Tema 9: Formaci destructures cellulars

1. Introducci La formaci destructures cellulars ha estat present al llarg de tota la vida. Mirarem aquesta formaci tant en la vida ara com en el seu origen. La bioqumica estudia que passa amb els precursors senzills i com arriben a formar molcules anella (que necessitem per formar macromolcules.

Hem de tenir en compte que totes aquestes conversions de matria necessiten energia que es aportat per lATP. Una de les excepcions s la formaci dels sistemes supramoleculars ja que aquets es poden autoformar. Ara be els complexos supramoleculars generats per protenes o cids nucleics necessiten abans un pas previ en el qual es necessitar el plegament daquets.

2. Plegament Plegament de protenes: El plegament de protenes s un procs espontani (-10 kcal/mol) que no necessita laportaci denergia, aix es degut a que les protenes plegades sn un mnim energtic. Hem de tenir en compte per que per que es produeixi un plegament correcte moltes vegades es necessita lajuda de xaperones, PDI o prolina-isomerases que sn protenes que si que gasten ATP. Tot i aix aix no vol dir que el plegament de protenes no sigui espontani ja que com ja sabem G s una funci destat i les xaperones etc.. nomes varien el cam pel qual es plega la protena, conseqentment el procs segueix sent espontani. Plegament de DNA: La formaci de la doble hlix del DNA tamb s un procs espontani (-1kcal/mol pb). Per tant tampoc necessita laportaci denergia.

3. Formaci de complexos supramoleculars Formaci de la cpsida de TMV: La cpsida de TMV est formada ms o menys per unes 2.000.000 copies duna protena triangular que te la capacitat dautoassociar-se i formar una especia de cilindre en el qual shi pot introduir el genoma vric. Els estudis van demostrar que aquest era un procs espontani (G0. Per tant la nica opci possible era que S>0 perqu daquesta manera TS0 vol dir que estem anant cap al desordre i aix no es el que esta passant ja que la formaci de la cpsida implica una ordenaci de les protenes en un complex supramolecular. Aquesta visi per aix s un error ja que no ens hem de fixar

BIOENERGTICA TEMA 9 : FORMACI DESTRUCTURES CELLULARS

INTRODUCCI

La formaci destructures cellulars ha estat present al llarg de tota la vida. Mirarem aquesta

formaci tant en la vida ARA com en lORIGEN de la vida. La bioqumica estudia qu passa amb els precursors senzills i com arriben a formar molcules anella (que necessiten per macromolcules).

Lesquema seria el segent:

Els sistemes supramoleculars, que sn formats per molcules macromoleculars, tenen un gran inters energtic. Aquesta passa s un procs espontani naturalment. Abans de formar associacions, per, shan de plegar les macromolcules, que tamb s un procs espontani.

PLEGAMENT DE PROTENES

Les protenes es poden desnaturalitzar i de manera espontnia algunes protenes senzilles tornen a convertir-se a la forma nativa. Aquesta renaturalitzaci espontnia es dna perqu t un G -10 kcal/mol.

Hi ha protenes que assisteixen al plegament:

- Xaperones - PDI - Prolina-isomerases

Tant les xaperones moleculars com les xaperonines fan servir ATP el plegament de les protenes deixa de ser un procs espontani? No. Entenem que les protenes adopten la seva estructura nativa perqu la Termodinmica aix ho dicta, per alhora cal tenir en compte que, si la protena s complicada, poden ocrrer problemes cintics de malplegament => si hi ha un malplegament aquest sha de desfer, la qual cosa requereix energia.

El plegament s un procs Termodinmicament espontani.

Tamb hi ha daltres processos espontanis de plegament:

- Formaci de la doble hlix de DNA (G = -1kcal/molpb) - Formaci de bicapes lipdiques

nomes amb les protenes sin tamb amb el entorn i ms especficament amb laigua que envolta les protenes. En aquest cas hem de tenir en compte que laigua que envolta a les protenes es desordena quan aquestes sautoensamblant i aix implica un S>0 amb valor absolut major que la ordenaci de les protenes soles. Entropi driven process: Tots els processos espontanis en els quals la entropia s la que dirigeix el proses es coneixen com ha entropi driven process. Tots aquets processos tenen la peculiaritat de que H0. Una altre caracterstica daquets processos es que la majoria dells estan regulats per la formaci de enllaos hidrofbics. Aquets enllaos no depenen de H sin de S i per tant s un enlla molt inespecfic. Un altre exemple sn la formaci de les membranes biolgiques. Una excpeci daquesta norma dels enllaos hidrofbics sn les interaccions protena-DNA. Aquesta interacci tamb presenta una H>0 i per tant S>0. En aquest cas per la entropia no augmenta degut al desplaament de laigua sin que ho fa degut al desplaament dels contraions que estan units al DNA.

4. Cooperativitat Definici: La cooperativitat es lamplificaci de la fora duni de dos molcules degut a la cooperaci de molts enllaos dbils Ex: La doble hlix del DNA es una estructura que sempre es forma gracies a la cooperativitat de les forces datracci de les pb. Explicaci: La principal explicaci termodinmica que se lhi troba a la cooperativitat es que la formaci dun enlla afavoreix la formaci del segent. Daquesta manera

5. Origen de la vida Origen de la vida: La Terra t uns 4.600106 milions danys, i la vida va comenar fa uns 3.500106 milions danys. Els estudis apunten que la vida sha format a partir de molcules elementals en una atmosfera reduda (CH4, NH3, H2, H2O, N2), tot i que hi ha autors que consideren com a importants molcules oxidades (CO, CO2). Els experiments clau per estudiar el origen de la vida van ser els realitzats per Miller i Oro els quals van poder sintetitzar aa i nuclesids de forma artificial. Energia per el origen de la vida: Perqu aquest elements de latmosfera es poguessin unir i formar estructures favorables va fer falta energia ja que la sntesi no s un procs espontani. Aquesta energia prov de diferents llocs:

Radiaci solar: o Quantitat: 2,6105 cal/m2 any o Caracterstiques: Les molcules precursores nomes tenen la capacitat

dabsorbir la llum ultraviolada i aquesta nomes representa 41 cal/m2any. Per tant hi ha molta poca contribuci de lenergia solar

Descarregues elctriques: o Quantitat: 4 cal/m2 any

COMPLEXES SUPRAMOLECULARS

Trobem com a exemples els complexes multienimtics, les membranes lipdiques, els nucleosomes, els virus, els ribosomes... En molts daquests casos, els processos sn curiosos

perqu sn processos espontanis, tot i que termodinmicament resulta que lincrement dentalpia s positiu o zero => no sallibera calor. No hi ha, per tant, una generaci dordre. Sn

processos, per tant, entropy-driven.

Hi ha una generaci dordre i desordre:

- Ordre: sordenen les macromolcules - Desordre: es desordenen les molcules daigua

s la generaci de desordre el que guanya, daqu que lS sigui positiu.

Podem mirar el virus del mosaic del tabac (TMV), el qual es pot sintetitzar la seva cpside a partir de les protenes monomriques sempre i quan hi hagi un ordre en el medi que les cont.

Quan anem a nucleosomes (interacci protena-DNA), hi entra una altra qesti. Lincrement dentropia ve determinat pel desordre dels contraions. Els contraions que estaven estabilitzant lhlix de DNA salten quan hi passa a interaccionar la histona -> es genera desordre per part dels contraions.

COOPERATIVITAT

En la formaci destructures supramoleculars, la cooperativitat s una pea clau. La formaci de moltes interaccions dbils proporciona estabilitat a lestructura final. Cada enlla s ms estabilitzant que lanterior.

La cooperativitat es pot escriure com:

ORIGEN DE LA VIDA

La Terra t uns 4.600106 milions danys, i la vida va comenar fa uns 3.500106 milions danys. Els estudis apunten que la vida sha format a partir de molcules elementals en una atmosfera reduda (CH4, NH3, H2, H2O, N2), tot i que hi ha autors que consideren com a importants molcules oxidades (CO, CO2).

Ara considerarem moments energticament favorables.

Perqu aquests precursors sunissin i formessin estructures orgniques es requeria energia: no

s un procs espontani. La pregunta s, don prov lenergia per fer aquesta passa tan

important? Es pensa que aquestes fonts denergia sn:

- La radiaci solar -> 2.6105 cal/m2 / any. Aquestes molcules per, noms absorbeixen lultraviolat, la qual cosa representa unes 41 cal/m2 / any. Molt poca de lenergia solar pot alterar lestructura electrnica daquestes molcules.

o Caracterstiques: Sestima que en latmosfera primitiva el valor era el mateix. Sobretot sn importants les petites descarregues que es donen en llocs secs ja que tenen la capacitat de provocar ionitzacions i daquesta manera desencadenar un conjunt de reaccions

Radioactivitat: o Quantitat 2,8 cal/m2 any o Caracterstiques: No se lhi dona molta importncia ja que nomes opera

en llocs molt reduts i localitzats. Activitat volcnica:

o Quantitat: 1,3 cal/m2 any o Caracterstiques: No se lhi dona molta importncia ja que nomes opera

en llocs molt reduts i localitzats. Ones de xoc:

o Quantitat: 1,1 cal/m2 any o Caracterstiques: Sn ones mecniques que es poden produir degut a

les ones del mar, el sol etc.. Provoquen moviments mecnics en les molcules.

Les tres ms importants serien la radiaci, les descarregues elctriques i les ones de xoc. Requisits per la formaci de la vida: Els principals requisits per la formaci de la vida sn:

Presencia dagents condensants: Sn molcules que alliberen energia i que afavoreixen la sntesi. En la terra primitiva es pensa que hi havien cadenes de oligofosfats que actuaven com agents condensats per la sntesi de protenes i cids nucleics.

Compartimentaci: Les molcules necessiten allar-se per poder ser estables i durar molt temps. En aquest punt es on entra en joc la presencia de les membranes lipdiques. Hem de tenir en compte que les macromolcules acabades de sintetitzar tenen tendncia a hidrolitzar-se de forma rapida sin hi ha compartimentaci

Historia de laparici dels organismes: Gracies a la energia i els requisits vistos es va poder originar un organisme heterotrfic i anaerbic. Aquets organismes aprofitaven lenergia qumica de les molcules orgniques que es trobaven en el brou primitiu. Per sort tamb van aparixer organismes autotrfics fotosinttics que aprofitaven lenergia solar per generar estructures orgniques. Aquests organismes canvien la composici de latmosfera i augmenten la quantitat de O2 i daquesta manera es poden crear organismes heterotrfics aerbics.