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Conceptos básicos de biología molecular, I

Dr. Eduardo A. RODRÍGUEZ TELLO

CINVESTAV-Tamaulipas

21 de mayo del 2013

Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del 2013 1 / 28

1 Conceptos básicos de biología molecular, IIntroducciónProteínasTarea


Conceptos básicos de biología molecular, I Introducción




Introducción

En la naturaleza encontramos dos tipos de materia, la viviente y lano viviente

Ambos tipos de materia están formados por átomos y obedecenlas mismas leyes físicas y químicas



Introducción

La materia viviente:Puede moverse, reproducirse, crecer, comer, etc.Interactúa activamente con su ambiente

Los seres vivos actúan de esta forma debido a un complejoconjunto de reacciones químicas que ocurren en su interior



Introducción

Estas reacciones nunca se detienen

En muchas ocasiones los productos de una reacción sonconstantemente consumidos por otra reacción, manteniendo elsistema en funcionamiento

• Imagen tomada de Wikipedia



Introducción

Los organismos vivos están también constantementeintercambiando materia y energía con su ambiente



Introducción

En contraste cualquier cosa que esté en equilibrio con suambiente puede generalmente ser considerada como muerta

Aunque hay algunas excepciones notables en formas vegetalescomo semillas y los virus, los cuales pueden estar inactivos porlargos períodos de tiempo y no están muertos



Introducción

La ciencia moderna ha logrado establecer que la vida en la tierracomenzó hace aproximadamente 3500 millones de años, pocodespués de que ésta se formó

Las primeras formas de vida fueron muy básicas

Millones de años de evolución y diversificación han permitido quehoy en día existan organismos simples y otros extremadamentecomplejos

Ambos tienen una química molecular, o bioquímica, muy similar

Los principales actores de la química de la vida son las moléculasconocidas como proteínas y ácidos nucleicos



Introducción

Hablando en términos simples, las proteínas son responsables delo que es un ser vivo y lo que puede hacer en un sentido físico

Un científico renombrado llamado Russell F. Doolittle alguna vezdijo “Nosotros somos nuestras proteínas”

Por otra parte, los ácidos nucleicos codifican la informaciónnecesaria para producir proteínas y son responsables detransmitir esta “receta” a generaciones subsecuentes



Introducción

La biología molecular básicamente está dedicada a entender laestructura y función de las proteínas y los ácidos nucleicos

Estas moléculas son por lo tanto esenciales en el estudio de laBioinformática

A continuación daremos una breve descripción de cada una deellas


Conceptos básicos de biología molecular, I Proteínas




Proteínas

La mayoría de las substancias en nuestros cuerpos sonproteínas, de las cuales hay diferentes tipos

Las proteínas estructurales actúan como bloques de construcciónde tejidos (colágeno y queratina)

Las proteínas enzimáticas actúan como catalizadoras dereacciones químicas

Un catalizador es una substancia que acelera una reacciónquímica

Sin las proteínas enzimáticas muchas reacciones bioquímicas nose llevarían a cabo o tardarían mucho en completarse por lo queno serían útiles para la vida



Proteínas

Una enzima es capaz de acelerar estos procesos hasta millonesde veces haciendo posible la vida

Las enzimas son muy específicas, usualmente una enzima sólopuede acelerar un tipo especial de reacción bioquímica

Considerando el gran número de reacciones que deben ocurrirpara sostener la vida, podemos ver que se requieren muchasenzimas



Proteínas

Otros ejemplos de tipos de proteínas son:Reguladoras (insulina, hormona del crecimiento)Transportadoras (hemoglobina)Defensivas (anticuerpos)

Pero qué son exactamente las proteínas, cómo están formadas ycómo desarrollan sus funciones

Responderemos estas preguntas a continuación



Proteínas

Una proteína es una cadena de moléculas más simples llamadasaminoácidos

La siguiente figura presenta la estructura básica de unaminoácido

Un Carbono alfa (Cα) unido a un grupo carboxilo (−COOH), a ungrupo amino (−NH2), a un hidrógeno y a una cadena lateral(usualmente denominada R)



Proteínas

La cadena R es de estructura variable, y determina la identidad ylas propiedades de los diferentes aminoácidos

La cadena R puede ser tan simple como un átomo de Hidrógeno(Glicina) o tan complicado como dos anillos de Carbono(Triptófano)

Existen cientos de cadenas R por lo que se conocen cientos deaminoácidos diferentes, pero sólo 20 de entre ellos forman partede las proteínas

A continuación se presenta una tabla con sus nombres y códigos



Proteínas

No. Aminoácido Códigos No. Aminoácido Códigos1 Alanina Ala A 11 Leucina Leu L2 Arginina Arg R 12 Lisina Lys K3 Asparagina Asn N 13 Metionina Met M4 Ácido aspártico Asp D 14 Fenilalanina Phe F5 Cisteína Cys C 15 Prolina Pro P6 Glutamina Gln Q 16 Serina Ser S7 Ácido glutámico Glu E 17 Treonina Thr T8 Glicina Gly G 18 Triptófano Trp W9 Histidina His H 19 Tirosina Tyr Y10 Isoleucina Ile I 20 Valina Val V



Proteínas

En una proteína los aminoácidos están unidos por enlacespeptídicos

Por esta razón las proteínas son cadenas polipeptídicas



Proteínas

En un enlace peptídico, el átomo de Carbono que pertenece algrupo carboxilo (−COOH) del aminoácido (1) se enlaza al átomode Nitrógeno del grupo amino (−NH2) del aminoácido (2),desprendiendo una molécula de agua (H2O)



Proteínas

Observemos que lo que encontramos realmente dentro de unacadena polipeptídica es residuos de los aminoácidos originales

Por lo tanto, generalmente se habla de proteínas que tienen 100residuos, en vez de 100 aminoácidos

Las proteínas contienen en promedio 300 residuos, pero las haycon entre 100 y 5000 residuos



Proteínas

Los enlaces peptídicos hacen que cada proteína tenga unesqueleto formado por repeticiones del bloque básico−N − Cα − (CO)−

A cada Cα corresponde una cadena lateral

Debido a que hay un grupo amino en un extremo del esqueleto yun grupo carboxilo en el otro, entonces es posible distinguirambos extremos de una cadena polipeptídica

Y por lo tanto también darle una dirección

Por convención, para nombrar el péptido se empieza por el aminoterminal

Si el primer aminoácido de nuestro péptido fuera Alanina y elsegundo Serina tendríamos el péptido Alanil-Serina



Proteínas

Las proteínas no son sólo una secuencia lineal de residuos

Esta secuencia es conocida como su estructura primaria

Las proteínas realmente se pliegan en tres dimensiones,presentando estructuras secundarias, terciarias y cuaternarias

La estructura secundaria de una proteína está formada sólo porlas interacciones entre los átomos del esqueleto y resulta enestructuras “locales” en forma de hélices



Proteínas

Tránsito de la estructura primaria a la estructura secundaria deuna proteína, i.e. plegamiento de proteínas (protein folding)



Proteínas

Las estructuras terciarias son el resultado de empacar estructurassecundarias en un nivel más global

Las estructuras cuaternarias son un grupo de diferentes proteínasempacadas juntas



Proteínas

¿Cómo se obtienen las proteínas?

Estas se producen en una estructura de la célula llamadaRibosoma

En un ribosoma los aminoácidos componentes de una proteínason ensamblados uno a uno gracias a la información contenida enuna molécula importante llamada ácido ribonucleico mensajero(ARNm)

Para explicar cómo sucede esto es necesario primero explicarqué son los ácidos nucleicos


Conceptos básicos de biología molecular, I Tarea



Conceptos básicos de biología molecular, I Tarea

Tarea

Tarea 1:Leer el siguiente artículo, elegir dos temas de los abordados einvestigar un artículo relacionado con cada tema para prepararuna síntesis (en Latex).

Jacques Cohen, Bioinformatics: An introduction for computerscientists. ACM Computing Surveys, Volume 36, Issue 2, pages122-158 (June 2004).

Fecha de entrega: 28 de mayo antes de las 12h00


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