Bioquímica de Macromoléculas

Poder Reductor de Carbohidratos

El poder reductor es la capacidad que tiene una molécula para ceder protones (p) o electrones (e-). La molécula que cede p o e- reduce a la otra y se oxida. El *OH hemiacetálico* le otorga a los monosacáridos el poder reductor. Si el carbono anomérico está libre, el compuesto tendrá poder reductor.

• Disacáridos y Polisacáridos: Los disacáridos 1-2 y los polisacáridos no presentan poder reductor, ya que solo hay un carbono anomérico libre en el extremo.

Polisacáridos de Reserva y Estructurales

• Glucógeno: Es un homopolisacárido formado por alfa-D-glucosa. Es un polímero ramificado con enlaces 1-4 en la cadena y 1-6 en las ramificaciones. Se encuentra en el hígado y los músculos. Es la reserva energética en animales a corto-medio plazo.
• Almidón: Está formado por dos componentes:
  • Amilosa: Homopolisacárido de alfa-D-glucosa con enlaces 1-4, enrollado sobre sí mismo y no ramificado.
  • Amilopectina: Homopolisacárido de alfa-D-glucosa ramificado con enlaces 1-4 en la cadena y 1-6 en la ramificación.
• Celulosa: Homopolisacárido lineal formado por beta-D-glucosa. Las moléculas de glucosa establecen puentes de hidrógeno con glucosas de la misma cadena o de otras. Debido a su gran resistencia mecánica, forma la pared celular vegetal.

Estructura de las Proteínas

La función de una proteína depende fundamentalmente del número, orden y naturaleza de los aminoácidos (AA) que la componen.

Niveles Estructurales

1. Estructura Primaria:
   • La poseen todas las proteínas.
   • Es la secuencia lineal de AA (en zig-zag) unidos por enlaces peptídicos (entre el grupo carboxilo COO- y el grupo amino NH3+ de los AA).
   • Es fundamental para el funcionamiento de la proteína.
2. Estructura Secundaria:
   • Se establecen puentes de hidrógeno entre el grupo carboxilo (COO) de un AA y el grupo amino (NH3) del cuarto AA.
   • Alfa Hélice: Los grupos R quedan fuera de la hélice, con 4 AA por vuelta.
   • Beta Plegada: Los puentes de H se establecen entre AA más lejanos. Los grupos R se disponen hacia arriba o hacia abajo.
3. Estructura Terciaria:
   • Los enlaces se establecen entre los grupos R de la misma cadena peptídica.
   • Tipos de enlaces: puentes disulfuro, enlace iónico, puentes de hidrógeno, fuerzas hidrofóbicas y fuerzas de Van der Waals.
4. Estructura Cuaternaria:
   • Está formada por varias estructuras terciarias (subunidades).
   • Establece los mismos enlaces que la terciaria, pero entre los grupos R de distintas cadenas peptídicas.

Características y Funciones del Agua

El agua es esencial para la vida debido a sus propiedades únicas:

• Disolvente de sustancias: Establece enlaces de hidrógeno con otras moléculas.
• Transporte: Facilita el aporte de nutrientes y la eliminación de sustancias de desecho.
• Estructural: La elevada cohesión de las moléculas favorece la turgencia en plantas.
• Termorreguladora: El alto calor específico mantiene constante la temperatura interna de los seres vivos.

Procesos Genéticos: Replicación y Transcripción

Replicación del ADN: Enzimas Clave

La replicación requiere la acción coordinada de múltiples enzimas:

• Proteína A (ADN A): Reconoce el origen de replicación.
• Helicasa: Rompe los puentes de hidrógeno y separa las hebras.
• Topoisomerasa y Girasa: Cortan uno o dos enlaces fosfodiéster para liberar las tensiones que se originan al desenrollar las hebras.
• SSB (Proteínas de unión a cadena simple): Se unen a las cadenas simples de ADN y las estabilizan.
• Primasa: Sintetiza el ARN cebador que servirá de molde.
• ADN Polimerasa III (ADN Pol III): Cataliza la unión de los nucleótidos complementarios en dirección 5′ a 3′.
• ADN Polimerasa I (ADN Pol I): Elimina el cebador y rellena el hueco.
• ADN Polimerasa II (ADN Pol II): Corrige errores causados por agentes físicos.
• Ligasa: Une los fragmentos de Okazaki.

Tipos de ARN

• ARN Mensajero (ARNm): Muy poco abundante. Tiene estructura lineal. Actúa como intermediario para convertir la información genética del ADN a una secuencia de aminoácidos.
• ARN Ribosomal (ARNr): Es el más abundante. Forma ribosomas en todas las células.
• ARN de Transferencia (ARNt): Es monocatenario plegado sobre sí mismo.
  • En el segundo bucle tiene el anticodón, formado por bases complementarias al codón del ARNm.
  • En el extremo 3′ es donde se une el aminoácido que corresponde para ese codón.

Transcripción y Maduración del ARN

Fases de la Transcripción

1. Iniciación: El factor Sigma se une a la enzima ARN Polimerasa para reconocer el promotor. Comienza la separación de cadenas y la transcripción.
2. Elongación: Continúa la síntesis en dirección 5′ a 3′. A los 30 nucleótidos se une una *caperuza* al extremo 5′.
3. Finalización: La ARN Polimerasa llega al terminador. Se añade la *cola poli-A* al extremo 3′. Se libera el ARN inmaduro.
4. Maduración (Eucariotas): Una enzima corta los intrones y las ligasas unen los exones, formando el ARN maduro.

Metabolismo Energético: La Fotosíntesis

Etapas del Ciclo de Calvin-Benson (Fase Oscura)

1. Carboxilación: El CO₂ se fija a una molécula de 5C, la ribulosa 1,5-difosfato, formándose un compuesto inestable de 6C, que se divide en dos moléculas de 3C, el ácido 3-fosfoglicérico (PGA).
2. Reducción: El ácido 3-fosfoglicérico se reduce a gliceraldehído 3-fosfato (G3P), utilizándose para ello ATP y NADPH.
3. Regeneración: De cada seis moléculas de G3P formadas, cinco se utilizan para regenerar la ribulosa 1,5-difosfato y mantener el ciclo. Una molécula de G3P será empleada para sintetizar glucosa, ácidos grasos, aminoácidos, etc.

Fase Luminosa y Fotofosforilación

Fotofosforilación Cíclica

Proporciona ATP adicional, fruto de la fosforilación mediada en el proceso electroquímico. Este ATP es necesario en la fase oscura, dado que el gasto de ATP y NADPH no es equivalente.

• No genera poder reductor, ya que los electrones no llegan al NADP⁺.
• No se libera oxígeno, porque no hay oxidación del agua.
• Solo interviene el Fotosistema I (FS I) en la captación de energía. Al ser cíclica, los mismos electrones (e-) que salen de la clorofila vuelven a ella.

Funcionamiento de los Fotosistemas (Esquema en Z)

Durante las reacciones de la fase luminosa, los dos fotosistemas actúan coordinadamente. La energía luminosa absorbida por los pigmentos en cada complejo antena es dirigida hacia las moléculas especiales de clorofila *a* en los centros de reacción de cada fotosistema.

• Los electrones que han ganado energía escapan desde las moléculas de clorofila *a* y son transportados a través de una cadena de transporte electrónico.
• El NADP⁺ actúa como aceptor electrónico final y forma NADPH.
• Durante el transporte de los electrones, se crea un gradiente de protones (H⁺) a través de la membrana tilacoidal. Este gradiente es el responsable de la síntesis de ATP gracias a las ATP sintetasas.
• El ATP y el NADPH obtenidos en la fase luminosa serán empleados en la fase oscura.
• El agua es fotolisada, y los electrones liberados sirven para reponer los perdidos por el centro de reacción P680. Se forman H⁺ y O₂.

Virología: Ciclos y Estructura Viral

Ciclo Lítico

El ciclo lítico culmina con la destrucción de la célula hospedadora.

1. Fase de Fijación o Adsorción: Se establece contacto entre la cápsida o envoltura del virus y los receptores de la célula que va a parasitar. Existe una gran especificidad entre el virus y la célula hospedadora.
2. Fase de Penetración: El bacteriófago perfora la pared celular de la bacteria mediante lisozimas (enzimas que rompen paredes bacterianas) situadas en su placa basal. Luego contrae la vaina de la cola e introduce su ADN a través del orificio practicado, pasando el genoma vírico directamente al citoplasma bacteriano.
3. Fase de Eclipse: Es el momento de mayor actividad metabólica, inducida por el ADN del virus.
   • El ADN vírico utiliza nucleótidos y la enzima ARN-polimerasa de la bacteria para dirigir la síntesis de gran cantidad de ARNm viral (transcripción).
   • Este ARNm viral sirve de base para la síntesis de proteínas del virus (capsómeros, enzimas endonucleasas que destruyen el ADN bacteriano, y enzimas endolisinas que rompen la membrana bacteriana).
   • El ADN vírico sufre múltiples procesos de replicación utilizando los complejos enzimáticos de la bacteria.
4. Fase de Ensamblaje: Los capsómeros recién formados se reúnen formando cápsidas, mientras que las nuevas moléculas de ADN vírico se pliegan y penetran en las cápsidas.
5. Fase de Lisis o Liberación: Debido a la acción de la enzima endolisina, se produce la lisis de la bacteria y los nuevos viriones formados salen al exterior para infectar a otras bacterias.

Ciclo Lisogénico

Existen virus, llamados virus atemperados, atenuados o lisogénicos, que no destruyen inmediatamente las células que infectan.

• El genoma del fago se inserta en el cromosoma bacteriano (formando un profago).
• La bacteria prosigue sus funciones vitales sin que el virus realice ninguna acción.
• Cuando el ADN bacteriano se duplica, también lo hace el ADN vírico, de manera que el genoma del virus pasa a las dos bacterias hijas.
• Su ADN puede permanecer en forma latente durante varias generaciones celulares, hasta que un estímulo determinado induzca la separación del profago del ADN celular. En este momento, el profago iniciará un ciclo lítico típico desde la fase de eclipse.

Componentes de la Estructura Viral

1. Genoma Vírico: Una o varias moléculas de ADN o de ARN. El ácido nucleico de los virus puede ser de cadena abierta o circular, y monocatenaria o bicatenaria.
2. Cápsida: Es la cubierta proteica que envuelve al genoma vírico. Protege el ácido nucleico y, en los virus carentes de envuelta membranosa, reconoce los receptores de membrana de las células a las que el virus parasita. El conjunto del genoma vírico y la cápsida se denomina nucleocápsida.
   • La cápsida está formada por capsómeros, que son proteínas globulares colocadas de manera regular y simétrica.
   • Cápsida Icosaédrica: Ejemplo, virus de las verrugas (VPH).
   • Cápsida Helicoidal: Ejemplo, virus del mosaico del tabaco.
   • Cápsida Compleja: Se encuentra en bacteriófagos.
3. Envoltura Lipídica: Algunos virus tienen una envuelta membranosa externa formada por una bicapa lipídica, procedente de la célula parasitada. Esta envoltura rodea la nucleocápsida y ayuda a reconocer a la futura célula hospedadora e inducir la penetración del virión en ella.