bioquimica folleto

15-05-2012 05;22;17PM

Aminocidos, protenas y enzimas

553553

16.1Funcionesde las protenas16.2 Aminocidos16.3 Acidez y basicidad de los aminocidos16.4 Formacin de pptidos16.5 Niveles estructurales de las protenas16.6 Enzimas16.7 Accin enzimtica16.8 Factores que afectana la actividad enzimtica16.9Cofactores enzimticos

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Estoy criando este cordero con Lamb Loe, que es un sustituto sinttico de ia leche de oveja, nos cuenta Dennis Samuelson, granjero a tiempo parcial. Una oveja tuvo trillizos}' no tena suficiente leche para alimentar a todas sus cras, as que no se estaban desarrollando del modo en que deban. El Lamb Lac est preparado con leche desnatada y suero en polvo, protenas de leche, albmina de huevo, los aminocidos metionina y Usina, vitaminas y minerales.Los tcnicos veterinarios diagnostican y tratan las enfermedadesde los animales, toman muestras de sangre y de tejidos y lesadministran medicamentos y vacunas. Por su parre, los Tcnicosagrnomos estudian la manera de incrementar las cosechas de lasgranjas y su productividad, con el fin de asegurar una fuenteestable de alimentos.. Buscan formas de aumentar el rendimiento delos cultivos, desarrollan tcnicas ms seguras para controlar lasmalas hierbas y las plagas y disean mtodos para la conservacindel suelo y del agua.S*

553553a palabra protena procede del trmino griego prote'ios, que significa "primero. Todas las protenas humanas son polmeros construidos a partir de 20 aminocidos diferentes, y cada una de ellas est formada "por una secuencia de aminocidos ordenados de un modo especfico que determina sus caractersticas y su funcin biolgica. Las protenas son las responsables de la estructura de las membranas celulares, constituyen el cartlago y el tejido conectivo, transportan el oxgeno en la sangre y en los msculos, dirigen las reacciones biolgicas, defienden al cuerpo frente a las infecciones y controlan los procesos metablicos, llegando a ser, incluso, una fuente de energa.Las funciones de las protenas dependen de las estructuras y del comportamiento qumico de los aminocidos, que son sus bloques de construccin. En este captulo veremos que los aminocidos se unen mediante enlaces peptdicos y cmo su ordenamiento en estos polmeros conduce a la formacin de estructuras tridimensionales nicas.En las clulas de nuestro cuerpo se producen miles de reacciones qumicas cada segundo a una velocidad adecuada para nuestras necesidades metablicas. Esto es posible gracias a las enzimas, que catalizan estas reacciones: cada reaccin est controlada por una enzima diferente. Por ejemplo, las enzimas digestivas de la boca, del estmago y del intestino delgado catalizan la hidrlisis de los hidratos de carbono, las grasas y las protenas, y en las mitocondrias, las enzimas extraen de las biomolculas la energa que necesitamos.

16.1 FUNCIONES DE LAS PROTENAS

EL OBJETIVO ES.

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Los distintos tipos de protenas del cuerpo llevan a cabo diferentes funciones. Algunas protenas actan como elementos estructurales, como el cartlago, los msculos, el pelo o las uas. La lana, la seda, las plumas o los cuernos tambin estn formados por protenas sintetizadas por los animales. Las protenas que actan como enzimas regulan las reacciones biolgicas, como la digestin o el metabolismo celular. Algunas protenas, como la hemoglobina o la mioglobina, transportan el oxgeno en la sangre y en los msculos. La tabla 16.1 recoge una clasificacin de las protenas segn las funciones que desempean en los sistemas biolgicos.

TABLA 16.1 Clasificacin de las protenas segn sus funciones

Clasede protenaFuncin en el cuerpoEjemplos

EstructuralesComponentes estructuralesEl colgeno forma los tendones y cartlagos. La queratina forma el cabello, la piel, la lana y las uas.

ContrctilesMovimiento muscularLa miosina y la actina son responsables de la contraccin muscular.

TransporteTransportan sustancias esenciales por el organismoLa hemoglobina transporta oxgeno. Las lipoprotenas transportan lpidos.

AlmacenamientoAlmacenan nutrientesLa casena almacena las protenas de la leche. La ferritna almacena hierro en el bazo y en el hgado.

HormonasRegulan el metabolismo corporal y el sistema nerviosoLa insulina regula el nivel de glucosa en la sangre. La hormona del crecimiento regula el crecimiento.

EnzimasCatalizan las reacciones bioqumicas en las clulasLa sacarasa cataliza la hidrlisis de la sacarosa. La tripsina cataliza la hidrlisis de las protenas.

ProtectorasReconocen y destruyen las sustancias extraasLas inmunoglobulinas estimulan las respuestas defensivas.

clasificar las protenas segn su funcin en las clulas.

^(yhemistry < c placeWEB TUTORIAL Functions of Proteins

EJERCICIO RESUELTO jg E Clasificacin de las protenas segn su funcinjIndica el tipo de protenas que realizan las siguientes funciones:a.Catalizan las reacciones metablicas de los lpidos.b.Transportan el oxgeno por el torrente sanguneo.c.Almacenan los aminocidos de la leche.

SOLUCINa.Las enzimas catalizan las reacciones metablicas.b.Las protenas de transporte transportan sustancias, como el oxgeno, por la sangre.c.Las protenas de almacenamiento sirven de reserva de nutrientes, como losaminocidos de la leche.

i AHORA T! Qu tipo de protenas ayudan a regular el metabolismo?EJERCICIOS Y PROBLEMAS

CAPTULO 16 AMINOCIDOS, PROTENAS Y ENZIMAS

Funciones de las protenas16.1 Clasifica las siguientes protenas segn su funcin:a.hemoglobina, responsable del transporte de oxgeno en lasangreb.colgeno, componente mayoritario de los tendones y delcartlagoc.queratina, protena presente en el cabellod.amilasas, protenas que hidrolizan el almidn16.2 Clasifica las siguientes protenas segn su funcin:a.insulina, protena relacionada con el nivel de glucosab.anticuerpos, protenas que desactivan las protenas extraasc.casena, protena presente en la leched.lipasas, protenas que hidrolizan los lpidos

EL OBJETIVO ES...16.2 AMINOCIDOSdibujar los aminocidos en formaLas protenas estn formadas por bloques de construccin llamados aminocidos. Los amino-de ion dipolar.' cidos tienen 2 grupos funcionales, un grupo amino (NHJ y un grupo cido carboxlico(COOH). En los 20 aminocidos que podemos encontrar en las protenas, el grupo amino. el grupo cido carboxlico y un tomo de hidrgeno estn unidos al mismo tomo de carbono central llamado carbono a (alfa). Las protenas humanas solo contienen 20 aminocidos distintos que tienen diferentes propiedades segn la cadena latera! (R) unida al carbono a.

Estructura general de un a-aminocido

Cadena lateral (Rl

R

c C

H \\)H

arhono a

Grupo cido carboxlicoR OO + I II H,NCCO"h h \ wnhCarbono aIon dipoktr f/wiierniGrupo amino


16.2 AMINOCIDOS

Aunque resulta ms cmodo dibujar los aminocidos con sus grupos funcionales en estado neutro, en realidad se encuentran ionizados al pH de la mayora de los fluidos corporales. En condiciones fisiolgicas, el grupo COOH pierde un H* para formar COO" y el grupo NH, gana un H+ formando NH,+. Al tener un extremo con carga positiva y otro con carga negativa, los aminocidos son iones dipolares. tambin llamados zwiteriones.

Clasificacin de los aminocidosLos aminocidos no polares tienen una cadena lateral alqulica o aromtica, y son hidrfobos (repelen el agua). Los aminocidos polares tienen cadenas laterales con grupos polares, como hidroxilo (OH), tiol (SH) o amida (CONH,), que interaccionan con el agua y son hidrfilos (atraen el agua). Las cadenas laterales de los aminocidos cidos contienen grupos carboxilo (COOH) que se comportan como cidos dbiles. Las cadenas laterales de los aminocidos bsicos contienen grupos amino que tienen un carcter bsico dbil. Las estructuras de las cadenas laterales (R), los nombres comunes y las abreviaturas o cdigos de 3 letras de los 20 a-aminocidos que forman las protenas se recogen en la tabla 16.2. Los puntos isoelctricos, representados por la abreviatura pl, se explican en el apartado 16.3.


EJERCICIO RESUELTO i Frmulas estructurales de los aminocidosDibuja la estructura del ion dipolar y escribe la abreviatura de los siguientes aminocidos:a. alanina (R = CH3) b. serina (R = CK.OH) SOLUCINCH,a. El ion dipolar se dibuja uniendo la cadena lateral (R) al tomo central del aminocido en forma de ion dipolar:alanina (Ala)Grupo R

NH3 CH COO


b. serina (Ser)

OH

CH2



NH,

CH COO"

AHORA T!Clasifica los aminocidos del problema anterior como polares o no polares.

Estereoqumica de los aminocidosTodos los a-aminocidos, a excepcin de la glicina, son quirales, ya que el carbono a est unido a 4 sustituyentes diferentes. Por tanto, los aminocidos presentan isomera ptica, con ismeros lod. Podemos dibujar las proyecciones de Fischer de los a-aminocidos del mismo modo que hicimos en el captulo 12 para los aldehidos, colocando el grupo carboxilato en el extremo superior y la cadena lateral en el inferior. En el ismero l, el grupo NH3+ queda situado a la izquierda del observador, mientras que en el ismero d queda a la derecha. En los sistemas biolgicos, las protenas solamente estn formadas por los ismeros l. Aunque en la naturaleza tambin es posible encontrar aminocidos n, estos no se encuentran


TABLA 16.2 Los 20 aminocidos que forman las protenas Aminocidos no polares


H I H3NCOO"HGlicina (Gly) 6,0*

CH2 H3NCCOO" HFenilalanina (Phe) 5,5

CH3H3NCOO" HAlanina (Ala) 6.03SCH22H3NCCOO" IHMetionina (Met) 5.7

CH3 CH3 CHH3NCCOO"IHValina (Val) 6.0

CH2/\H2C CH2 H2NC-COO" HProlina (Pro) 6,3CH3 CH3\ /CH CH2 H3NCCOO HLeucina (Leu) 6.0

Triptfano (Trp) 5.9CH3CH2 CH3CH H3NCCOO"IHIsoleucina (lie) 6,0

OH3OHSH NH2\ / 1Ox NH2\ / CH2CH2HCOHCH2CH2CH2CH2. H3NCCOO" IH3NCOO ~IH3NCCOO~ H3NCCOO ~H3NCCOO"H3NCCOO"iHHHH1HHSerina (Ser) 5,7Treonina (Thr) 5.6Tirosina (Tyr) 5,7Cisterna (Cys) 5,1Asparagina (Asn) 5.4Glutamina (Gin) 5,7Aminocidos cidosAminocidos bsicosAminocidos polares (neutros)4/ ICH2H3NCOO"HAcido asprtico (Aspi 2.8

I CH2H3NCCOO" HAcido lulmico (Glul

HN-4-I NH

CH,+ IH3NCOO"IHHistidina (His)7.6NH3 CH2 CH2cu-, ! "CH2 H3NCCOO" HLisina (Lvs) .7NHoI + C=NH2NHCH2CH2CH2H3CCOO" HArginina (Ars) 10.8

Punto isoelctrico

16.3 ACIDEZ Y BASICIDAD DE LOS AMINOCIDOS

en las protenas. Comparemos los ismeros l- y n-glieeraldehdo y los ismeros l- y D-ala-nina y L- y d-cistena


CHO

CH;OH-GliceraldehiduCHOH-CH:OHd-Gliceraldehido


COO"ll

H-

COO"

CH3 i -AlumnaCOO"HCH2SHi -Cisterna

H

CH3d-AlaninaCOO"-NH,CH2SHd-Cistena

EJERCICIOS Y PROBLEMAS


Aminocidos16.3 Indica los grupos funcionales de todos los a-aminocidos.16.4 Cmo compararas la polaridad de las cadenas laterales de la leucina y de la serina?16.5 Dibuja el ion dipolar de los siguientes aminocidos: a. alaninab. treoninac. cido glutmicod. fenilalanina16.6Dibuja el ion dipolar de los siguientes aminocidos:a. lisinab. cido asprticoc. leucinad. tirosina16.7 Clasifica los aminocidos del problema 16.5 como hidrfobos (no polares), hidrfilos (polares, neutros), cidos o bsicos.16.8 Clasifica los aminocidos del problema 16.6 como hidrfobos (no polares), hidrfilos (polares, neutros), cidos o bsicos.16.9Nombra los aminocidos representados por las siguientesabreviaturas:a. Alab. Valc. Lysd. Cys16.10Nombra los aminocidos representados por las siguientesabreviaturas:a. Trpb. Metc. Prod. Gly16.11Dibuja la proyeccin de Fischer de los siguientesaminocidos:a. l-valinab. d-cistena16.12Dibuja la proyeccin de Fischer de los siguientesaminocidos:a. l-treoninab. d-valina

16.3ACIDEZ Y BASiCIDD DE LOS AMINOCIDOSA un cierto valor de pH, llamado punto isoelctrico (pl), las cargas positivas y negativas de los aminocidos estn equilibradas, por lo que la carga global es cero. Cuando un aminocido est en una disolucin ms acida que el pl (menor pH), el grupo COO" acepta un H+ para formar COOH. y debido a que el grupo NH,+ permanece como tal, el aminocido tiene una carga global positiva 1+. En una disolucin ms bsica que el pl (mayor pH), el grupo NH.+ pierde un H+. En este caso, como el aminocido tiene un grupo carboxilato COO", la carga clobal negativa es 1-.

EL OBJETIVO ES...dibujar la estructura de un aminocido ionizado a un pH por encima o por debajo del pl.

CondicionespH pl

Variacin de H*IH-1 (INinguna[H1 1)

Grupos ionizadosCOOH COO COO

NH, NH. * Nil

Carga del aminocido1 +01-

&ot( a/micQ.Especialista en rehabilitacin

Me interesan los aspectos biomecnicos de la rehabilitacin, como por ejemplo los ejercicios de fortalecimiento para que la gente pueda volver a realizar sus actividades cotidianas, nos cuenta Minna Robles, especialista en rehabilitacin. Ahora estoy colocando una prtesis en la mueca que ayudar a una paciente a levantar la mano. Este ejercicio tambin contribuir a que los msculos y el tejido blando de la mueca se curen. El conocimiento de los compuestos qumicos del cuerpo, el modo en que interaccionan y cmo afectan al cuerpo es importante para nuestro trabajo. Por ejemplo, frecuentemente utilizamos la tcnica conocida como liberacin miofa-cial, en la que aplicamos presin a una parte del cuerpo para que aumente la circulacin, con lo que se consigue una mejor movilizacin de los tejidos blandos y se mejora la amplitud del movimiento.

O

Analicemos los cambios que se producen en las formas inicas de la alanina al pasar del ion dipolar (pl = 6.0) al ion positivo, que se forma en una disolucin ms acida, y, finalmente, al ion negativo, que aparece en una disolucin bsica.

ooh"oh"NH2CHC0" CH3Alanina a pH > 6 (carga= I-)NH3CHCO-~ I CH3ln dipolar de la alanina pH = 6.0(carga = 0)OHyCHC OHhô-*' I CH3Alanina a pH < 6 (carsa= 1+)

Los valores de pl de los aminocidos polares y de los no polares se encuentran entre 5.1 y 6,0. Los valores de pl de los aminocidos cidos son menores (alrededor de 3), porque los grupos carboxilo de las cadenas laterales tambin aceptan H+. Los valores de pl de los aminocidos bsicos son mayores (entre 7,6 y 10,8), ya que los grupos amino de las cadenas laterales tambin ceden H+. En la tabla 16.2 se incluyen los valores de pl debajo del nombre de cada aminocido.16.3EJERCICIO RESUELTO E Aminocidos en medio cido y bsicoDibuja la frmula estructural de la serina a pH 5,7, que es su pl.

SOLUCINLa serina est en la forma de ion dipolar en el pl, con el grupo cido carboxlico y el grupo amino ionizados. OHln dipolar de la serinaCH2 o NH3CH CO" AHORA T!Dibuja la estructura de la serina a un pH menor que su pl (5,7).


Acidez y basicidad de los aminocidosa. H,NCHCOO" I CH/ \CH, CH,16.13 Dibuja los siguientes aminocidos en forma de ion dipolar: a. glicina b. cistena c. serina d. alanina16.14 Dibuja los siguientes aminocidos en forma de ion dipolar: a. fenilalanina b. metionina c. leucina d. valina16.15 Dibuja el ion positivo (ion de la forma acida) de los aminocidos del problema 16.13. a un pH inferior a 1.0.16.16 Dibuja el ion negativo (ion de la forma bsica) de los aminocidos del problema 16.13. a un pH superior a 12.0.16.17 Las siguientes formas inicas de la valina. existirn a un pH mayor, menor o igual al pl?b. H,NCHCOOH-1 I CH/ \CH, CH,c. H,NCHCOO ICH/ \CH, CH,16.18 Las siguientes formas inicas de la serina. existirn a un pH mayor, menor o igual al pla.H,CHCOO~ b. H,NCHCOOHIICH;OHCH2OHc. H,N CHCOO~ ' iCHX>H

16.4 FORMACIN DE PPTIDOS

EL OBJETIVO ES.

Cuando 2 o ms aminocidos se unen entre s. forman un pptido. El enlace peptdico es el enlace de tipo amida que se forma cuando el grupo COO" de un aminocido reacciona con el grupo NH,* de otro aminocido. Dos'aminocidos unidos entre s mediante un enlace peptdico forman un dipptido. La formacin del dipe'ptido de glicina y alanina se puede representar del modo que se recoge en la figura 16.1. En un pptido, el aminocido que se escribe a la izquierda, con el grupo NH,T libre, se llama aminocido N-terminal. El aminocido C-terminal es el ltimo aminocido de la cadena y tiene el grupo COO" libre.

dibujar la estructura de un dipptido.

N-Terminal Enac peptcicoC-Terminal

0o0 H0

H3NCHr-CO"+ H3NCHC O ~ -1H, CH:-CN--CHcO + H20

1CH31CH3

GlicinaAlaninaGlicilalanina (Gly-Ala)

Nomenclaturade pptidos

De la glicina glicilDe la serina serinaPara nombrar un pptido, se comienza por el aminocido N-terminal y despus se nombran los dems aminocidos separados por guiones, segn el orden determinado por la secuencia, con la terminacin i!. Finalmente, se indica el nombre completo del aminocido C-terminal. Por ejemplo, un tripptido formado por alanina, glicina y serina se nombra como alanil-glicil-serina. Por comodidad, la secuencia de aminocidos en el pptido se suele indicar mediante sus correspondientes abreviaturas o cdigos de 3 letras.

000

H3NCH-II-C-NHCH2C-NHCHC 0-

CH3CH2OH

Alanil-glicil-serina Ala-Gly-SerDe la alanina alanil

Glicil-alanina (Gly-Ala)AguaFIGURA 16.1 Formacin de un enlace peptdico entre las formas inicas dipolares de la glicina y de la alanina, para formar el dipptido glicil-alanina.P Entre qu grupos funcionales de la glicina y de la alanina se establece el enlace peptdico?

EJERCICIO RESUELTO E Identificacin de un tripptidoObserva el siguiente tripptido:OOOH3NCHCNHCHCNHCHC0~CHOHCH2CH2CH3CHCH3CH3

a.Cul es el aminocido N-terminal? Cul es el aminocido C-terminal?b.Cul es la serie de abreviaturas de la secuencia de aminocidos del tripptido?

SOLUCINa.La treonina es el aminocido N-terminal, la fenilalanina es el C-terminal.b.Thr-Leu-Phe.

AHORA T!Cul es el nombre completo del tripptido del ejercicio resuelto 16.4?EJERCICIOS Y PROBLEMAS

Formacin de pptidos16.19 Dibuja las frmulas estructurales condensadas de lossiguientes pptidos y nmbralos mediante las correspondientes abreviaturas:a.alanil-fenilalaninab.serinil-fenilalaninac.glicil-alanil-glicinad.valinil-isoleucil-triptfano16.20 Dibuja las frmulas estructurales condensadas de lossiguientes pptidos y nmbralos mediante las correspondientes abreviaturas:a.metionil-cido asprticob.alanil-triptfanoc.metionil-glutamil-lisinad.histidil-glicil-glutamil-alanina

EL OBJETIVO ES...identificar los niveles estructurales de las protenas.

16.5 niveles ESTRUCTURALES de las PROTENASCuando una cadena polipeptdica contiene ms de 50 aminocidos, por lo general, se llama protena. Cada una de las protenas de nuestro cuerpo posee una secuencia de aminocidos nica que determina su funcin biolgica.

^ (chemistry *" t placeWEB TUTORIAL Structure of Proteins Primary and Secondary Structure

Estructura primariaLa estructura primaria de una protena es su secuencia particular de aminocidos, unidos mediante enlaces peptdicos. Por ejemplo, la hormona que estimula la tiroides para que genere tiroxina es un tripptido con una secuencia de aminocidos Glu-His-Pro. A pesar de que otras secuencias de aminocidos seran posibles, como His-Pro-Glu o Pro-His-Glu. estas

no presentan ninguna actividad hormonal. Como se ve, la funcin biolgica de los pptidos y de las protenas depende de su secuencia de aminocidos.O-C-O"

H\

N-

COCTX

CH2

CH-, 0H c

HiNCHCNCHC-N-N-CH-


Glu

His

Pro


La primera protena cuya estructura primaria se determin fue la insulina, que es la hormona que regula el nivel de glucosa en la sangre. En la estructura primaria de la insulina humana hay 2 cadenas polipeptdicas: la cadena A contiene 21 aminocidos y la cadena B est formada por 30. Las 2 cadenas polipeptdicas se mantienen unidas mediante los puentes disulfuro que se establecen entre las cadenas laterales de las unidades de serina presentes en ambas cadenas (fig. 16.2). En la actualidad, para el tratamiento de la diabetes se emplea insulina humana sintetizada mediante ingeniera gentica.

Estructura secundariaLa estructura secundaria de una protena es el tipo de estructura que se origina cuando los aminocidos que la forman se unen entre s mediante enlaces de hidrgeno o con otra cadena polipeptdica. Los 3 tipos ms comunes de estructura secundaria son la hlice alfa, la hoja plegada beta y la triple hlice.En la hlice alfa (hlice a) se establecen enlaces de hidrgeno entre los grupos NH y los tomos de oxgeno de los grupo C = O de aminocidos bastante alejados entre s en la cadena (fig. 16.3). Al formarse un elevado nmero de enlaces de hidrgeno a lo largo de la cadena polipeptdica, esta adquiere una estructura helicoidal, como un cable de telfono enrollado en espiral, o un muelle. Las cadenas laterales (grupos R) de los diferentes a-aminocidos se disponen hacia fuera de la hlice.


Opiceos endgenosEl cuerpo produce de modo natural analgsicos, como las encefalinas y las endorfinas, que son unos polipptidos que se unen a ciertos receptores del cerebro aliviando el dolor. Parece que este efecto es el responsable de la sensacin de placer que experimentan algunos atletas, de la ausencia momentnea de dolor tras una lesin grave o de los efectos analgsicos de la acupuntura.Las encefalinas, pentapptidos que se encuentran en el tlamo y en la mdula espinal, son las molculas con actividad opicea ms pequeas que se conocen. La secuencia de aminocidos de las encefalinas tambin se encuentra incluida en la cadena ms larga de las endorfinas.Se han identificado 4 grupos de endorfinas: las a-endorfinas (que contienen 16 aminocidos), las ^-endorfinas (31), las "y-endorfinas (17) y las 8-endorfinas (con 27 aminocidos). Las endorfinas producen su efecto sedante bloqueando la liberacin de la sustancia P, un poli-pptido formado por 11 aminocidos que transmite al cerebro los impulsos nerviosos relacionados con el dolor.

a-Endorfina-Tyr Gly Gly Phe Met Thr Ser Glu Lys Ser Glu Thr Pro Leu Val Thr

EncefalinaGluGly Lys Lys TyrAla Asn -/j-Endorfina

-Lys lie lie Al a Asn Lys -

Leu -Phe


Cadena ACadena B


NHYNH,+II

FIGURA 16.2 Secuencia de aminocidos de la insulina humana y su estructura primaria. P Qu tipos de enlace conformanla estructura primaria de lasprotenas?

FIGURA 16.3 En la hlice a (alfa), la forma helicoidal se origina a consecuencia de los enlaces de hidrgeno que se forman entre el N H de un enlace peptdico en un giro y el C = 0 de otro enlace peptdico en el siguiente giro.P Cules son las cargas parciales del H en el enlace N H y del O en el grupo C = 0 que posibilitan la formacin de enlaces de hidrgeno?

Otro tipo de estructura secundaria es la hoja plegada beta (hoja plegada 3), en la quelos enlaces de hidrgeno que se forman entre las cadenas polipeptdicas propician que estas se mantengan al lado unas de otras, como en una hoja doblada o plegada. Por ejemplo, en las fibras de seda, la abundancia de glicina, alanina y serina que son aminocidos con cadenas laterales pequeas hace que las hojas plegadas /3 se empaqueten de un modo muy compacto, lo que les confiere fortaleza, flexibilidad y durabilidad (fig. 16.4).El colgeno es la protena ms abundante y constituye hasta un tercio de las protenas de los vertebrados. Se encuentra en el tejido conectivo, en los vasos sanguneos, en la piel, los tendones, los ligamentos, la crnea de los ojos y el cartlago. La fuerte estructura del colgeno es el resultado del entrelazado de 3 polipe'ptidos. que forman una hlice triple similar a una trenza (fig. 16.5). El colgeno tiene un elevado contenido en glicina (33%), prolina (22%), alanina (12%) y cantidades menores de hidroxiprolina y de hidroxilisina. Las formas hdroxi

FIGURA 16.4 En la estructura secundaria tipo hoja plegada beta (hoja plegada /3) se forman enlaces de hidrgeno entre las cadena peptdicas.P En qu difieren los enlaces de hidrgeno que se forman en la hoja plegada /3 y en la hlice al

de la prolina y de la lisina contienen grupos oh que forman enlaces de hidrgeno entre las cadenas laterales y fortalecen la estructura de triple hlice del colgeno.

nh3 ch2ohh c oh.cuch2ch, ch2ch2hJi+chcoo" h3nchcoo"HidroxiproliriaHidroxilisina

Cuando se sigue una dieta deficiente en vitamina C, las fibrillas de colgeno se debilitan, ya que las enzimas que se encargan de producir hidroxiprolina e hidroxilisina necesitan vitamina C. Al haber menos grupos oh. se establecen menos enlaces de hidrgeno entre las fibrillas de colgeno. Por otro lado, a medida que las personas envejecemos, se producen ms entrecruzamientos entre las fibrillas, lo que va volviendo al colgeno menos elstico. Los huesos, el cartlago y los tendones se vuelven ms quebradizos, y aparecen arrugas en la piel, que pierde su elasticidad.


bstructura terciariaLa estructura terciaria de las protenas se origina por las atracciones y repulsiones que se establecen entre los grupos de las cadenas laterales de los aminocidos. Al producirse interacciones entre diferentes zonas de la cadena polipeptdica, algunos fragmentos de la misma cadena se retuercen y se pliegan, de modo que la protena adquiere una estructura tridimensional caracterstica (fig. 16.5). La estructura terciaria de las protenas se establece, pues, por interacciones entre las cadenas laterales de los aminocidos de una zona determinada de la cadena polipeptdica con las de los aminocidos de otras regiones de la protena. En la tabla 16.3 se recogen las interacciones estabilizantes responsables de la estructura terciaria.1. Las interacciones hidrfobas se establecen entre cadenas laterales no polares. En las protenas, los aminocidos con cadenas laterales no polares tienden a alejarse lo mximo posible del medio externo acuoso, por lo que se forma un centro hidrfobo en el interior de la protena.2. Las interacciones hidrfilas se establecen entre el medio acuoso externo y los aminocidos con cadenas polares o ionizadas. En las protenas globulares, la cadena polar tiende a colocarse en la superficie exterior para formar enlaces de hidrgeno con el agua.3. Los puentes salinos son enlaces inicos entre las cadenas laterales de los aminocidos bsicos y cidos, que tienen cargas positivas y negativas respectivamente. Por ejemplo, cuando la cadena lateral de la lisina se ioniza, adquiere carga positiva, mientras que la cadena lateral del cido asprtico adquiere carga negativa al ionizarse. La atraccin electrosttica entre estas cadenas laterales con carga opuesta forma un enlace inico o puente salino bastante fuerte.4. Los enlaces de hidrgeno se establecen entre el H de un grupo lateral y el O o N de otro aminocido. Por ejemplo, entre los OH de 2 serinas se puede formar un enlace de hidrgeno, al igual que entre el OH de una serina y el NH2 de la cadena lateral de la glutamina.5. Los puentes disulfuro ( S S ) son enlaces covalentes que se forman entre los grupos SH de 2 cisternas de la cadena polipeptdica.

TABLA 16.3 Interacciones responsables de la estructura terciaria

Tipo de interaccinNaturaleza del enlace

Interacciones hidrfobasAtracciones entre grupos no polares

Interacciones hidrfilasAtracciones entre grupos polares o ionizados y el agua

en la superficie de la estructura terciaria

Puentes salinosInteracciones inicas entre aminocidos cidos y

bsicos ionizados

Enlaces de hidrgenoInteracciones entre H y 0 o N

Puentes disulfuroEnlaces covalentes fuertes entre los tomos de azufre

de 2 cisternas

CAPTULO 16AMINOCIDOS, PROTENAS Y ENZIMASCAPTULO 16AMINOCIDOS, PROTENAS Y ENZIMAS

(Chemistry c placeWEB TUTORIAL Tertiary and Quaternary Structure

EJERCICIO RESUELTO M Interacciones en la estructura terciariaQu tipo de atraccin cabe esperar entre las cadenas laterales de los siguientes aminocidos?a.cistena y cistenab.cido glutmico y lisina

SOLUCINa. Como la cistena contiene una cadena lateral con un grupo SH. se puede formar un puente disulfuro.

Interacciones OH OH hidrfiloscon el agua frî CH,

Hlice a16.5 NIVELES ESTRUCTURALES DE LAS PROTENASCAPTULO 16 AMINOCIDOS, PROTENAS Y ENZIMAS

Enlace de hidrgenoo-C=

Interaccin hidrfoba

CH,

ol

CH, CH3- w placeEn la replicaein del ADN. las hebras de la molcula original de ADN se separan, permi-WEB TUTORIALtiendo la sntesis de hebras complementarias. El proceso de replicaein comienza con unaDNA Replicationenzima, llamada helicasa, que cataliza el desenrollamiento de un fragmento del ADN rompiendo los enlaces de hidrgeno entre bases complementarias (fig. 17.8).Una vez formado un par de bases, la ADN polimerasa cataliza la formacin de enlaces fosfodister entre los nucletidos. Al final, se ha copiado completamente la doble hlice del ADN inicial. En cada nueva molcula de ADN, una hebra de la doble hlice procede de la molcula original, y la otra es una hebra de nueva sntesis. Este proceso conduce a 2 nuevas hebras de ADN denominadas ADN hijas, que son idnticas entre s y copias exactas del ADN padre original. En el proceso de la replicacin del ADN, el emparejamiento de bases complementarias asegura la disposicin correcta de las bases en las nuevas hebras de ADN.

CAPITULO 17 CIDOS NUCLEICOS Y SNTESIS DE PROTENAS

Huella dactilar del ADNEn el proceso conocido como huella dactilar del ADN, se emplean enzimas para romper el ADN en fragmentos ms pequeos. Los fragmentos de ADN as obtenidos se separan por tamaos y se meten en un gel. Este gel se trata con un istopo radiactivo que se adhiere a secuencias especficas de bases en los fragmentos. Se coloca encima del gel una pelcula de rayos X, exponie'ndola a la radiacin, y el dibujo de bandas claras y oscuras que aparece en la pelcula se conoce como huella dactilar del ADN. Se ha calculado que la posibilidad de que 2 personas que no sean gemelos idnticos tengan la misma huella dactilar del ADN es inferior a una en un billn.La huella dactilar del ADN se usa, por ejemplo, en las ciencias forenses, donde se emplea el ADN de muestras de sangre, cabellos o semen para relacionar a un sospechoso con un crimen. Recientemente, se ha empleado para conseguir la libertad de personas que haban sido condenadas injustamente. Otras aplicaciones de la huella dactilar del ADN son la determinacin de los padres biolgicos de un nio, el establecimiento de la identidad de una persona fallecida o la bsqueda del receptor adecuado para un rgano que ha sido donado.

PROYECTO GENOMA HUMANOEn los aos setenta, los cientficos comenzaron la confeccin de un mapa que indicara la posicin de los genes en el ADN del genoma, que contiene la informacin hereditaria de un organismo. En 1987 se determin el genoma de E. coli. Ms recientemente, estas tcnicas, en com-

binacin con nuevos programas de ordenador, han permitido compilar el mapa del genoma humano, que contiene unos 30 000 genes. Parece ser que la mayor parte del genoma no es funcional y que quiz se transmita de generacin en generacin durante millones de aos. Grandes bloques de genes se copian de un cromosoma humano a otro, aunque ya no codifiquen protenas necesarias. As, las partes de los genes que codifican parecen constituir nicamente el 1 % del genoma total. Los resultados del proyecto genoma pueden ayudar a identificar genes defectuosos que conducen a enfermedades genticas. Hoy en da la huella dactilar del ADN se emplea para buscar los genes responsables de enfermedades genticas como la anemia depranoctica, la fibro-sis qustica, el cncer de mama, el cncer de colon, la enfermedad de Huntington y la enfermedad de Lou Gehrig.

CAPTULO 17 CIDOS NUCLEICOS Y SNTESIS DE PROTENAS

EJERCICIO RESUELTOReplicacin del ADNEn una hebra original de ADN existe la secuencia de bases AGT. Qu nucleti-dos se colocarn al ir creciendo una hebra de ADN hija complementaria de esta secuencia?

SOLUCINSolo hay un posible nucletido que se empareje con cada una de las bases de la secuencia original. La timina se empareja nicamente con la adenina, la citosina con la guanina y la adenina con la timina, para dar la secuencia de bases complementaria TCA.

AHORA TU!Cul es la seccin de ADN complementaria para la secuencia de bases GCAATC?EJERCICIOS Y PROBLEMAS

La doble hlice del ADN17.15 Cmo se mantienen juntas las 2 hebras de cidos nucleicos en el ADN?17.16 Qu quiere decir el emparejamiento de bases complementarias?17.17 Escribe la secuencia de bases en un segmento complementario de ADN si el original tiene la siguiente secuencia de bases: a.AAAAAAb. GG G GGG c. A G T C C A G G t .CTGTATACGTTA17.18 Escribe la secuencia de bases en un segmento complementario de ADN si el original tiene la siguiente secuencia de bases: a. TTT T T T b.CCCCCC C C C c. ATGGCAd.ATATGCGCTAAA

EL OBJETIVO ES...

17.4 EL ARN Y EL CDIGO GENTICO



identificar los diferentes tipos de ARN y describir la sntesis de mARN.

El cido ribonucleico, ARN, que constituye la mayor parte del cido nucleico que se encuentra en las clulas, est involucrado en la transmisin de la informacin gentica necesaria para el funcionamiento celular. Las molculas del ARN son similares a las del ADN, polmeros de nucletidos sin ramificar. Sin embargo, hay varias diferencias importantes.1. El azcar del ARN es ribosa, en lugar de la desoxirribosa que se encuentra en el ADN.2. La base uracilo reemplaza a la timina.3. Las molculas de ARN son sencillas, no tienen 2 hebras.4. Las molculas de ARN son mucho ms pequeas que las molculas de ADN.5.

Tipos de ARNEn las clulas existen 3 tipos principales de ARN: ARN mensajero, ARN ribosmico y ARN transferente. El ARN ribosmico (rARN) el tipo de ARN ms abundante est combinado con protenas en los ribosomas. Los ribosomas, que son los lugares en los que se sintetizan las protenas, estn formados por 2 subunidades, una mayor y otra menor (fig. 17.9). Las clulas que sintetizan grandes cantidades de protenas tienen miles de ribosomas.El ARN mensajero (mARN) lleva la informacin gentica desde el ADN en el ncleo a los ribosomas del citoplasma para la sntesis de protenas. Cada gen, un segmento de ADN, forma una molcula separada de mARN cuando es necesaria una determinada protena en la clula, pero a continuacin el mARN se rompe rpidamente. El tamao del mARN depende del nmero de nucletidos de ese gen en particular.El ARN transferente (tARIN), la ms pequea de las molculas de ARN, interpreta la informacin gentica del mARN y lleva los aminocidos especficos al ribosoma para la sntesis de protenas. Solamente el tARN es capaz de traducir la informacin gentica en aminocidos para la sntesis de protenas. Hay uno o ms tARN diferentes para cada uno de los 20 aminocidos. Las estructuras de los tARN son similares, y consisten en 70-90 nucletidos. Los enlaces de hidrgeno entre algunas de las bases complementarias en la cadena forman bucles que proporcionan algunas zonas con doble hebra.Aunque la estructura del tARN es compleja, para ilustrar sus caractersticas se dibuja como una hoja de trbol. Todas las molculas de tARN tienen un extremo 3' con la secuencia de nucletidos ACC, que se conoce como tallo aceptor. Una enzima une un aminocido por formacin de un enlace tipo ster con el OH libre al extremo del tallo aceptor. Cada tARN tiene un anticodn, que es una serie de 3 bases que complementan las 3 bases de un mARN (fig. 17.10). En la tabla 17.2 se resumen los 3 tipos de ARN.

Subunidad menorSubunidad mayorRibosomaFIGURA 17.9 Un ribosoma tpico est formado por una subunidad menor y una subunidad mayor.P Por qu deben existir miles de ribosomas en una clula?


Forma un enlace tipo e'ster con un aminocidoTallo aceptorBasescomplementarias que forman una zona de doble hebraFIGURA 17.10 Una molcula tpica de tARN tiene un tallo aceptor en el extremo 3' del cido nucleico, donde se une el aminocido, y un bucle anticodn que complementa 3 bases del mARN.P Por qu los diferentes tARN tienen bases diferentes en el bucle anticodn?


TABLA 17.2 Tiposde molculasde ARN

TipoSiglaPorcentaje del ARN totalFuncin en la clula

ARN ribosmicorARN75Componente mayoritario de los ribosomas

ARN mensajeromARN5-10Lleva la informacin para la sntesis de protenas desde el ADN del ncleo a los ribosomas

ARN transferentetARN10-15Lleva los aminocidos a los ribosomas para la sntesis de protenas

EJERCICIO RESUELTO Tipos de ARNCul es la funcin del mARN en la clula?

SOLUCINEl mARN lleva las instrucciones para la sntesis de una protena desde el ADN del ncleo hasta los ribosomas.

AHORA TU!Cul es la funcin del tARN en una clula?


ReplicationTraduccinTranscripcinAminocidosFIGURA 17.11 La informacin gentica del ADN se replica en la divisin celular y se emplea para formar ARN mensajeros que codifican los aminocidos necesarios para la sntesis de protenas. P Cul es la diferencia entre transcripcin y traduccin?

El ARN y la sntesis de protenasVeamos ahora el conjunto del proceso involucrado en la transferencia de informacin gentica codificada en el ADN para la fabricacin de protenas. En el ncleo, la informacin gentica para la sntesis de una protena se copia de un gen del ADN para formar un ARN mensajero (mARN), en un proceso llamado transcripcin. Las molculas de mARN salen del ncleo y pasan al citoplasma, donde se combinan con los ribosomas. A continuacin, en un proceso llamado traduccin, las molculas de tARN convierten la informacin del mARN en aminocidos, que se colocan en la secuencia adecuada para sintetizar la protena (fig. 17.11).


ADN

Transcripcin

mARN

Traduccin

protena



. the .place^(yhemistryb fe "WEB TUTORIAL Transcription Overview of Protein Synthesis

Transcripcin: sntesis de mARNLa transcripcin comienza cuando la seccin del ADN que contiene el gen que se va a copiar se desenrolla. Dentro del ADN desenrollado, una enzima ARN polimerasa emplea una de las hebras como plantilla para sintetizar un mARN. Al igual que en la sntesis del ADN, C se empareja con G, y T se emparejara con A, pero en el ARN es U (y no T) el que se empareja con A. La ARN polimerasa se mueve a lo largo de la hebra plantilla del ADN, formando enlaces entre las bases. Cuando la ARN polimerasa alcanza el punto de terminacin, finaliza la transcripcin y se libera el nuevo mARN. La seccin desenrollada del ADN vuelve a su estructura de doble hlice (fig. 17.12).

ARN polimerasa

Seccin de bases en la plantilla del ADN: TranscripcinSecuencia de bases complementarias en mARN:

-GAACT--CUUGA-




.605

Lusar de terminacinHebrano plantilla

Hebra plantillaSntesis de mARNARN polimerasaFIGURA 17.12 El ADN experimenta transcripcin cuando la ARN polimerasa hace una copia complementaria de un gen utilizando nicamente una de las hebras del ADN como plantilla. P Por qu se sintetiza el mARN solo en una hebra del ADN?

EJERCICIO RESUELTO BEBS Sntesis de ARNLa secuencia de bases en una zona de la plantilla del ADN para un mARN es C GATC A. Cul es el mARN correspondiente que se forma?

SOLUCINPara formar el mARN, las bases de la plantilla del ADN se emparejan con sus bases complementarias, G con C; C con G; T con A, y A con U.Fragmento de la plantilla de ADN: CGATCA Bases complementarias en mARN: G C UAGU AHORA T!Cul es la plantilla del ADN que codifica un segmento de mARN que tiene la secuencia GGGUUUAAA?

El cdigo genticoEl cdigo gentico consiste en una serie de 3 nucletidos (triplete) en el mARN, denominados codones, que especifican los aminocidos y su secuencia en la protena. Los primeros trabajos sobre la sntesis de protenas mostraron que los tripletes de uracilo (UUU) repetidos formaban un polipptido que contena nicamente fenilalanina. Por tanto, una secuencia de UUUUUU UUU codifica 3 fenilalaninas.Codones en mARN UUUUUUUUUTraduccinIIISecuencia de aminocidos Phe Phe Phe

Se han determinado los codones para los 20 aminocidos. Son posibles un total de 64 codones para combinaciones tripletes de A, G, C y U. Tres de ellos UGA, UAA y UAG son seales de parada que codifican la terminacin de la sntesis de la protena. Todos los otros codones de 3 bases que se muestran en la tabla 17.3 especifican aminocidos. As, un aminocido puede tener varios codones. Por ejemplo, la glicina tiene 4 codones: GGU, GGC, GGA y GGG. El triplete AUG tiene 2 papeles en la sntesis de protenas: al principio de un mARN, seala el comienzo de la sntesis de la protena y en medio de una serie de codones, el codn AUG especifica el aminocido metionina.


TABLA 17.3 Codones de mARN: el cdigo gentico para los aminocidosSegunda letra


Primera letra

Tercera letra

SerProThrAla

G

uuu uucPheucu ucc

UUA UUGLeuUCA UCG

cuuccu

cucCUALeucccCCA

CUGCCG

AUUACU

AUClieACC

AUAAC

'AUG Met/comien/oACG

GUUGCU

GUCValGCC

GUA

GCA

GUGGCG

UAUUGUU

TyrCys

UAC

UGC

c

UAAPARADAUIA AR \DAA

UAG PARADAUGGTrpG

CAUCGUU

His

CACCGCC

Arg

CACGAA

Gln

CAGCGGG

AAUAGUU

AsnSer

AACAGCc

AAAAGAA

LysArg

AAG

AGG

G

GAUGGUU

Asp

GAC

GGCGlyc

GAAGGA

A

GAGGluGGGG

aCodn que sealiza el comienzo de una cadena peptdica. Los codones de PARADA sealizan el final de una cadena peptdica.

EJERCICIO RESUELTOS CodonesCul es la secuencia de aminocidos codificada por los siguientes codones del mARN? GUCAGCCCA

SOLUCINDe acuerdo con la tabla 17.3, GUC es el cdigo para valina, AGC para serina y CCA para prolina. La secuencia de aminocidos es Val-Ser-Pro.

AHORA T!El codn UGA no codifica ningn aminocido. Cul es su funcin en el mARN?

ARN y el cdigo gentico17.19 Cules son los 3 tipos diferentes de ARN?17.20 Cules son las funciones de cada tipo de ARN?17.21 Cul es el significado del trmino transcripcin?17.22 Qu bases del mARN se emplean para complementar las bases A. T. G y C del ADN?17.23 Escribe el segmento de mARN que se forma a partir de la siguiente seccin de la plantilla del ADN:CCGAAGGTTGAC-17.24Escribe el segmento de mARN que se forma a partir de lasiguiente seccin de la plantilla del ADN:TACGGCAAGCTA-17.25 Qu es un codn?17.26 Qu es el cdigo gentico?17.27 Qu aminocido est codificado en cada uno de los siguientes codones?a. CUUb. UCAc. GGUd. AGG17.28Qu aminocido est codificado en cada uno de los siguientescodones?a. AAAb. GUCc. CGGd. GCA17.29 Cundo sealiza el codn AUG el comienzo de una protena y cundo codifica el aminocido metionina?17.30 Los codones UGA, UAA y UAG no codifican aminocidos. Cul es su funcin como codones en el mARN?17.31 17.5 SNTESIS DE PROTENASUna vez sintetizado el mARN. sale del ncleo y pasa al citoplasma y a los ribosomas. En el proceso de traduccin, las molculas de t.ARN, los aminocidos y las enzimas traducen los codones del mARN para fabricar una protena.

EL OBJETIVO ES...describir el proceso de la sntesis de protenas a partir del mARN.17.5 SNTESIS DE PROTENAScaptulo 17 cidos nucleicos y sntesis de protenas

Activacin del tARNCada molcula de tARN contiene un bucle denominado un anticodn, que es un triplete de bases que complementa un codn del mARN (fig. 17.13). Un tARN es activado para la sntesis de protenas por una enzima llamada tARN sintetasa. La sintetasa utiliza el anticodn para unir el aminocido correcto al tallo aceptor del tARN. Cada sintetasa comprueba la unin de un aminocido a un tARN e hidroliza cualquier combinacin incorrecta.

thec (Chemistry fe ^ placeWEB TUTORIAL Translation

Iniciacin Ge la sntesis oe protenasLa sntesis de protenas comienza cuando un mARN se combina con un ribosoma. El primer codn en un mARN es un codn de comienzo, AUG. Por tanto, un tARN con un anticodn de UAC y el aminocido metionina forman enlaces de hidrgeno con el codn AUG. El tARN que lleva el segundo aminocido se enlaza al segundo codn del mARN. Con 2 aminocidos situados muy cerca, se forma un enlace peptdico (fig. 17.14). A continuacin, el primer tARN se separa del ribosoma y el ribosoma se desplaza hasta el siguiente codn disponible en el mARN, un proceso denominado translocacin. A medida que se mueve el ribosoma a lo largo del mARN, un enlace peptdico une cada nuevo aminocido a la cadena polipeptdica en crecimiento. A veces varios ribosomas denominados un polisoma traducen la misma hebra de mARN al mismo tiempo, para formar varias copias de la cadena peptdica a la vez.

Citoplasma (lugar de la traduccin)Ncleo (lugar de la transcripcin)

AD.N17.5 SNTESIS DE PROTENAScaptulo 17 cidos nucleicos y sntesis de protenas

17.5 SNTESIS DE PROTENAScaptulo 17 cidos nucleicos y sntesis de protenas

El mARN deja el ncleo, se une al ribosoma, y comienza la traduccinEl aminocido correcto se une a cada tARNMembrana nuclearCadena polipeptdica en crecimientoRibosomaDireccin de avance del ribosoma El tARN vuelve al citoplasma con todos los dems tARN libres, listo para volver a cargar un nuevo aminocidoPorcin de mARN recin traducido

A

f ' ' ,V, Se hace el mARN./ - -''en la plantillaMientras el ribosoma se mueve a lo largo del mARN, un nuevo aminocido forma un enlace pep'dico con la cadena de protena en formacin

Enlace peptdicodel ADNA Gr, a u u yMGlcIÛJJ?A^qr.,u, c ,cCodn

oo

Aminocidos

El tARN que llega se une por enlaces de hidrgeno a la secuencia complementaria de mARN (codn)

FIGURA 17.14 En el proceso de la traduccin, el mARN sintetizado por transcripcin se une al ribosoma, y los tARN cogen sus aminocidos y los colocan en su lugar en la cadena peptdica en crecimiento. P Cmo se coloca en la cadena peptdica el aminocido correcto?17.5 SNTESIS DE PROTENAScaptulo 17 cidos nucleicos y sntesis de protenas

i erminaciort17.9Finalmente, el ribosoma encuentra un codn de parada, y la sntesis de la protena termina. La cadena polipeptdica se libera del cromosoma. A menudo el aminocido inicial metioni-na se elimina del inicio de la cadena polipeptdica. A continuacin las cadenas laterales de los aminocidos en el polipptido forman entrecruzamientos que proporcionan la estructura terciaria de una protena biolgicamente activa.

EJERCICIO RESUELTOSntesis de protenas: traduccinQu orden de aminocidos cabra esperar en un pptido para una secuencia del mARN de UCAAAAGCCCUU?

SOLUCINCada uno de los codones especifica un aminocido en particular. Usando la tabla 17.3, puede escribirse un pptido con la siguiente secuencia de aminocidos:Codones del mARN: UCAAAAGCC CUUlili Secuencia de aminocidos: Ser Lys AlaLeu

AHORA T!Dnde se detendra la sntesis de protenas en las siguientes series de bases en un mARN?GGGAGCAGUU AG GUU

Antibiticos que inhiben la sntesis de protenasMuchos antibiticos detienen las infecciones bacterianas interfiriendo en la sntesis de las protenas que necesita la bacteria. Algunos antibiticos actan nicamente en las clulas bacterianas, pero no en las del hombre. En la tabla 17.4 se recoge una descripcin de algunos de estos antibiticos.TABLA 17.4 Antibiticos que inhiben la sntesis de protenas en las clulas bacterianasEfecto en los ribosomas para inhibir la sntesis Antibitico de protenasCloranfenicolInhibe la formacin del enlace peptdico y evita la unin del tARNEritromicinaInhibe el crecimiento de la cadena peptdica, evitando la translocacin del ribosoma a lo largo del mARNPuromicinaOcasiona la salida de una protena completa, finalizando antes de tiempo el crecimiento del polipptidoEstreptomicinaEvita la unin adecuada de los tARNTetraciclinaEvita el enlace de los tARN17.5 SNTESIS DE PROTENAScaptulo 17 cidos nucleicos y sntesis de protenas


Sntesis de protenas: traduccin17.31 Cul es la diferencia entre un codn y un anticodn?17.32 Por qu hay al menos 20 tARN diferentes?17.33 Qu secuencia de aminocidos se esperara a partir de los siguientes segmentos de mARN?a. AAA AAA AAA b. UUU CCC UUU CCC c. UAC GGG AGA UGU 17.34Qu secuencia de aminocidos se esperara a partir de lossiguientes segmentos de mARN?a. AAA CCCUUG GCC b.CCUCGAAGCCCAUGAc. AUGCACAAAGAAGUACUU17.35 Cmo crece la cadena peptdica?17.36 Qu se entiende por translocacin?17.37 El siguiente fragmento de ADN se encuentra en la hebra patrn del ADN: GCT TTTCA AAA a.Cul es la correspondiente seccin de mARN?b.Cules son los anticodones de los tARN?c.Qu aminocidos se colocarn en la cadena peptdica?17.38El siguiente fragmento de ADN se encuentra en la hebrapatrn del ADN:TGTGGG GTTATTa.Cul es la correspondiente seccin de mARN?b.(,Cules son los anticodones de los tARN?c.Qu aminocidos se colocarn en la cadena peptdica?

EL OBJETIVO ES...17.6 MUTACIONES GENTICASdescribir varias formas de alterarUna mutacin es un cambio en la secuencia de nucletidos del ADN que altera la secuenciael ADN y causar mutaciones.de aminocidos, lo que puede alterar la estructura y funcin de una protena en una clula.Las mutaciones pueden ser consecuencia de rayos X. sobreexposicin al sol (luz ultravioleta, o UV). productos qumicos conocidos como mutgenos y posiblemente algunos virus. Si ocurre el cambio en el ADN de una clula somtica (una clula distinta de las reproductoras) el ADN alterado puede estar limitado a dicha clula y sus clulas hijas. Si hay un crecimiento incontrolado, la mutacin puede conducir al cncer. Si la mutacin ocurre en el ADN de una clula germinal (vulo o espermatozoide), entonces todo el ADN producido en un nuevo individuo puede contener el mismo cambio gentico. Si una mutacin altera la formacin de protenas estructurales importantes o enzimas, las nuevas clulas pueden no sobrevivir o la persona puede sufrir una enfermedad gentica.

Tipos de mutacionesConsideremos un triplete de bases CCG en la hebra codificadora del ADN, que forma el codn GGC en el mARN. En el ribosoma, el tARN colocara el aminocido glicina en la cadena peptdica (fg. 17.15a). Ahora supongamos que una T reemplaza la primera C en el triplete del ADN, lo que transforma el triplete en TCG. El codn que se formara en el mARN sera AGC, lo que colocara el aminocido serina en la cadena peptdica. La sustitucin de una base por otra en la hebra codificadora del ADN se llama una mutacin de sustitucin. El cambio en el codn puede conducir a la insercin de un aminocido diferente en ese punto del polipptido. La sustitucin es la forma ms habitual en la que ocurren las mutaciones (fig. 17.15b).En una mutacin de desplazamiento estructural, se aade o se elimina una base del orden normal de bases en la hebra codificadora del ADN. Supongamos que se elimina una A del triplete AAA, dando un nuevo triplete AAC. El siguiente triplete se transforma en CGA en vez del CCG original, y as sucesivamente. Todos los tripletes se mueven una base, lo que cambia todos los codones que le siguen y conduce a una secuencia de aminocidos diferente a partir de ese punto. La figura 17.15c ilustra una mutacin por desplazamiento estructural por eliminacin.

Efectos de las mutacionesCuando una mutacin origina un cambio en la secuencia de aminocidos, la estructura de la protena resultante puede alterarse gravemente, perdiendo su actividad biolgica. Si la protena es una enzima, puede no unirse a su sustrato, o bien no reaccionar con el sustrato en el sitio activo. Cuando una enzima alterada no puede catalizar una reaccin, pueden acumularse ciertas sustancias hasta que actan como venenos en la clula o pueden no sintetizarse sustancias imprescindibles para la supervivencia. Si hay una enzima defectuosa en una ruta metablica principal o en la construccin de una membrana celular, la mutacin puede ser letal. Cuando la deficiencia de una protena es hereditaria la condicin se denomina enfermedad gentica.protena enfermedad gentica (clulas defectuosa germinales) o cncer (clulas somticas)rayos x. luz solar uv. mutgenos. virusADN * alteracindel ADN

S MutacionesUn mARN tiene la secuencia de codones CCC AGA GCC. Si la sustitucin de una base en el ADN cambia el codn del mARN AGA por GGA. cmo se ve afectada la secuencia de aminocidos en la protena resultante?capitulo 17 cidos nucleicos y sntesis de protenascapitulo 17 cidos nucleicos y sntesis de protenas

17.6 MUTACIONES GENTICAS

(a) ADN normal y sntesis de protenasadn (hebra codificadora) |_TACTTCAAACCGATT

Transcripcin

-a i; g a a g u i; i; g g c i a amRNA i

FIGURA 17.15 Una alteracin en la hebra codificadora del ADN (plantilla) origina un cambio en la secuencia de aminocidos en la protena, que puede llevar a una mutacin, (a) Un ADN normal conduce al orden normal de aminocidos en una protena, (b) La sustitucin de una base en el ADN conduce a un cambio en el codn del mARN y a un cambio en el aminocido, (c) La eliminacin de una base genera una mutacin por desplazamiento estructural, que cambia el orden subsiguiente de aminocidos. P Cundo puede una mutacin por sustitucin hacer que se pare la sntesis de protenas?

Translacin

Secuencia de aminocidos Met Lys Phe Gly Parada

(b) Sustitucin de una baseADN (hebra codificadora)""I1TAC TT cAAAT CATTAUG AA GUUUA GCUAASustitucin de C por TmRNA [Cambio en la secuenciade amtnocidos[ Met H L>'s H Phe(c) Mutacin por desplazamiento estructural por eliminacin de una base

Parada

ADN (hebra codificadora)T A C T T C A A C C ,G A T T

A U G_ A A G U U G_ _C U A AmRNA I

Cambio en la secuencia/de aminocidos; Met H Lys ~ Leu H Ala

| SOLUCINLa secuencia inicial del mARN de CCC AGA GCC codifica para los aminocidos prolina, arginina y alanina. Cuando ocurre la mutacin, la nueva secuencia de los codones del mARN es CCC GGA GCC, que corresponde a prolina, glicina y alanina. El aminocido arginina ha sido sustituido por glicina.

AHORA T!Cmo puede verse afectada por esta mutacin la protena sintetizada a partir de este mARN?

Un modelode la replicaciny mutacin del ADN1.Recorta 16 piezas rectangulares depapel. Usando 8 piezas para la hebra 1,escribe los siguientes smbolos denucletidos 2 veces: A=, T=, G^ye-.2. Usando las otras 8 piezas rectangulares para la hebra 2, escribe cada uno de los siguientes smbolos de nucletidos 2 veces: = A, =T, s= G y = C.3. Coloca las piezas de la hebra 1 en un orden aleatorio.4. Completa el segmento de ADN de la parte 3, seleccionando las bases complementarias correctas de la hebra 2.5. Empleando los nucletidos de las partes 1 y 2. haz un fragmento de ADN con una hebra 1 deaTTGCC6.En el original, cambia la G por una A.Cmo cambia la hebra complementa-ria este hecho? Si la hebra original 1 esla plantilla, cmo cambiara esto loscodones del mARN y llevara a unamutacin?

Enfermedades genticasUna enfermedad gentica es el resultado de una enzima defectuosa ocasionada por una mutacin en su cdigo gentico. Por ejemplo, la fenilcetonuria, PKU, es el resultado de la incapacidad del ADN para dirigir la sntesis de la enzima fenilalanina hidroxilasa, necesaria para la transformacin de la fenilalanina en tirosina. En el intento de romper la fenilalanina. otras enzimas de la clula la transforman en fenilpiruvato. La acumulacin de fenilalanina y fenilpiruvato en la sangre puede ocasionar graves daos en el cerebro y retraso mental. Si se detecta PKU en un recin nacido, se le prescribe una dieta que elimina todas los alimentos que contienen fenilalanina. Evitar la formacin de fenilpiruvato asegura un crecimiento y desarrollo normales.El aminocido tirosina es necesario para la formacin de melanina, el pigmento que da color a nuestro pelo y a nuestra piel. Si la enzima que convierte la tirosina en melanina es defectuosa, no se forma melanina y resulta una enfermedad gentica conocida como albinismo. Las personas y animales que no tienen melanina no tienen pigmento en la piel o pelo. En la tabla 17.5 se recogen algunas otras enfermedades genticas comunes y el tipo de metabolismo o rea afectados.captulo 17 cidos nucleicos y sntesis de protenascaptulo 17 cidos nucleicos y sntesis de protenas

NH3+CH2CH COO"fenilalaninaOCH2C COO"fenilpiruvato fenilcetonuria pku)captulo 17 cidos nucleicos y sntesis de protenascaptulo 17 cidos nucleicos y sntesis de protenas

fenilalanina hidroxilasacaptulo 17 cidos nucleicos y sntesis de protenascaptulo 17 cidos nucleicos y sntesis de protenas

HO

NH3+ CH2CH COO~tirosina

~X* melanina (pigmentos)* albinismocaptulo 17 cidos nucleicos y sntesis de protenascaptulo 17 cidos nucleicos y sntesis de protenas

TABLA 17.5 Algunas enfermedades genticascaptulo 17 cidos nucleicos y sntesis de protenascaptulo 17 cidos nucleicos y sntesis de protenas

Enfermedad gentica

Resultadocaptulo 17 cidos nucleicos y sntesis de protenascaptulo 17 cidos nucleicos y sntesis de protenas

Galactosemia Fibrosis qustica Sndrome de DownHipercolesterolemia familiarDistrofia muscular: DuchenneEnfermedad de HuntingtonAnemia depranocticaHemofiliaEnfermedad de Tay-Sachs

Falta la enzima transferasa, necesaria para el metabolismo de la galactosa-1-fosfato. La acumulacin de Gal-l-P produce cataratas y retraso mental.La enfermedad hereditaria ms comn. Las secreciones mucosas dificultan la respiracin y bloquean la funcin pancretica.La causa principal de retraso mental, se da en 1 de cada 800 nacidos vivos. Los problemas fsicos y mentales incluyen defectos oculares y del corazn y son el resultado de la formacin de 3 cromosomas, generalmente el nmero 21, en lugar de un par de cromosomas.Una mutacin de un gen en el cromosoma 19 da como resultado un elevado nivel de colesterol, que lleva de forma prematura a enfermedades coronarias del corazn en personas de 30-40 aos de edad.Una de las 10 formas de distrofia muscular. Una mutacin en el cromosoma X produce la formacin baja o anormal de distrofina. Esta enfermedad destructora de los msculos aparece hacia los 5 aos, con muerte hacia los 20 aos, y se da en 1 de cada 10 000 hombres.Aparece en edades medianas, afecta al sistema nervioso y provoca una discapacidad muscular total. Es el resultado de una mutacin en un gen de! cromosoma 4. del que ahora ya puede hacerse el mapa para estudiar a los individuos de familias con esta enfermedad.La hemoglobina defectuosa por una mutacin en un gen del cromosoma 11 disminuye la capacidad transportadora de oxgeno de los glbulos rojos, que toman forma de hoz. ocasionando anemia y capilares taponados por agregacin de glbulos rojos.Uno o ms factores defectuosos en la coagulacin de la sangre conducen a una pobre coagulacin, sangrado excesivo y hemorragias internas.La hexosaminidasa A est en defecto, ocasionando una acumulacin de ganglisidos, lo que genera retraso mental, prdida del control motor y muerte temprana.captulo 17 cidos nucleicos y sntesis de protenascaptulo 17 cidos nucleicos y sntesis de protenas

Mutaciones genticas17.39 Qu es una mutacin por sustitucin?17.40 Cmo afecta una mutacin por sustitucin en el cdigo gentico para una enzima el orden de aminocidos en esa protena?17.41 0Cul es el efecto de una mutacin por desplazamiento estructural en la secuencia de aminocidos en un polipptido'.'17.42 Cmo puede disminuir una mutacin la actividad de una protena?17.43 Cmo se ve afectada la sntesis de una protena si la secuencia de bases normal TTT en la plantilla del ADN se cambia por TTC?17.44 Cmo se ve afectada la sntesis de una protena si la secuencia de bases normal CCC en la plantilla del ADN se cambia por ACC?7.45 Observa el siguiente fragmento de mARN producido por el orden normal de nucletidos del ADN: ACUCACGGGUAa.Cul es el orden de aminocidos que se forma en el casodel ADN normal?b.Cul es el orden de aminocidos que se forma si unamutacin transforma UCA en AC?c.Cul es el orden de aminocidos que se forma si unamutacin transforma CGG en GGG?d.Qu ocurre en la sntesis de la protena si una mutacincambia UCA por UAA?e.Qu ocurre si se aade G al principio de la cadena?f.Qu ocurre si se elimina A del principio de la cadena?17.46Observa el siguiente fragmento de mARN producido por elorden normal de nucletidos del ADN:CUU A A AC G A GUU a.Cul es el orden de aminocidos que se forma en el casodel ADN normal?b.Cul es el orden de aminocidos que se forma si unamutacin transforma CUU en CCU?c.(.Cul es el orden de aminocidos que se forma si unamutacin transforma CGA en AGA?d.Qu ocurre en la sntesis de la protena si una mutacincambia AAA por UAA?17.47a. La sustitucin de una base cambia el codn para una enzimade GCC a GCA. Por qu no hay cambios en el orden de aminocidos de la protena? b. En la anemia depranoctica, la sustitucin de una base en la hemoglobina reemplaza el cido glutmico (un aminocido polar) con valina. Por qu la sustitucin de un aminocido causa un cambio tan drstico en la funcin biolgica?17.48a. La sustitucin de una base para una enzima reemplaza laleucina (un aminocido apolar) con alanina. Por qu este cambio de aminocidos tiene poco efecto sobre la actividad biolgica de la enzima? b. La sustitucin de una base cambia la citosina en el-codn UCA por adenina. Cmo puede afectar esta sustitucin a los aminocidos de la protena?17.7 VIRUSCAPTULO 17 CIDOS NUCLEICOS Y SNTESIS DE PROTENAS

ResfriadoCoronavirus (mscomnde lOOtipos)GripeOrtomixovirusVerrugasPapovavirusHerpesVirus del herpesLeucemia,Retroviruscnceres.SIDAHepatitisVirus de la hepatitis A(HAV). vims de lahepatitis B (HBV).virus de la hepatitis C.(HCV)PaperasParamixovirusEpstein-BarrVirus de Epstcin-Barr(EBV)Enfermedad Virus7.7 virusjds virus son pequeas partculas de 3-200 genes que no pueden replicarse sin una clula mfitriona. Un virus tpico contiene cido nucleico, ADN o ARN pero no ambos dentro le una cubierta protenica. Carece del material necesario, como nucletidos y enzimas, para abricar protenas y crecer. La nica forma de que un virus pueda replicarse es invadiendo una pula anfitriona y haciendo uso de los materiales necesarios para la sntesis de protenas y el recimiento. En la tabla 17.6 se recogen algunas infecciones causadas por virus que invaden s clulas del hombre. Tambin existen virus que atacan a bacterias, plantas y animales.Una infeccin vjral comienza cuando una enzima de la cubierta protenica del virus hace i agujero en la clula anfitriona, permitiendo que los cidos nucleicos entren y se mezclen n los materiales de la clula anfitriona (fig. 17.16). Si el virus contiene ADN, la clula fitriona comienza a replicar el ADN viral de la misma manera que replicara el ADN rmal. El ADN viral forma ARN viral, que procede a fabricar las protenas para ms cubier-. Se sintetizan tal cantidad de partculas virales que la clula explota y libera nuevos virus, ! infectan ms clulas.Las vacunas son formas inactivas de los virus que estimulan la respuesta inmune, propi-do que el cuerpo produzca anticuerpos para el virus. Varias enfermedades infantiles orno la polio, las paperas, la varicela y el sarampin pueden prevenirse gracias al uso acunas.

inscripcin inversairus que contiene ARN como su material gentico es un retrovirus. Una vez dentro de la i anfitriona, lo primero que hace un retrovirus es fabricar ADN viral a travs de un proceso rido como transcripcin inversa. Un retrovirus contiene una enzima polimerasa, llamada '.riptasa inversa, que emplea el ARN viral como plantilla para sintetizar hebras comple-

EL OBJETIVO ES...describir los mtodos por los que un virus infecta una clula.

TABLA 17.6 Algunas enfermedades causadas por infeccin viral

Las enzimas celulares fabrican protenas virales y ADN viral, que se acoplan formando virus17.7 VIRUSCAPTULO 17 CIDOS NUCLEICOS Y SNTESIS DE PROTENAS

FIGURA 17.16 Despus del ataque del virus a la clula anfitriona, este inyecta su ADN viral y hace uso de los aminocidos de la clula anfitriona para sintetizar la protena viral. Emplea los cidos nucleicos, las enzimas y los ribosomas de la clula anfitriona para fabricar ARN viral. Cuando la clula explota, se liberan los nuevos virus para infectar otras clulas. P Por qu necesita un virus una clula anfitriona para replicarse?mentaras de ADN. Una vez producidas, las hebras del ADN forman ADN de doble hebra utilizando los nucletidos presentes en la clula anfitriona. Este ADN viral formado, denominado provirus, se une al ADN de la clula anfitriona. Una proteasa forma la cubierta protenica para formar una partcula viral que abandona la clula para infectar otras clulas (fig. 17.17).17.7 VIRUSCAPTULO 17 CIDOS NUCLEICOS Y SNTESIS DE PROTENAS

FIGURA 17.17 Despus de que un retrovirus Inyecte su ARN viral en una clula, forma una hebra de ADN por transcripcin inversa. El ADN forma un ADN de doble hebra denominado provirus, que se une al ADN de la clula anfitriona. Cuando la clula se replica, el provirus produce el ARN viral necesario para formar ms partculas de virus. P Qu es la transcripcin inversa?17.7 VIRUSCAPTULO 17 CIDOS NUCLEICOS Y SNTESIS DE PROTENAS

arntransen ptasa inversacentro*J Membrana lipidica Recubrimiento de protenaA principios de los aos ochenta, una enfermedad denominada SIDA (sndrome de inmuno-deficiencia adquirida) comenz a cobrarse un nmero alarmante de vidas. Ahora se sabe que el virus VIH-1 (virus de inmunodeficiencia humana tipo 1) es el agente causante del SIDA (fig. 17.18). El VIH es un retrovirus que infecta y destruye las clulas de los linfocitos T4. que se encuentran involucrados en la respuesta inmunolgica. Una vez que el virus V1H-1 se une a los receptores en la superficie de la clula T4. el virus inyecta ARN viral en la clula anfitriona. Al ser un retrovirus. los genes del ARN viral dirigen la formacin de ADN viral. La reduccin gradual de las clulas T4 reduce la capacidad del sistema inmunolgico para destruir organismos dainos. El sndrome del SIDA se caracteriza por las infecciones oportunistas, como la de Pneumocystis carin, que causa la neumona, y el sarcoma de Kaposi, un cncer de piel.El tratamiento para el SIDA se basa en el ataque al VIH-1 en diferentes puntos de su ciclo de vida, incluyendo la transcripcin inversa y la sntesis de protenas. Para la sntesis del ADN se emplean anlogos de nuclesidos que mimetizan las estructuras de los nuclesidos. Por ejemplo, el frmaco AZT (azidotimina) es similar a la timina, y la ddl (didesoxiinosina) es similar a la guanosina. Otros 2 frmacos incluyen dideoxicitidina (ddC) y dideshidro-3'-desoxitimidina (d4T). Estos compuestos forman parte de los ccteles que proporcionan una disminucin extendida de las infecciones por VIH. Cuando se incorpora en el ADN viral el anlogo de un nuclesido, la prdida del grupo hidroxilo en el carbono 3' del azcar impide la formacin de los enlaces azcar-fosfato, y finaliza la replicacin del virus.

"the^(yhemistry s- placeWEB TUTORIAL HIV Reproductive Cycle17.7 VIRUSCAPTULO 17 CIDOS NUCLEICOS Y SNTESIS DE PROTENAS

FIGURA 17.18 El virus VIH que causa el SIDA destruye el sistema inmunologico del cuerpo. P El virus VIH, un virus ADN o un retrovirus ARN?17.7 VIRUSCAPTULO 17 CIDOS NUCLEICOS Y SNTESIS DE PROTENAS

HOCHÔH H,HOCH-,0 vH H,17.7 VIRUSCAPTULO 17 CIDOS NUCLEICOS Y SNTESIS DE PROTENAS

Hazt azidotimina

H H

didesoxiinosina (ddl)

CH,HOCHH HDidesoxicitidina (ddCH HDideshidro-.V-desoxitimidina ul4TiLos nuevos y ms poderosos frmacos anti-VIH son los inhibidores de proteasa, como saquinavir, indinavir y ritonavir. La inhibicin de la proteasa evita la sntesis de protenas necesarias para hacer ms copias del virus. A pesar de que no se conoce durante cunto tiempo pueden ser beneficiosos los inhibidores de proteasa para un enfermo de SIDA, los investigadores encuentran esperanzadores los resultados obtenidos.17.7 VIRUSCAPTULO 17 CIDOS NUCLEICOS Y SNTESIS DE PROTENAS

copias del virus

Virus

i i17.7 VIRUSCAPITULO 17 CIDOS NUCLEICOS Y SNTESIS DE PROTENAS

Ili17.7 VIRUSCAPITULO 17 CIDOS NUCLEICOS Y SNTESIS DE PROTENAS

CncerEn el cuerpo de un adulto hay multitud de clulas que no continan reproducindose. Cuando las clulas del cuerpo comienzan a crecer y a multiplicarse sin control, invaden a las clulas vecinas y forman un tumor o bulto (neoplasma). Cuando los tumores interfieren en las funciones normales del cuerpo, son cancerosos. Si estn limitados, son benignos. El cncer puede estar causado por sustancias qumicas y medioambientales, por radiacin o por virus oncognicos.Algunos informes estiman que el 80-90% de todos los cnceres humanos se han iniciado por sustancias qumicas y medioambientales. Un carcingeno es una sustancia que aumenta la probabilidad de inducir un tumor; entre los carcingenos conocidos se incluyen los colorantes de anilina, el humo de los cigarrillos y el amianto. Ms del 90% de las personas con cncer de pulmn son fumadores. Un carcingeno causa cncer a partir de su reaccin con molculas en una clula, probablemente con el ADN, y altera el crecimiento de dicha clula. En la tabla 17.7 se recogen algunos carcingenos conocidos.TABLA 17.7 Algunos carcingenos qumicos y medioambientalesLa radiacin energtica de la luz solar o la radiacin mdica es otro tipo de factor medioambiental. El cncer de piel ha pasado a ser una de las formas ms abundantes de cncer: parece que el dao en el ADN en las zonas de la piel expuestas al sol origina mutaciones. Las clulas pierden su capacidad de controlar la sntesis de protenas, y la divisin celular incontrolada conduce al cncer. La incidencia del melanoma maligno, uno de los cnceres de piel ms serios, ha aumentado con rapidez ltimamente. Algunos posibles factores para este aumento pueden ser la moda del bronceado, as como la reduccin de la capa de ozono, que absorbe la mayor parte de la radiacin solar daina.Los virus oncognicos producen cncer cuando las clulas se infectan. En la tabla 17.8 se recogen varios virus asociados con cnceres humanos. Algunos tipos de cncer, como el retinoblastoma y el cncer de mama, parecen darse con ms frecuencia dentro de algunas familias; existen algunos indicios de que puede deberse a la prdida de un gen o a la presencia de uno defectuoso.VirusTABLA 17.8 Cnceres humanos causados por virus oncognicosEnfermedad17.7 VIRUSCAPITULO 17 CIDOS NUCLEICOS Y SNTESIS DE PROTENAS

Carcingeno

Lugar del tumor

Virus ARN17.7 VIRUSCAPITULO 17 CIDOS NUCLEICOS Y SNTESIS DE PROTENAS

AmiantoArsnicoCadmioCromoNquelAflatoxinaNitritosColorantes de anilina Cloruro de viniloPulmones, tracto respiratorioPiel, pulmonesPrstata, ronesPulmonesPulmones, senosHgadoEstmagoVejigaHeadoVirus linfotrpico de clulas T humanas tipo 1Virus ADNVirus Epstein-Barr(EBV) Virus de la hepatitis B(HBV) Virus del herpessencillo (tipo 2) Virus del papiloma

Leucemia

Epstein-baitLinfoma de Burkitt (cncer de losglbulos blancos) Carcinoma nasofarngeo Enfermedad de Hodgkin Cncer de hgadoCncer de tero y de cuello uterino Cncer de colon y de cuello uterino Verrugas senitales17.7 VIRUSCAPITULO 17 CIDOS NUCLEICOS Y SNTESIS DE PROTENAS

EJERCICIO RESUELTOE VirusPor qu los virus son incapaces de replicarse por s mismos?SOLUCINLos virus son solamente paquetes de ADN o ARN. pero no tienen los elementos necesarios para la replicacin, como son las enzimas y los nuclesidos.

AHORA T!Cmo afectan al ciclo de sida del virus VIH-1 los inhibidores de proteasa?EJERCICIOS Y PROBLEMAS17.7 VIRUSCAPITULO 17 CIDOS NUCLEICOS Y SNTESIS DE PROTENAS

Virus17.49 Qu tipo de informacin gentica se encuentra en un virus?17.50 Por qu los virus necesitan invadir una clula anfitriona?17.51 Un virus contiene ARN viral.a.Por qu puede usarse la transcripcin inversa en el ciclo devida de este tipo de virus?b.Cul es el nombre de este tipo de virus?17.52 Cul es el propsito de las vacunas?17.53 Cmo interfieren en el ciclo de vida del virus VIH-1 los anlogos de los nuclesidos?17.54 Cmo interfieren en el ciclo de vida del virus VIH-1 los inhibidores de proteasa?17.7 VIRUSCAPITULO 17 CIDOS NUCLEICOS Y SNTESIS DE PROTENAS

Los cidos nucleicos

son

ADN

contieneDesoxinucletidos A T, G y Cdispuestos como Doble hlice

coniPares de bases complementarios A-T, G-Ccon un orden llamado Cdigo gentico

ARN!contieneNucletidos A, U, G y Ccon 3 tipos mARN

ytARN

y

rARN

los tripletes de bases son

colocar los apropiados

Sntesis de protenasemplea Codonesespecficos para Aminocidos

forma una Protena

el cambio en una base es una

Mutacin

DE UN VISTAZO!17 1 Componentes o'e ios cidos nucleicosEl objetivo es... describir las bases y los azcares de rlbosa queforman los cidos nucleicos ADN y ARN.Los cidos nucleicos cido desoxirribonucleico (ADN) y cido ribonucleico (ARN) son polmeros de nucletidos. Un nuclesido es la combinacin de un azcar pentosa y una base. Un nucletido est formado por 3 partes: una base, un azcar y un grupo fosfato. En el ADN, el azcar es desoxirribosa y la base puede ser adenina, timina, guanina o citosina. En el ARN, el azcar es ribosa y el uracilo reemplaza a la timina.17.2Estructura primaria de los cidos nucleicosEl objetivo es... describir las estructuras primarlas del ARN y del ADN.Cada cido nucleico tiene su propia secuencia nica de bases conocida como estructura primaria. En un cido nucleico polmero, el 3'-OH de cada azcar ribosa en el ARN, o azcar desoxirribosa en el ADN forma un enlace fosfodister con el grupo fosfato del tomo de carbono 5' del azcar del siguiente nucletido para formar un esqueleto en el que se alternan los grupos azcar y fosfato. Hay un 5'-fosfato libre en un extremo del polmero y un grupo 3'-OH libre en el otro extremo.17.3La doble hlice del ADNEl objetivo es... describir la doble hlice del ADN. Una molcula de ADN est formada por 2 hebras de nucletidos que se enroscan entre s formando una especie de escalera en espiral. Las 2 hebras se mantienen juntas por enlaces de hidrgeno entre pares de bases complementarios, A con T y G con C. Durante la replicacin del ADN, se forman nuevas hebras de ADN a lo largo de cada una de las hebras originales del ADN que sirven como plantillas. El emparejamiento de bases complementarias asegura el emparejamiento correcto de las bases para dar copias idnticas al ADN original.17.4El ARN y el cdigo genticoEl objetivo es... identificar los diferentes tipos de ARN y describir la sntesis de mARN.Los 3 tipos de ARN se diferencian por su funcin en la clula: el ARN ribosmico constituye la mayor parte de la estructura de los ribosomas, el ARN mensajero lleva la informacin gentica desde el ADN a los ribo-somas y el ARN transferente coloca en la protena los aminocidos adecuados. La transcripcin es el proceso por el que la ARN polimerasa forma mARN a partir de una hebra de ADN. Las bases en el mARN son complementarias de las del ADN, excepto que U se empareja con A en el ARN. La formacin de mARN tiene lugar cuando se necesitan ciertas protenas en la clula. El cdigo gentico consiste en una secuencia de 3 bases (triplete) que especifica el orden de los aminocidos en la protena. El codn AUG sealiza el comienzo de la transcripcin y los codones UAG, UGA y UAA son la seal de parada.17.5Sntesis de protenasEl objetivo es... describir el proceso de la sntesis de protenas a partir del mARN.Las protenas se sintetizan en los ribosomas en un proceso de traduccin que incluye 3 pasos: iniciacin, traduccin y terminacin. Durante la traduccin, los tARN traen los aminocidos adecuados al ribosoma y se fonna el enlace peptdico. Cuando se libera el polipptido, toma su forma secundaria y terciaria y comienza a ser una protena funcional en la clula.17.6Mutaciones genticasEl objetivo es... describir varias formas de alterar el ADN y causar mutaciones.Una mutacin gentica es un cambio en una o ms bases de la secuencia del ADN, que puede alterar la estructura y la capacidad de la protena resultante para funcionar adecuadamente. En una sustitucin, una base diferente reemplaza a una base del codn. Una mutacin de desplazamiento estructural inserta o elimina una base en la secuencia del ADN, lo que altera los codones del mARN despus de la mutacin.17.7VirusEl objetivo es... describir los mtodos por los que un virus infecta una clula.Los virus que contienen ADN o ARN invaden las clulas anfitrin, donde hacen uso de los elementos de la clula para sintetizar ms virus. Para un retrovirus que contiene ARN, se sintetiza primero un ADN viral por transcripcin inversa, usando los nucletidos y las enzimas de la clula anfitriona. En el tratamiento del SIDA, anlogos de nuclesidos inhiben la transcriptasa inversa del virus VIH-l, y los inhibidores de la proteasa inten'umpen la actividad cataltica de la proteasa necesaria para formar protenas para la sntesis de ms virus.

TRMINOS CLAVE

cidos nucleicos Grandes molculas formadas por nucletidos, que se encuentran en la doble hlice del ADN y como hebras sencillas en el ARN.ADN Acido desoxirribonucleico: el material gentico de todas las clulas que contienen nucletidos con azcar desoxirribosa. fosfato y las 4 bases adenina, timina. guanina y citosina.Anticodn Triplete de bases en el bucle central del tARN que es complementario de un codn del mARN.ARN Acido ribonucleico, un tipo de cido nucleico que es una hebra nica de nucletidos que contienen adenina. citosina. guanina y uracilo.Base Derivados de purina y pirimidina que se encuentran en el ADN y ARN: adenina (A), timina (T). citosina (C). guanina (G) y uracilo (U).Cdigo gentico Informacin del ADN que se transfiere al mARN como una secuencia de codones para la sntesis de protenas.Codn Secuencia de 3 bases en el mARN que especifica que un determinado aminocido debe colocarse en una protena. Unos pocos codones sealizan el comienzo o el final de la transcripcin.Doble hlice Forma helicoidal de la doble cadena del ADN. que es como una escalera en espiral, con el esqueleto azcar-fosfato en el exterior y los pares de bases como escalones en el interior.Enfermedad gentica Malformacin fsica o disfuncin metablica ocasionada por una mutacin en la secuencia de bases del ADN.Enlace fosfodister Unin fosfato que une el grupo 3'-hidroxilo de un nucletido con el grupo fosfato del tomo de carbono 5' del siguiente nucletido.Estructura primaria Secuencias de nucletidos en los cidos nucleicos.mARN ARN mensajero; se forma en el ncleo por el ADN para llevar la informacin gentica a los ribosomas para la construccin de una protena.Mutacin Cambio en la secuencia de bases del ADN que altera la formacin de protenas en la clula.Mutacin de desplazamiento estructural Mutacin que inserta o elimina una base eh una secuencia del ADN.

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