Las Enzimas y su Actividad

Las enzimas, como proteínas, tienen como propiedad la especificidad: absoluta (actúan con un determinado sustrato), de grupos (actúan sobre un determinado grupo de moléculas) o de clases (dependen del tipo de enlace). *Fórmula*: se puede definir como número de recambio o unidad estándar de la actividad enzimática.

Factores que afectan a la actividad enzimática

• La temperatura: Al aumentar la temperatura, aumenta la actividad enzimática, ya que al aumentar la temperatura aumenta la movilidad de las moléculas y esto permite que la enzima encuentre más rápido al sustrato; pero si aumentara mucho, la enzima se desnaturaliza.
• pH: Si variamos mucho el pH, la enzima se desnaturaliza; cada enzima tiene, por tanto, un pH óptimo.
• Inhibidores: Sustancias que inhiben la actividad enzimática. Pueden ser beneficiosos (actúan como fármacos) o pueden ser perjudiciales.

Tipos de inhibición

• Inhibición irreversible (envenenamiento): El inhibidor se une permanentemente al centro activo y lo inutiliza.
• Inhibición reversible: No se utiliza el centro activo de forma permanente, sino que solo se impide temporalmente su funcionamiento.
  • Competitiva: El inhibidor se parece al sustrato hasta el punto de que se une al centro activo.
  • No competitiva: No se une al centro activo, pero se fija a la enzima impidiendo que el sustrato tenga acceso al centro activo.

Enzimas alostéricas

Son enzimas que pueden tener dos estados. Se une específicamente a la enzima, de forma no covalente, a un centro regulador que es distinto al centro activo. La unión del modulador al centro regulador provoca un cambio conformacional que puede aumentar la actividad de la enzima o disminuirla.

1. Regulación por retroinhibición o inhibición (feedback): La enzima que cataliza la primera reacción es una enzima alostérica, que tiene como modulador negativo el producto final de la ruta.
2. Regulación por inducción enzimática: En muchas ocasiones, el propio sustrato actúa como modulador positivo o activador.

Aumento de la eficacia de las rutas metabólicas

1. La compartimentalización celular: La célula es capaz de separar procesos mediante las membranas.
2. Complejos multienzimáticos: Conjuntos de enzimas que permanecen físicamente unidas y pasan el sustrato de unas a otras.
3. Inclusión en la membrana: Enzimas incluidas en la membrana que permiten una interacción más rápida.
4. Activación de precursores.

Estructura del ADN

El ADN está formado por una cadena de desoxirribonucleótidos de adenina, timina, guanina y citosina. El ADN es una molécula vectorial 5′ → 3′ en donde los nucleótidos se unen por enlaces fosfodiéster; todas las moléculas presentan un extremo libre que no está unido a otros nucleótidos.

Estructura Primaria

Es la secuencia lineal de nucleótidos. La secuencia de bases nitrogenadas es el elemento característico de la molécula de ADN y es donde reside la información genética.

Estructura Secundaria (Doble Hélice)

Se estableció el modelo de doble hélice mediante difracción de rayos X. Sus características son:

• El ADN está formado por dos cadenas de polinucleótidos que están enrolladas a lo largo del eje en forma helicoidal.
• Las bases nitrogenadas quedan enfrentadas perpendicularmente al eje.
• Es una estructura regular con 20 Å de diámetro a lo largo del eje.
• La estructura helicoidal se repite cada 10 nucleótidos (34 Å).
• Las dos cadenas permanecen unidas por puentes de hidrógeno (pdh) entre las bases nitrogenadas: A=T (2 pdh) y G≡C (3 pdh).
• Las dos cadenas son complementarias y deben ser antiparalelas (direcciones opuestas) para que las bases puedan encajar y formar los puentes de hidrógeno.

Desnaturalización del ADN

La estabilidad de la doble hélice se debe a los puentes de hidrógeno. Cuando la temperatura alcanza los 70-90 °C, se rompen los pdh y se separan las dos hebras, lo que constituye el punto de fusión del ADN. Este varía con la longitud de la molécula y la proporción de guanina y citosina. Si se deja enfriar, el ADN recupera su forma inicial (renaturalización); si se enfría bruscamente el ADN no naturalizado, las dos cadenas se pliegan independientemente. También se puede realizar con pH extremos y agentes químicos como la urea.

Estructura Terciaria

En el núcleo, las moléculas de ADN están asociadas a proteínas globulares con carga positiva, formando la fibra de cromatina. Está formada por el ADN más histonas que forman una secuencia de nucleosomas. Cada nucleosoma está formado por 8 histonas más ADN que se enrolla alrededor, formando una estructura de 60 Å. Durante la división celular, la cromatina se organiza en solenoides y se empaqueta hasta formar los cromosomas metafásicos.

ADN Bacteriano y Viral

• ADN Bacteriano: Molécula de ADN bicatenario circular no asociado a histonas.
• ADN Virus: Algunos pueden tener ARN. Puede ser lineal monocatenario, monocatenario cerrado, lineal bicatenario o bicatenario cerrado.

Ácidos Nucleicos: Composición y Función

Los Ácidos Ribonucleicos (ARN) son macromoléculas formadas por la polimerización de ribonucleótidos; no pueden tener timina (T). El ADN es el portador de la información genética. Los experimentos de transformación de Griffith y Avery demostraron que el ADN era el factor transformante. Se concluyó que los fagos inyectaban el ADN en el interior de la bacteria.

Componentes de los Nucleótidos

• Azúcar: Una pentosa (ribosa o desoxirribosa).
• Base nitrogenada: Púricas (Adenina y Guanina) y Pirimidínicas (Citosina, Timina y Uracilo).
• Ácido ortofosfórico.

Presentan dos tipos de uniones: enlace éster (C5 de la pentosa y fosfato) y enlace N-glucosídico (C1 de la pentosa y base nitrogenada). Los nucleósidos se forman por la unión de la pentosa con la base nitrogenada (terminación -osina para púricas e -idina para pirimidínicas).

Derivados de Nucleótidos

Existen derivados de gran importancia biológica como el sistema ATP/ADP (transferencia energética), el AMP cíclico (mediador hormonal) y coenzimas como NAD, NADP y FAD.

Replicación del ADN

Los experimentos de Meselson y Stahl demostraron que la replicación es semiconservativa mediante el uso de nitrógeno pesado (N15) y ligero (N14).

Mecanismo de Replicación

1. Desenrollamiento y apertura: La helicasa separa las dos cadenas rompiendo los enlaces de hidrógeno con energía de ATP. Las topoisomerasas liberan la tensión del enrollamiento. Las proteínas SSB estabilizan las cadenas abiertas. La replicación es bidireccional desde el origen.
2. Polimerización: Realizada por la ADN polimerasa III en dirección 5′ → 3′. Necesita un cebador (primer) de ARN sintetizado por la primasa (primosoma).
3. Asimetría: Se forma una hebra conductora (continua) y una hebra retardada (discontinua), sintetizada mediante fragmentos de Okazaki.
4. Finalización: La ADN polimerasa I elimina el cebador y rellena el hueco, y la ligasa une los fragmentos.

Reparación del ADN

La ADN polimerasa tiene función autocorrectora (actividad exonucleasa) para revisar y corregir el apareamiento de nucleótidos.

Expresión Génica: Transcripción y Traducción

Transcripción

El flujo va de ADN a ARN. Etapas:

• Iniciación: La ARN polimerasa se une al promotor con la subunidad σ, abre la hélice e inicia la síntesis 5′ → 3′.
• Elongación: Se sintetiza el ARNm y se libera del molde de ADN.
• Terminación: Se alcanza una señal de terminación y la ARN polimerasa se separa.

Diferencias: En procariotas el ARN es policistrónico y la traducción es simultánea. En eucariotas, la transcripción es en el núcleo y requiere procesamiento antes de ir al citoplasma.

Traducción (Biosíntesis de Proteínas)

• Iniciación: La subunidad pequeña del ribosoma se une al ARNm en el codón AUG (metionina).
• Elongación: El aminoacil-ARNt entra en el sitio A, se forma el enlace peptídico y el ribosoma se desplaza (translocación).
• Terminación: Se reconoce un codón de parada (UAA, UAG, UGA) por un factor de liberación y el complejo se disocia.

Mutaciones

Un gen es una unidad estable sujeta a cambios. Las mutaciones germinales son heredables; las somáticas no lo son. Son la base de la evolución y la selección natural.

Agentes Mutagénicos

• Radiaciones electromagnéticas (Rayos UV, X).
• Radiaciones corpusculares (α y β).
• Sustancias químicas.
• Procesos físicos (ultrasonidos, choques térmicos).

Tipos de Mutaciones

1. Mutaciones Genéticas o Puntuales

• Sustituciones: Transiciones o transversiones. Pueden ser silenciosas.
• Deleciones y adiciones: Cambian el marco de lectura.
• Transposiciones e inversiones: Cambios de lugar o giro de segmentos.

2. Mutaciones Cromosómicas

Afectan la estructura del cromosoma: deleciones, duplicaciones (mecanismo de nuevos genes), inversiones y translocaciones.

3. Mutaciones Genómicas

Afectan al número total de cromosomas:

• Euploidías: Alteración en juegos completos (haploidía, poliploidía, autopoliploidía, alopoliploidía).
• Aneuploidías: Pérdida o ganancia de cromosomas aislados.
  • Monosomías y Trisomías.
  • Ejemplos: Síndrome de Down (par 21), Edwards (par 18), Patau (par 13).
  • Alteraciones sexuales: Síndrome de Klinefelter (44+XXY), Síndrome de Diplo Y (44+XYY), Síndrome del Triple X (44+XXX).

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