanguíneos.
Función Hormonal
Como ejemplos de esta funcionalidad proteica tenemos:
- Insulina: Aumenta la permeabilidad de las membranas plasmáticas para la glucosa.
- Glucagón: Antagónico de la insulina.
- Somatotropina (Hormona del Crecimiento): Regula el crecimiento, etc.
Función Contráctil
Esta función se debe a la posibilidad que tienen algunas proteínas de cambiar de forma manteniendo su estabilidad. Ejemplos típicos son:
- Actina y Miosina: Responsables de la contracción muscular.
- Dineína: Presente en los cilios y flagelos.
- Tubulinas: Componentes de los microtúbulos y microfibrillas.
Función Enzimática
Quizás la función más específica e importante de las proteínas. Los enzimas (o enzimas) controlan el metabolismo celular.
Los Ácidos Nucleicos: Depositarios de la Información Genética
Los ácidos nucleicos son biomoléculas esenciales responsables de las funciones de los seres vivos, ya que contienen los mensajes y las instrucciones para llevar a cabo todos los procesos vitales. Lo que un individuo es o puede llegar a ser está determinado por sus ácidos nucleicos. Se puede decir que son los depositarios del guion de la historia que tiene lugar en la célula.
Estructura Química Fundamental
Químicamente, estas macromoléculas son polímeros de elevado peso molecular cuyo monómero se denomina nucleótido. Los ácidos nucleicos están constituidos por los bioelementos fundamentales: C, H, O, N y P. Por hidrólisis, originan ácido ortofosfórico, una pentosa y bases nitrogenadas.
Componentes del Nucleótido
Un nucleótido se compone de tres partes:
- Base Nitrogenada
- Pentosa (Ribosa o Desoxirribosa)
- Grupo Fosfato (Ácido ortofosfórico)
Las relaciones estructurales son:
- NUCLEÓSIDO = Pentosa + Base nitrogenada.
- NUCLEÓTIDO = NUCLEÓSIDO + Ácido ortofosfórico.
- ÁCIDO NUCLEICO = POLINUCLEÓTIDO.
Las Bases Nitrogenadas
Las bases nitrogenadas se clasifican en dos grupos:
Bases Púricas
Derivan de la PURINA y son dos:
- A: Adenina
- G: Guanina
Bases Pirimidínicas
Derivan de la PIRIMIDINA y son tres:
- T: Timina
- C: Citosina
- U: Uracilo
Existen dos tipos principales de ácidos nucleicos: el ARN y el ADN. Las pentosas posibles son la Ribosa o la Desoxirribosa.
Nucleótidos y Coenzimas: Transferencia de Energía y Electrones
Los nucleótidos y sus derivados no solo forman parte de los ácidos nucleicos, sino que también actúan como sustancias clave en la transferencia de energía y en reacciones metabólicas.
Transferencia de Energía (ATP y ADP)
Estas moléculas intervienen en las reacciones donde hay transferencias de energía. Actúan captando energía en procesos químicos donde se produce y cediéndola donde se necesita. En general, se trata de nucleótidos o derivados de nucleótidos:
- ATP (Adenosín-5′-trifosfato): Adenina + Ribosa + PPP (tres fosfatos).
- ADP (Adenosín-5′-difosfato): Adenina + Ribosa + PP (dos fosfatos).
La hidrólisis del enlace entre los dos últimos fosfatos en el ATP, según la reacción:
$$ \text{ATP} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{ADP} + \text{Pi} $$
genera aproximadamente 7 kcal/mol. El proceso inverso es capaz de almacenar las mismas 7 kcal/mol. De esta forma, la energía es transportada de aquellos procesos donde se produce a aquellos en los que se necesita.
Transferencia de Electrones (Coenzimas Redox)
Estas coenzimas intervienen en reacciones de transferencia de electrones. En su estado oxidado, captan electrones de aquellas sustancias que se oxidan (reduciéndose) y los ceden a aquellas que se reducen (oxidándose). De esta forma, los electrones son transportados de unas moléculas a otras.
Transportadores de Grupos Acilo
Coenzima A (CoA): Coenzima de estructura compleja de la que forma parte el ácido pantoténico (una de las vitaminas del complejo B).
Nota: Los ácidos nucleicos pueden presentar otras bases nitrogenadas secundarias, aunque lo más general es que sean las cinco mencionadas anteriormente.
El Ácido Ribonucleico (ARN)
El ARN es un polinucleótido formado por ribonucleótidos de Adenina (A), Guanina (G), Citosina (C) y Uracilo (U), que se unen por enlaces fosfodiéster 5′ → 3′.
Características Estructurales del ARN
- La molécula es generalmente más corta que la del ADN.
- No forma cadenas dobles, salvo excepciones.
- Es monocatenario en general, aunque puede ser bicatenario en algunos virus (por ejemplo, los reovirus).
- A veces, en ciertos tramos, puede poseer estructura secundaria (al aparecer apareamientos de bases dentro de la misma cadena, existiendo complementariedad de bases y antiparalelismo) y estructura terciaria (si se encuentra asociado a proteínas).
Tipos de ARN
El ARN se encuentra en muchos virus, en las células procariotas y en las células eucariotas. Se clasifica en:
- ARN Bicatenario: (Ej. reovirus).
- ARN Monocatenario:
- ARN de transferencia o transferente (tRNA)
- ARN mensajero (mRNA)
- ARN ribosómico (rRNA)
- ARN nucleolar (nRNA)
Estructura del Ácido Desoxirribonucleico (ADN)
Estructura Primaria del ADN
La estructura primaria del ADN es la secuencia de nucleótidos de una cadena o hebra. Viene determinada por el orden de colocación de los nucleótidos en la hebra o cadena de la molécula.
Al existir la posibilidad de combinar cuatro nucleótidos distintos, existe un elevado número de polinucleótidos. Esto determina que el ADN contenga el mensaje biológico o información genética y explica la diversidad del mensaje genético de todos los seres vivos.
Estructura Secundaria: El Modelo de la Doble Hélice
Datos Preliminares (Reglas de Chargaff)
A finales de los años 40, Erwin Chargaff y sus colaboradores estudiaron los componentes del ADN y emitieron los siguientes resultados:
- La concentración de bases varía de una especie a otra.
- El porcentaje de A, G, C y T es el mismo en los individuos de la misma especie.
- Tejidos diferentes de la misma especie tienen la misma composición de bases.
- Se cumple que A ≈ T y G ≈ C.
El Modelo de Watson y Crick (1953)
Watson y Crick postularon un modelo tridimensional para la estructura del ADN que estaba de acuerdo con todos los datos disponibles anteriores: el Modelo de Doble Hélice.
- La molécula de ADN está formada por dos cadenas antiparalelas y equidistantes de nucleótidos, enrolladas en espiral en torno a un eje imaginario, formando una hélice dextrógira.
- Las bases nitrogenadas se encuentran en el interior de la hélice unidas mediante puentes de hidrógeno y siempre emparejadas: A=T (dos puentes de H) y C≡G (tres puentes de H), lo que hace que las dos cadenas sean complementarias.
- Las desoxirribosas y los grupos fosfato que las unen se encuentran en el exterior de la hélice, de modo que las cargas negativas de los grupos fosfato interaccionan con los cationes presentes en el nucleoplasma, dando más estabilidad a la molécula.
El modelo de Watson y Crick dio una explicación coherente y satisfactoria para las propiedades fisicoquímicas del ADN y su función biológica, como la estabilidad y la capacidad de duplicación.
Las grandes moléculas de ADN se encuentran enrolladas por necesidad de reducir espacio en la célula y como mecanismo para preservar su transcripción.
Tipos de ADN
Según su estructura, el ADN puede ser:
- Monocatenario: Una sola cadena (por ej., algunos virus).
- Bicatenario: Dos hebras o cadenas.
A su vez, en ambos casos, el ADN puede ser:
- Lineal: Se encuentra en el núcleo de células eucariotas y algunos virus.
- Circular: Se encuentra en mitocondrias, cloroplastos y bacterias.