capitulo iii las macromoléculas de la célula
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8/17/2019 Capitulo III Las Macromoléculas de La Célula
1/36
Las macromoléculas
de a célula
T-r
-En el Capítulo2 seconsideraron lgunos e os princi-
pios
básicos
e a organización
uímica e a célula.Vimos
que
asmacromoléculasiológicas
proteínas,
ácidos u-
cleicos
polisacáridos-
están
ormados
or
la repetición
de
un número elativamente
equeño
e monómeros
de
I a20).Estos
olímeros
esintetizan n
reacciones e con-
densación, n las
que
os monómeros ctivados e unen
entre sí, con
liberación de agua.Una vez sintetizados,
os
polímeros
e
pliegan
de forma espontánea,
ando ugar a
estructuras
ridimensionalesstables.
asmoléculas
lega-
dasseasocianuegode
orma
erárquica,
n estru'cturas e
mayor nivel de complejidad,
generalmente in necesidad
de aporteenergético
instruccionesuevas.
Estamos uesen disposición eestudiarosprincipales
tiposdemacromoléculasiológicas.
n cada no de osca-
sos,
oscentraremos
rimero
en a naturaleza
uímicade
los monómeros,
luegoanalizaremosa síntesis
laspro-
piedades
e
os
polímeros.
omo
veremos nbreve,
a ma-
yoría
de
as macromoléculas e sintetizana
partir de
sólo
unas30
moléculas
equeñas.
mpezaremos
or
as
proteí-
nas,
a que
desempeñan
uchosy muy importantes
pape-
les, anto en a estructura,
omo
en
as uncionescelulares.
Posteriormente
naliza{emosos ácidosnucleicos
los
po-
lisacáridos,
ara
concluir on
os ípidos
que,
ibienno son
polímeros
en el sentido
estricto,
sí
que
son constituyentes
esencialese a célula.
Proteínas
Las
proteínas
son,sin duda,
asmacromoléculas ásabun-
dantes
de distribuciónmásampliaen a célula.
De hecho,
su
nombre leva mplícitasu mportancia,
ues
en
griego,
la palabra roteios ignifica preeminente>.aestemos
blando de
a fijación del dióxido de carbonodurante
a f
tosíntesis,
el transporte de oxígenoen
la
sangre,
de
motilidad del
flagelo
bacteriano,
l
proceso
depende á
camentede
determinadas
rotelnas
con
propiedade
funciones
specíficas.
Atendiendo su función,las
proteínas ueden
clas
carseen
nuevecategorías
Thbla
3.1).Muchas
proteí
son ¿nzimas.
ue
sirvencomo catalizadores
ue
ncrem
tan
la tasade miles de
reacciones
uímicas,
e asgge_
f'e'rde
la vida. Las
proteínas
estructurales,
per_9E4-B4
confieren
orma a células
¡
orgánulos. ándoles
u ap
riencia
característicaL:as
roteínas
motorasbffiienen
la contracción zen os movimientosde células estruc
ras ntracelulares. as
proteínas
eguladoras
pl
ssgpo
bles del control
y
organización
d-e_lac-fun-q,re -ej
s,lula
pemiliendogrelalaetfoidades
esténen consonancia
las necesidadeselulares.
as
protelnas
ransportadora
tán
mplicadas
en
a entra_dasalidade sustancias,anto
la célula,como en rqs
org4nulgs.
Las
hormonas
rote
median
en la comunicaciónentre células.
U."-e"ectá-
le
dasdentro de w
organismo
v
los receptores
roteicos
ac
t@
q
"tg
"_'tí*glglgguuigg
medio.
Finalmente, las
proteínas
de defensa
proveen
protección
frente a enfermedades
'
la.s
roteínas
de alma
naje sirven como
reserva de aminoácidos. La mayoría
las
proteínas
tienen una única función,
ya
seacatalltica,
trd'ctural,
motora o reguladora. Sin embargo, algunas
s
bifuncionales,
es decir,
que pueden
ejercer dos funcion
diferentes.
Teniendo
en cuenta
que,
virtualmente, todo lo
que
e
hace una célula
depende
de
las
proteínas que
tenga,
es e
dente
que
necesitamos comprender
qué proteínas
son
Proteínas
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8/17/2019 Capitulo III Las Macromoléculas de La Célula
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Tabla
.1
Funcionese as
proteínas
Tipode
ptoteÍna
Función
Eiemplos
Enzimas
Proteínas
structurales
Proteínasmotoras
Protelnas eguladoras
Proteínas e ransporte
Hormonas
proteicas
Receptores
roteicos
Proteínas e defensa
Proteínas e almacenaje
Catálisis electiva
Soportede estructuras e lula¡es
Movimiento
de células
y
de componentes elulares
Regulación e 1asunciones elulares
Entrada
y
salidade sustancias
en a célu1a en sus
orgánulos
Comunicación
entre
partes
distantes
deun organismo
Permiten a respuesta
elular rente
a un estímuloquímico
Confieren
protección
rentea enfermedades
Almacenamiento liberación
de aminoácidos
Enzimasdigestivas
ue
catalizana hidrólisis
de asmacromoléculas
de
os alimentos.
Las ibras de colágeno elásticasorman a red de soporte
de os e-
jidos
conjuntivos; a
queratina
es a
proteína
de 1os
elos,
astas,
lu-
mas
y
otras aneras egumentarias.
La
actina
y
la miosina
son
responsables
e a contracciónmuscular;
la
tubulina
es
el
principal
constituyente e cilios
y
flagelos.
Los actores e ranscripción, roteínas ueseunen al DNA, con-
trolan 1a ecturade a nformación
genética.
E1 ransportede
glucosa
de otrasmoléculas
equeñas
travésde
lasmembranas, stámediado
por proteínas
ransportadoras
ue
re-
sidenen dichasmembranas.
La nsulina segregada
or
el
páncreas
e vertebradosegula a
concent¡ación e
glucosa
n a
sangre.
Los receptores e a membrana
de as neuronas etectanas
señales
químicas mitidas
or
otrasneuronas.
Los anticuerpos el sistema irculatorio
de vertebradoseconocen
destruyen
asbacterias a 1os irus.
Las
proteínas
lmacenadasn assemillas, ehidrolizan
durante a
germinación,
ediendoosaminoácidos ecesarios.
Fuente:omado de Campelland Reece, iology6'" edition(SanFrancisco: enjamin/Cummings,2002),p.72.
por qué
ienen as
propiedadesue
ienen.
Comenzaremos
nuestradiscusión ijándonosen los aminoácidos
rotei-
cos, onsiderando ásadelante lgunas e as
propiedades
de
as
proteínas.
Losaminoácidoson os monómerose as
proteínas
Las
proteínas
on
polímeros
ineales
de aminoácidos.Por
términomediohaymás
de 60 aminoácidos istintos n as
células,
ero
sólo20 de ellos
on
ncorporados
n
as
pro-
teínas, omose ndicaen Ia Thbla3.2. Algunas roteínas
contienen
más
de
os20
aminoácidoseferidos,
ero
enge-
neralesdebidoa modificaciones
uímicas
ue ienen ugar
después e la síntesis e la
proteína.)
Aunque a mayoría
de
as
proteínas
ontienen
odoso casi odos osaminoáci-
dos
proteicos,
as
proporciones
onvariables.
Cadaaminoácido iene a estructura ásica
ue
se e-
presenta
n a Figura3.1,con un grupo
carboxilo, n
gru-
po
amino,un átomode hidrógeno
un
grupo
denomina-
do R, odos ellosunidos a un átomo de carbono.Excepto
a
glicina,
en a
que
el
grupo
R esun átomo
de
hidrógeno,
o-
dos
os
aminoácidosienenun átomo de
carbonoasimétri-
co
y, por
tanto,existen n
dos
ormas
soméricas,esigna-
dascomoaminoácidos y L.Ambosestereoisómerosstán
presentes
n a
naturaleza,pero
n as
proteínas
óloapare-
cen as ormas .
Dado
que
los
grupos
amino
y
carboxilo,dispuestos
comosemuestra n a Figura
3.1, oncomunes odos os
aminoácidos, as
propiedades
specíficas e cada uno de
ellosdepende, bviamente,
e
a naturaleza uímica
de os
Plano
e
s¡metr¡a
;":."6
FrsM-9-H
erupo//
I
amino
/"
Grupo
R
(diferente ara
^ ^ ^ ^ ^ ' s i ñ ^ Á ^ i ^ ^ \
u a u o o r i l [ t u o u t u u , /
Aminoácido
Aminoácido
F¡gura .1
Estructura estereoqu¡micae os aminoácidos.
El átomo de carbono a es asimétrico
en
todos los
aminoácidos,
exceptoen la
glicina, por
lo que éstos
eústen en dos formas
isómeras,designadasD y L, y representadas
egún
a
fórmula
estructural convencional
(arriba)
y según
el
modelo
de varillas y
esferas
abajo).
Las ormas L y D son estereoisómeras
on relación
al
plano
de simetría definido
por
la línea de puntos.
Solamente os
aminoácidos están
presentes
n las proteínas.
46
Gapítulo Lasmacromoléculase a
célula
-
8/17/2019 Capitulo III Las Macromoléculas de La Célula
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Tabla .2
Las eintemoléculas
ás omunesn
a
célula
Tipo e
molécula Número
Nomble e as
moléculas
Funciónn a célula
Estructura ostra
en a igura
Aminoácido
Base romática
(purinas
pirimidinas)
Azúcar
monosacáridos)
Lípido
3. 2
0 Alanina
Arginina
Asparagina
Aspartato
Cisteína
Glutamato
Glutamina
Glicina
Histidina
Isoleucina
Adenina
Citosina
Guanina
Ribosa
Glucosa
Colina
Glicerol
Palmitato
Leucina
Lisina
Metionina
Fenilalanina
Prolina
Serina
Treonina
Tiiptófano
Tirosina
Valina
Timina
Uracilo
Unidades
monoméricas
de todas las
proteínas
Componentes
3.15
de los ácidos nucleicos
(DNAyRNA)
Componente
3.15
de os ácidos nucleicos
Metabolismoenergético;componente
3.2I
del almidón
y
el
glucógeno
Componentes
de os osfolípidos
J . ¿ / D
3.28a
Fuente:
daptado e Wald
(
1994
respectivos
ruposR,
que
van desde n simple
átomo de
hidrógenoa os relativamente
omplejos
rupos
aromáti-
cos.En
a Figura3.2semuestraa estructura
e os20 ami-
noácidos encontrados n
as
proteínas.
a abreviatura
e
tres
etras, ntre
paréntesis,
eutilizaampliamente
or
bio-
químicos
biólogosmoleculares.
n a Tabla3.3se
istan
lasabreviaturas
e res etras,
unto
con
ascorrespondien-
tesde una etra,que ambién onusadas menudo.
Nuevede estos minoácidos
ienen
grupos
R
no
pola-
res
y
son,
por
tanto, hidrófobos
Grupo
n).l4egdq-i -es-
tructura.se aprecia
a naturaleza idrocarbonada e
los
grupos
R.
carentes
e nitrógeno oigeno.
Estos minoá.
cidos
Lideu-a stuarss:hrera-cl
nterior de la mo
a,
conforme el
péptidsjqdtgga-en
su conformación ffi-
mensional. i una
proteína
o
una regiónde
a molécula)
exhibe na
preponderancia
n aminoácidos
idrófobos,a
proteína
ompleta
o
su
porción
hidrofóbica)
uedará
x-
cluida
de ambientes cuosos,ocalizándose
n medioshi-
drófobos,
omoel nteriorde
Los 11 aminoácidosestanteson hidrófilos, on
gru-
caso,
a carga neta
positiva
o negativa).
T,os
aminoácidos
hidrófilos tienden
a
aflorar
hacia a superficiede as
prote-
ínas,maximizando así sus
nteracciones
con
las moléculas
polares
del agua
de.lmedio.
Tabla .3
Abreviaturaseaminoácidos
Aminoácido
Abreviatura
de res
eüas
Ableviatula
de una etra
Alanina
Arginina
Asparagina
Aspartato
Cisteína
Glutanlato
Glutamina
Glicina
Histidina
Isoleucina
Leucina
Lisina
Metionina
Fenilalanina
Prolina
Serina
Tieonina
Tiiptófano
Tirosina
Valina
Ala
A r o
Asn
Asp
Cy,
Gl u
Gln
Glv
His
Ile
Leu
T , , ^
L/ J
Met
Phe
Pro
Ser
Thr
Trn
TVr
Va1
A
Á
N
D
C
F
a
H
I
L
K
M
F
P
S
T
Y
pos R
que
son claramente
olares
GUpp¿_qbúvesela
Dresenciae oxíseno') están arsados os
valores
e
pH
Proteínas
-
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Grupo
C:
Amlnoácidos
olares
argados
hldrófilos)
Básicos
H
-c -
rN'
H
o
to
c...
I U
rrr,r.-¿-.1"
-
^zz
H 3 N " - C - C \
o-
o-
AspartatoAsp) GlutamatoGlu) LisinaLys) Arginina
Ars)
Histidina His)
FigUn 3.2 Estructutade los 20
aminoácidos
roteicos,
Todos
os aminoácidos ienen
un
grupo
carboxilo
y
un grupo
amino
adyacentes
al carbono
a, distinguiéndosepor
el
grupo
R
(en
verde). Los del
Grupo A tienen radicales
R
no polares
y son,
por
tanto, hidrófobos;
aprécieseanattxaleza
hidrocarbonada
del radical.
EI resto son hidrófilos,
bien
porque
el radical
R esde naturalezapolar
(Grupo
B),
bien
porque
está
prolonado
o ionizado
al
pH
celular
¡
por
tanto, cargado
electrostáticamente
Grupo
C). En esta igura
se emplea a
nomenclatura
basadaen tres etras;para
as abreviaturas
de una
sola etra, véaselaTabla
.3.Ambos tipos de abreviaturas
seusan
comúnmente.
48
Gapítulo l¡s
macromoléculas
e acélula
-
8/17/2019 Capitulo III Las Macromoléculas de La Célula
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H R r O
t t r l
H-N-CH-C-OH
Aminoácido
H R r O
l t - l l
+ H-N-CH-C-OH
----)
Los
polipéptidos
las
proteinas
on
os
pol¡meros
El proceso
de encadenamiento
de
los
aminoácidos
para
formar
polímeros
ineales,
equiere a adición de
cada
nue-
vo aminoácido al
polímero
en
formación,
mediante una
reacción e
deshifuatuqjlt1
cptutrgnsación).
osgÉures.
-H
y-OH
que
seeliminan en forma
de agua,
provienen
del
grupo
carboxilo
de uno de os aminoácidos
y
del
grupo
amino del otro:
una direccionalidad ntrínseca,
pues
ermina
con un gru
amino en un extremo
y
con un grupo
carboxilo
en el ot
El
extremo con el
grupo
amino se denomina
N-
(o
amin
terminal y el extremo con
el
grupo
carboxilo,
C-
(o
carb
xilo)
terminal.
La formación
del
enlacepeptídico
es en realidad
m
compleja de
lo
que
sugiere a Figura 3.3,
pues parala
a
ción de cada aminoácido,
son
necesarias,
anto
energ
como
información.
Se
precisa
energía
para
activar
al
am
noácido entrante
y
unirlo a
una
molécula
específica
RNA, denominada RNA
de transferencia.La informació
esnecesaria,
ues
el orden de os
aminoácidosen a
cade
polipeptídica naciente,
no es aleatorio,
sino
que
está
de
nido
genéticamente.
La
correcta elongación
de la cade
depende de un
proceso
de
reconocimiento
entre el
RN
transferente, l cual seune el aminoácido
y
el RNA mens
jero,
que
estáunido al ribosoma.
En su momento,
seana
zará detalladamente el
proceso;
por
ahora es
suficien
considerar
que, por
cadanuevo
enlace
peptídico
formad
el
péptido
crece
en un aminoác ido
y
este
proceso
equie
información
y
energía.
Aunque
el
Eoceso
de elongación de la
cadena
am
noacílica es conocido como síntesisde Droteínas, l té
mino no es otalmente correcto.oues el oroducto inm
diato
de la
polimerización
de aminoácidos no
es
u
proteína,
sino un
polipéptido.
Una
proteína
es una
o v
rias
cadenas
polipeptídicas,
que
adquieren
una estructu
tridimensional única,
que
le confiere
su actividad.
Alg
nas
proteínas
están formadas
por
un único
polipéptid
y, por
tanto, su
forma
final depende de los plegamien
y
enrollamientos
que
tienen
lugar, de forma
espon
nea,mientras
crece a cadena
véaseFigura
.18b).
Ta
proteínas
se denominan monoméricas.
(Préstese
ate
ción a Ia terminología:
por
un
lado,
un
polipéptido
es
u
polinero, cuyos monómeros son los aminoácidos: p
otro, esun zoróz¿ro,
el coniuntg de os cuales
orma
u
zutgí_S4).
La enzima ribonucleasa mostrada
en la
Fig
ra 2.I8, es un ejemplo de
proteína
monomérica.
En
ta
proteínas,
el término síntesis
proteica
es
apropiado pa
designar Ia
polimerizaoión, puesto
que
la
proteína
fu
cional se forma espontáneamente,
a
medida que
el
po
péptido
se elonga.
Otraq
muchas
proteílas
son multiméricas'esdeci¡_q
idénticas
V
heleIgugug.4é.9g,anigglfulpr
maüs
pgr_d¡
máq
sUbuqi4adesiiferent$, a hemoglobina, ueporta
oxígenoen nuestro orrentesanguíneo, suna prote
multimérica ormada
por
cuatro
polipéptidos,
dos
su
unidades -globina
cadenas
y
dos
B-globinas
cad
nas
B
(Figura3.4).
n estos
asos,
a
síntesise proteí
implica no
sólo
a
elongación el
plegamiento
e
ca
polipéptido,
sino también su
subsiguiententeracció
ensamblaje,
Aminoácido 2
H R I O H R I O
i l t t - t l
H-N-CH-C-N-CH-C-OH
* H,O
Péptido
El
enlacecovalenteentre un
grupo
carboxilo
y
otro
amino
el
que
los
dos
reactivos
son aminoácidos,sueledenominarse
en-
lacepeptídico. La formación del eniacepeptídicose lustra
esquemáticamente n a Figura 3.3,en
basea un modelo de
esferas varillas
de
los
aminoácidos
glicina y
alanina.
Ob-
sérvese
que
la cadena de aminoácidos
así formada tiene
C{erminal
Figura
.3
Fotmación el
enlace
peptídico,
Los sucesivos
aminoácidos de un polipéptido se unen
entre sí
por
enlaces
peptídicos,
ormados
por
e1grupo carborilo
de un aminoácido y el
amino del siguiente.Aquí semuestra a formación
del enlace
peptídico
entre os aminoácidos glicina y
alanina.
Glicina
#"
Agua
Alan ina
Glicina-alanina
Proteinas
-
8/17/2019 Capitulo III Las Macromoléculas de La Célula
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Figun
3.4
Estructura
e a
hemoglobina'
La hemoglobina
es
una
pioteína
multimérica
formada
Por
cuatro
zubunidades
de
globina
(dos
polipéptidos
d
y
otros
dos
B)'
Cada
subunidad
Porta
un
gruPo
hemo
con
un átomo
de
hierro.
El
hierro del
hemo
puede
unir
una
molécula
de oxígeno.
En
os
plegamientos
estabilización
e as
proteínas
intervienen
ifetentes
ipos
de
enlaces
intefacc¡ones
Como
ya
se
señaló
en
el Capítulo
2,
los
plegamientos
correctos
de
un
polipéptido,
es
decir,
su conformación,
dependen
de
diferentes
ipos
de enlaces
interacciones,
responsables
demás
e
que
dicha
conformación
se
man-
tenga.
n a Figura
3.8se
-nuestran
osenlaces
nteraccig-
nes
más
mportantes,
ncluyendo
os enlaces
ovalentes
i-
sulfuro
y
varias
nteracciones
o
covalentes.
El
puente disulfuro
esel
enlace
ovalente
más común
entre
os
que estabilizan
a conformación
de
una
proteína.
Se orma cuando os grupossulfhidrilo dedos
residuos
e
cisteína
eaccionan
oxidativamente
Figura
3.5).
Jna¡¡ee
formado.
el
puentedisulfuro
confiere
al
péptido una
esta-
-bilidad
considet4ble,
ada
su naturaleza
ovalente.
e
he-
cho, sólo
puedeser
roto reduciéndolo
de
nuevo
y regene-
rando
os dos
sulfhidrilos.
En
muchos
casos,
os
residuos
de
cisteína
mplicados
en
un
puente disulfuro
dado
están
en
el mismo
polipéptido,
generalmente,
astante
alejados
entre
sí,
pero
yuxtapuestos
urante
el
procesode
plega-
miento.
Esto
D
ent
disulfur
ntr amolecular
sestabtfizan
U
.."f"t-".t0"
¿"1
'
como
ocurre
en el caso
de
a ribonucleasa,
a
proteína
monomérica
que presenta-
mos en
el Capítulo
2
(téase
igura
Z.t8).b-4cusg
{glaq
proteínasmultiméricas,el enlacedisulfuro sepuede or-
mar entre
esiduos
e cisteína
ocalizados
n
diferentes
o-
lipéptidos.
Estos
Puentes
isulfuio
intermoleculares
nen
-
govalentemente
os
dos
polipéptidos.
a hormona
nsuli-
\
us dos subunidades
unidas
de
esta
manera
véaseEigtra3.7 nla
página58).
Pese
a la
importancia
de
los
puentesdisulfuro
en el
mantenimiento
de a estructura
proteica,
as nteracciones
Esqueleto
olipeptídico
fficH,
(a)
Puente
disulfuro
I
cH,-ó=ffipcr,
(b)
Puente
e hidrógeno
(c)
Enlace
ónico
(d)
Fuerzas
de
van der
Waals
e
tnteracclones
rororoDas
Figura3.5
Enlaces
e
interacciones
mplicadas
en el
plegamiento
estabilidad
de
una
proteína,
El
plegamiento nicial
y la
subsiguienteestabilizaciónde un polipéptido dependende (a)
puenies
disulfuro
covalentes
otros
enlaces
nteracciones
no
covalentes,
ue
incluyen
a
(b)
puentes de hidrógeno,
(c)
enlaces
iónicos,
(d)
interacciones
de van
der Waals
e
interacciones
hidrófobas.
y los
enlaces
o covalentes
on
ncluso
más
determinan-
tes,
principalmente
orqueson
muy
diversos
numerosos.
Como
ya
señalamos
revemente
n
el Capítulo
2, en este
grupo s€
ncluyen
os
puentes ehidrógeno,los
nlacesóni-
cos,las
nteracciines
e
van
der
Walsylas
interacciones
i-
drófob
s
Figur.a
.5
).
Puentese hidrógeno.Lospuentesde hidrógeno nos son
familiares
esde
a discusión
de
as
propiedades
el agua
en
el Capítulo
2.
En el
caso
e as
moléculas
e
agua, l
puen-
te
de
hidrógeno
se forma
entre un
átomo
de
hidrógeno
unido
covalentemente
e
una
molécula
de
agua
y un
par
de
electrones
esapareados
el
átomo
deoigeno
en a otra
molécula
véaseFigura
.8b).
En
el caso
de
un8¡4] lfk¡'
Ios
puentes-de
idrógeno
son
particularmente
mportantes
en
la estabilización
e
as hiljgeg
y las estructuras
aminares,
q.r.
,on
regioneJ
esettciali
én muchas
proteínas,como
consideraremos
nbreve.
demás,
os
gruposR de
muchos
aminoácidos
ienen
grupos
uncionales
ue
son'
o bien
buenos onadores, bienbuenoseceptoresehidrógeno,
fayoreciendo
a formación'de
dichos
enlaces
ntre esiduos
aminoacílicos
ue pueden
estar
distantes
en
la secuencia
de
aminoácidos,
ero próximos
en
virtud
de os
pliegues
del
polipéptido
Figura
3'5b).
Como
ejemplo
de buenos
donantes
stán
os
grupos
hidroxilo
y los
gruposamino,
presentes
n
varios
aminoácidos.
os
gruposcarbonilo
y
iulfhidrilo
son
ejemplos
de buenos
aceptores'
n solo
Atomo
de
hierro
Subunidad
a
globina
Grupo
em o
50
Capitulo
Lasmacromoléculas
e acélula
-
8/17/2019 Capitulo III Las Macromoléculas de La Célula
7/36
puente
de hidrógenoes
muy
débil
(unas
2-5 kcallmol,
comparado
on as70-100 cal/molde un enlace ovalen-
te)
pero
os
puentes
e hidrógeno on
muy numerosos n
las macromoléculas iológicas
omo las
proteínas
el
DNA,
por
lo
que
a sumade odosellos
genera
na consi-
derable uerza.
Enlacesónicos, El
papel
e osenlacesónicos
o
nterac-
ciones lectrostáticas)n
a
estructura
roteica,
s ácil de
entender.
ado
que
os
grupos
R de algunos minoácidos
están argados ositivamente losgruposRde otros están
cargados
egativament",.
lplsgl-i"nto
del
pépti
dictado.
n
parte,
plll
Lglclgnciadqqq
grupos argados
repeler aquellos
rupos
de gualcargq a atraer
os
que
tienen cargaopuesta
Figura
3.5
C).
f¿-14lelqdad-dil4lg-
interacciones
unas
3 kcal/mol- les
permiten
eiercer
a
fuerza de
atraccióna mayoresdistancias
ue
las
otras
interacciones
o covalentes.demás,a
fierza atracción
no esdirecciona l así, os enlaces
ónicosno están imita-
dosa ángulos efinidos, omoesel caso
e os enlaces
o-
valentes. ado
que
osenlaces
ónicos
ependen
e
que os
dos
grupospermanezcanargados,e nterrumpirán i
os
valores e pH aumentan disminuyen asta alores ue
hagan
ue
os grupos
pierdan
u carga.
Interaccionese vandel Waals, Las nteraccionesasadas
en
as
cargas
o estánimitadas os ones.
ncluso asmo-
I éculas-
rq
pql_qrÉe _9d4qcqlay4le¡
tes
p
u eden t en e
re
giones
ransitoriamente argqdeg
qsrtfya
o n
gg3Itv¿ 1eA-
- g
Los electrones stánen constantemovimiento
y
su
distribución o siempre s
simétrica n a molécula. n un
momento
dado, a densidad e electronesn un adodeur\
átor-no
uede
er
nayor
qe
en
ql
otro,
nclusoen situacio-
nesen ascue el átomo
comDarte l electrón on otro áto-
¡q-mffi
electrones , por tanto, a separaciónde cargasen una mo-
lécula, se denominan dipolos.Cuando dos
moléculas
que
presentan
estosdipolos transitorios están muy
juntas
y
se
orientan de
forma apropiada, se atraen mutuamente, si
bien sólo mientras la distribución asimétrica de
los
elec-
trones
persista
en ambas.La atracción ransitoria entre
dos
moléculas
no
polares
se denomina interacción de van der
Waals, o
fuerza
de van der
Waals
Figura
3.5d). Cada
una
de estas
nteraccionesno sólo es rans itoriat sino también
muy débil
-habitualmente
de 0,1 a0,2
kcal/mol- y
sólo
eseftcazcuando
as
dos
moléculasestánmuy
juntas
-me-
nos de 0,2 nm-. Las nteraccionesde van der Waals son,
pesea todo, importantes en la estructura de as
proteínasy
otras macromoléculasbiológicas,así como en la unión
de
dos
moléculascon superficies omplementarias.
Interacciones
idrófobas. El
cuarto tipo de
interacción no
covalente,
que
desempeñaun
papel
en el mantenimiento
de la conformación
proteica
son
las
interacciones hidró-
fobas,
si bien
éstasno
son
interaccionesen
sentido estric-
to.
En realidad es a tendencia
que
tienen a agruparse
moléculas
hidrófobas, o
parte
de ellas, al ser excluidas
interaccionescon el agua
(Figura
3.5d). Como
ya
hem
señalado,
as
cadenas
aterales
de
los 20 aminoácidos
v
rían notablemente en su afinidad
por
el agua. Algunas
ellas
ienen
grupos
R
que
son
hidrófilos y,
pctr tanto, ca
ces de
formar
puentes
de hidrógeno no sólo unos
c
otros, sino también
con las moléculas de agua
del med
Lógicamente,estos
grupos
tienden a
ocalizarse
erca
de
superficiede un
polipéptido plegado,
donde
pueden
nt
accionareficazmente on las moléculasde aguaque os
dean.
Otros aminoácidos tienen
grupos
R
hidrófobo
son esencialmente
o
polares.
Estos ienden a aparecer
cia el interior del
polipéptido,
donde
interaccionan
un
con otros en un
medio
esencialmente
o acuoso.
La te
dencia de
los grupos hidrófobos a ser excluidos de
la
perficie
acuosade os
polipéptidos,
sedebe a interaccio
hidrófobas.
Así
pues, a
estructura
proteica
es,
en
parte,
el resu
do de un balance
entre a tendencia de os
grupos
hidró
los a exponerse
a un ambiente acuoso
cercade la supe
cie de
la molécula
y
la de los
grupos
hidrófobos a
evita
contactocon el agua,asociándose nos con otros en el
terior
de esamolécula. Si
todos o Ia mayoría
de los am
noácidos de una
proteína fuesen hidrófobos, la prote
sería virtualmente
insoluble en agua
y
aparecería
en
ambiente
no
polar.
Éstaes a razón
por
la
que
as
proteí
de membrana aparecen
embutidas en ella. De forma
a
loga, si todos o la
mayoría
de
los aminoácidos fueran
drófilos, el
polipéptido
adoptaría una forma aleatoria,
d
tendida,
permitiendo
el
máximo acceso
posible
de ca
aminoácido al ambiente
acuoso.Pero
precisamente
p
que la mayoria de las cadenas
polipeptídicas
tienen
am
noácidos, anto
hidrófobos, como hidrófilos, en
un ord
genéticamenteestablecido,unas
partes
de
la
molécula
dirigen hacia la superficie, mientras que otras se dirig
hacia el interior.
En resumen,la estabilidadde
a estructura
del
polipé
tido depende de
la intervención de los
puentes
disulf
covalentes
de cuatro atracciones
no
covalentes:
uen
de
hidrógeno entre
os grupos aterales
ue
son buenos d
nantes o aceptores,
nlaces ónicos entre aminoácidos
c
grupos R cargados,
nteraccionesde van der Waals
en
aminoácidos
no
polares
con asimetríaselectrónicas
ran
torias
¡
por
último,
interaccioneshidrófobas) que
em
jan
a
os
grupos
no
polares
hacia el
nterior
de a molécu
La
conformación
final del
polipéptido
completamente
p
gado, es Ia integración de esas
uerzas
y
tendencias.
C
uno de
los enlaces iene una energía
relativamente
baja.
puente
de
hidrógeno,
por
ejemplo, tiene sólo entre
un
un 5%
de la energía de un enlace
covalente. Pero
dado
q
hay tantos
de estos
puentes
entre
as múltiples
cadena
teralesde los cientos de aminoácidos
que pueden
conf
mar un
polipéptido,
lafuerza acumulada essuficiente
p
conferir
una
gran
estabilidad
al
polipéptido plegado.
Proteínas
-
8/17/2019 Capitulo III Las Macromoléculas de La Célula
8/36
La estructura
e
as
proteínas
epende
e a secuencia
interacciones
e os
aminoácidos
La
estructura e
una
proteína
s
generalmente
escrita
n
cuatro
niveles
erárquicos
de organización:
structuras
ri-
maria, ecundaria,
erciaria
cuaternqria
Tabla
.4).La
es-
tructura
primaria
hace referencia
a
la
secuencia
mino-
acilica,mientrasque
os niveles
más
altosde organización
conciernen a interacción
ntre os grupos
R de os ami-
noácidos,
ue
dan a a
proteína
u
conformación aracte-
rística,es decir, a disposiciónridimensional e los áto-
mosen el espacio
Figura
3.6).
La
estructura
ecundaria
sdebida
a
las
nteracciones
entreaminoácidos
ontiguos
e a
cadena, ientras
ue
a
estructura
erciariamplica
nteracciones
argadistancia
entreaminoácidos
e diferentes
artes
de a molécula.
a
Tabla
.4 Nivelese
organizaciónn
a estructura
e as
proteínas
estructura
cuaternarra,por
otra parte,
compromete
a
interacciones
ntre
dos o más
polipéptidos,
ara
formar
una única
proteína
multimérica.
Estas
res estructuras
e
ordensuperior
stán ictadas or
a estructura rimaria ,
i
bien
cadauna de ellas iene
mportancia
n
sí misma.
Las
estructurasecundaria
terciaria
on,
obviamente,
as es-
ponsables
e la conformación
e un
polipéptido
ndivi-
dual,mientras
ue
a estructura
uaternaria
ólo
sealcan-
zaen
proteínas
ormadas or
más
de un
polipéptido.
Estructura
rimada.
Como
se ha indicado,
a
estructura
primaria
de unaproteína
ssimplemente
na
designación
formal
de a secuencia
e
aminoácidos
e un
polipéptido
(Figura
3.6a).Cuando
describimos
a estructura rimaria
de una
proteína,
stamos
specificando
l orden
en el que
Nlvel
structulal
Estructula
asadan
Ilpos de enlaces
e intencciones
mpllcadas
Prima¡ia
Secundaria
Terciaria
Cuaternaria
Secuencia
minoacílica
Plegamientos
n hélices , aminas
B
o al azar
Plieguesridimensionales e una cadena
nnlinentirl i¡a
Asociación
e doso máspolipéptidos legados
para
ormar
una
proteína
multimé¡ica
Enlace
ovalente
eptídico
Puentes ehidrógeno
Puentes isulfuro, u entes ehidrógeno, nlacesónicos,
fuerzas e
van
der Waals,
nteracciones
idrofóbicas
Losmismos uepara
a estructura
e¡ciaria
(a)
Estructura
pr imar ia
(b)
Estructura
secunoafla
(d)
Estructura
cuaternaila
Figura
3'6 Los cuatto niveles
de otganización
e
la
estluctuta
ptoteica,
(a)
La estructura primaria
de
una
proteína
consisteen
su secuencia
de aminoácidos
unidos entre
sí por
enlaces eptídicos.
b)
El polipéptido
resultantepuede
enrollarse ormando
una
hélice a, que
es una
de
las manifestaciones
e Ia estructura
secundaria.
c)
La hélice
d es,a
su vez,
parte
de a
estructura terciaria
del
polipéptido
enrol'lado
y
plegado.Éste
constituye
cada una
de
as
subunidades
que forman
la
estructura cuaternaria
(d)
de una
proteina
muliim¿rica,
en
nuestro
ejemplo la proteína
transportadora
de oxígeno hemoglobina.
52 Gapítulo Las
macromoléculas
e a
célula
-
8/17/2019 Capitulo III Las Macromoléculas de La Célula
9/36
aparecen
os
aminoácidos
desde
un extremo
al otro de
la
molécula.
Por convención.
a secuencia
e aminoácidos
e
escribe
iempre
desde l extremo
N-terminal
al
C-terminal
del
polipéptido,
que
es
precisamente
l sentido
en el
que
el
se
sintetiza.
Jna
vez
que
se
ncorpora en
la cadena
po-
lipeptídica,
cada aminoácido
se denomina
residuo
ami-
noacílico.
La
primera
proteína
n ser
secuenciada
ompletamen-
te fue
a hormona nsulina.
n 1956,
rederick anger
o-
municó este
mportante avanceécnico,
por el cual recibió
el PremioNobel.Paraello, Sangerraccionó a insulina en
pequeños
rozos,
analizando l orden
de aminoácidos
n
estos ragmentos
ndividuales.
La insulina
está ormada
por
dos
polipéptidos eterminados,
ubunidad
y subuni-
dadB, con
2l y 30 residuos
minoacílicos,
espectivamen-
te.La
Figura3.7
muestraa estructura
rimaria
de
a nsu-
lina,
con cadauna
de sus subunidades
scritas
esde u
extremo
N-terminal al C-termina l.
Obsérvese
ambién
el
puente
disulfuro
(-S-S-)
entredos
esiduos
e cisteína
de a cadena
y
los dos
puentes
isulfuro
que unen asca-
denasA
y
B. Como veremos
en breve,
os
puentes
disulfu-
ro
desempeñan
n
papel
esencial
n a estabilización
e
a
estructuraerciaria e muchas roteínas.
Latécnica
de Sanger
ermitió la
secuenciación
e cen-
tenares
e
proteínas sirvió de base
ara a construcción
de aparatos
que pueden
deierminar
automáticamente
a
secuencia
e aminoácidos.
n a actualidad,
e
emplea na
estrategia lternativa,
asada
n a comprensión
el
código
de
a secuencia
e aminoácidos,
ue
está
a su
vez
conteni-
do en
a secuencia el
DNA. Una vezse
ha determinado
a
secuencia
e
nucleótidos e un
fragmento
de DNA, se
pue-
de inferir
el
polipéptido
que
codifica.
Las bases e
datos
computerizadas
ontienen
milesdesecuencias
minoacíli-
cas, o cual
acilitasu
comparación n
Ia búsqueda
e re-
giones
imilares
ntre
polipéptidos.
La estructura rimariade unaproteína s mportante,
tanto
genética, omo estructuralmente.
esde
el
punto
de
vista
genético,a secuenciae aminoácidos
erivadirecta-
mentedel orden
en el
que
están
dispuestos
os nucleótidos
en el
correspondiente
RNA mensajero.
A su
vez
el
RNA
mensajero
estácodificado
por
el DNA
que
representa
l
gen
de
esa
proteína en definitiva,
a estructura
primaria
de
la
proteína,es el resultado
nevitabledel orden de l
nucleótidos
del DNA en
el
gen.
Desdeel
punto
de vista estructural,
asconfiguracio
de
orden superior
secundaria,
terciaria
y
cuaternari
son consecuencia
irecta
de la estructura
primaria.
Es
significa
que
mucha
(aunque
pará
algunas
proteínas,
n
toda)de
a nformación
ecesaria
ara
especificarómo
debe
plegary
enrollar
a cadena
olipeptídica ,
en su
ca
cómo debe
nteraccionar
con otros
polipéptidos,
es al
inherentea
la
secuencia
e aminoácidos.
sí
pues,
si
construyenpolipéptidos con las secuencias orresp
dientes
a las subunidades
y
F
de la hemoglobina,
és
asumirán
la
conformación
tridimensional apropiada
interaccionarán
espontáneamente
n
Ia forma
correc
dando
lugar al tetrámero
arB,
qu'e
onocemos omo h
moglobina
véase
igura
3.4).
Estructula
ecundaria,
a estructurasecundaria
e
u
proteína surge
de la existencia
e
patrones
epetitivos
una estructura
ocal.
Estos
patrones
son el
resultado
de
existencia
e
puentes e hidrógeno
entre os átomos mp
cados n el enlace
eptídico, o largodelesqueletoel
p
lipéptido
(Figura
3.8a).
Las nteracciones
ocales
on
responsables
e
asdos
principales onformaciones
ec
daria,denominadas
élice
a
y
lámina
B
(Figura
3.8).
La estructura
n
hélice fue
propuesta n 1951
or
L
nus
Puling
y
Robert
Corey.Como
seve en a Figura
3.
una
hélice tiene
orma espiral, on
os enlaces
eptídi
formando
el eje
y los gruposR de
os aminoácidos roy
tándose
aciael
exterior.
as ormashelicoidaleson
cuentesen
pollmeros repetitivos,como
veremos
cuan
analicemos
osácidos
ucleicos
los
polisacáridos.
n
u
hélicea,
hay 3,6 aminoácidos
or vuelta,
por
lo
que
enlaces
eptídicos e cadacuatro
aminoácidos, pare
muy
próximos entre sí.
La distanciaentre esosenla
peptídicos rxtapuestoses, de hecho, a necesaria a
que
se
orme un
puente
de
hidrógenoentreel
grupo
mi
(-NH-)
de
un enlace
peptídicoy
el
grupo
carbo
(-CO-)
del otro,
comose
ve
en
a Figura3.8a.
Como
resultado,
ada nlace
eptídico
n a hélice
unido
por
un
puente
de
hidrógeno e su
grupo
carbo
al enlace
eptídico nmediatamente
or
n
a
N{erminal
Subunidad
1 5
Subunidad
C{ermin
5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0
figua
3.7
Estructula
fimaria
e a nsulina.
La nsulinaestá ormada
or
dos
polipéptidos enominados
ubunidades
y B, mostrada
aquídesde
l extremoN-terminal
al C-terminal.
assubunidadese
unenentte
sí covalentemente
or dos
puentes isulfuro.
Para
as
abreviaturas
e os aminoácidos,
onsúltesea
Tabla .3.)
Proteínas
-
8/17/2019 Capitulo III Las Macromoléculas de La Célula
10/36
Cadenas
aterales
(grupos
)
Cadenas
polipeptídicas
(b)
Lamina
Figura
3.8
[a héllce
a
y
la
lámlna
B,
La hélice
uylalámina
B
son
os
dos
elementos
más mportantes
en la
estructura
secundaria
de as proteínas.
(a)
La
hélice
o¿ecuerda
a
un cable
telefrnico,
con cada
vuelta
estabilizada
por puentes
de hidrógeno
(puntos
azules)entre os gruposcarbonilo e
imino
de
un enlacepeptídico
ylos
correspondientes
de os
enlaces
peptídicos
ituados or
en la
hélice.
Así, os puentes
de hidrógeno
de una
hélice
a son
paralelos
al
eje de a hélice.
(b)
La
Iámina
B
recuerda
a una
falda
tableada,
con los
sucesivos
tomos
de
cada
cadenapolipeptídica
localizados
en
las
depresiones
en las
cúspides,
proyectando
os
grupos
R de los
aminoácidos,
alternativamente,
a unor
y
otro lado
de a lámina.
La
estructura
se
estabilizapor puentes
de
hidrógeno
(puntos azules)entre os grupos
carbonilo
e mino
de os
enlaces
peptídicos
de los
poüpéptidos
adyacentes
o
segmentos
róximos
del
mismo
polipéptido).
En
la estructurá
que
semuestra
aquí, Ios puentes
de
hidrógeno
se establecen
ntre
dos
cadenas olipeptídicas,
pero
las
láminas
p
también
se
pueden
formar
dentro
de un
mismo
péptido,
cuando
partes
de éste
se
pliegan,
discurriendo
unasjunto
a as
otras.
geno
en una
héliced
son, nvariablemente,
ntramolecula-
res,esdecir,dentrodel mismo péptido,mientrasqueen a
lámina
B,
pueden
ser,
anto intramoleculares entre
los
segmentos
uxtapuestos
e un
mismo
polipéptido),
como
intermoleculares
uniendo
enlaces eptldicos
de dos poli-
péptidos
adyacentes).
as
zonasproteicas
que
forman
lá-
minas
B
pueden
nteraccionar
de dos
maneras.
Si
as
dos
regiones
de interacción
se disponen
en
el mismo
sentido
N-terminal
a
C-terminal,
a
estructur
es
una ómina
B
pa-
ralela;
i as
dos regiones
parecen
n
sentidos
puestos,
a
estructura
se
denomina
ámina
B
antiparalela.
Dado
que
los átomos
de
carbonoque
constituyen
el eje
de a
cadena
polipeptídicas
stán ucesivamente
ocalizados or
encima
y
debajodel plano
de a lámina,
estas
structuras
on am-bién a veceslamadas,láminas
B
tableadashaciendo
alu-
sión a
este ipo
de falda).
Para
mostrar
regiones
estructurales
oncretas
e
una
proteína,
os
bioquímicos
han
adoptado
a
convención
ue,
semuestra
en a
Figura
3.9a.
Una región
en hélice
o(
se e-
presenta
omo
una
espiral
ala
izquierda)
o un
cilindro
ala
derecha),
mientrasque
una región
en lámina
B,
es
esque-
(a)
Hélice
piral
¡
a
través
de su
grupo
mino
al enlace eptídico
usto
por (encima>deé1.En cadacaso, in embargo,os enlaces
peptldicos
unidos por
púentes
de hidrógeno
están
sepa-
rados
en a
secuencia
ineal
por
tres
aminoácidos,
equeri-
dos para que
la
hélice
avance
o
suficientepara
permitir
que
os
dosenlaces
parezcanyuxtapuestos.
e
estamane-
ra, os puentes
de hidrógeno
aparecen
asi
paralelos
l eje
principal
de la hélicey,
por
tanto,
tienden
a
estabilizar
a
estructura
espiral,
manteniendo
untas
asvueltas
de hélice
sucesiYas.
La
principal
alternativa
a
hélice
a
es a ámina
p,tam-
bién
propuesta
or
Pauling
Corey.
Como
se
muestra
en a
Figura
3.7b,
esta
estructura
se
extiende
como
una lámina
corrugada,
on os
sucesivos
tomos
de a cadena
olipep-
tídicaocupandoascrestas losvalles. os gruposR de os
aminoácidos
e proyectan,
de forma
alternante,
a ambos
lados
de a lámina.
La
lámina
B,
al igual
que
a
hélice
d, se
caracteriza or
la
abundancia
de
puentes
de hidrógeno.
En
ambos
casos
aparecen
mplicados
odos
os
grupos
mino
y
carboxilo
de
los
enlaces
eptídicos.
in embargo,los
uentes
e hidró-
Capítulo
Lasmacromoléculas
e a
célula
-
8/17/2019 Capitulo III Las Macromoléculas de La Célula
11/36
Estructura
l azar
Hélice
una
conformación
predecible, e
patrón
repetitivo
que
d
riva de
anaturaleza
precisamenteepetitiva
del
polipép
do,
pues
se
basaen
a formación
de
puentesde hidróge
entre
os
enlaces
eptídicos
los
elementos
structura
comunes
a
lo largo
de toda
cadena
olipeptídica-.
Si
t
das as
proteínasuvieran
sólouno
o unos
pocos
amino
cidos
parecidos,
rácticamente
odos
os aspectos e
conformación
roteica
odrían
ser
comprendidos
n té
minos
de estructura
ecundaria,
on
muy
pocas
ariac
nes
entre
proteínas.
Laestructuraerciariaaparece,recisamente,or lav
riedad
de
aminoácidos
resentes n
as
proteínas lasdi
rencias
existentes
ntre
sus
gruposR.
p-C
gchg.lg-C$r
tura
terciaria
depende
esencialmeqtgi 9- 4s
nteraccio
entre
estos
lypos__R,
on
ndependencia
e
su
posición
la estructura
rimaria.En suma,
efleia spectos
o rep
tiySg-dghgllpépldA,
puesto
que
no
depende
e os
grup
carboxilo
y amino
propios
de
todoslos-aminoácidos,i
de
o
quehacediferente
cada
aminoácido
el
grupo
R-
La estructura
erciaria
no es
epetitiyanlp:e-de-cib
basa
en
nteracciones
ntre
grupos
aterales
on di&fgú
propiedades.
or
ejemplo,los
rupos
idrófobos iende
asociarse
nos
a otros
y
a buscar,
e
forma espontá
ambientes
o acuososn el nteriorde a molécula,mie
tras
que os aminoácidos
olares uscan
a
superficie
parte
por
su afinidad
mutua
y
en
partepor
la atracc
ejercida
por las
moléculas
polaresde agua del
med
Como
resultado,
a
cadena
olipeptídica e
plegará,
n
Ilará
y girará
en su conformación
nativa,
que
es
a
form
más
estable
arauna determinada
ecuencia
e amino
dos.
Como
se
vio en
el Capítulo
2,
os
pliegues
curren
forma
espontánea
n algunos
olipéptidos,
mientrasq
otros
necesitan
e a asistencia
e
proteínas enomina
chaperonas
olecularcs.
na
vez
que
a estructura
ercia
de un
polipéptido e
ha alcanzado,
eestabiliza
manti
por varios iposde enlaces o covalentes interaccio
mostrados
n
a Figura
3.5
y por
puentes
isulfuro
co
lentes, i
es
queestán
resentes.
'
La contribución
elativa
e as
estructurasecunda
terciaria
a forma
de un
polipéptido,
aríade una
pro
na a otra,
y
depende
e a
proporción
elativa de a
cuencia
e
aminoácidos
e
a cadena.
n
érminos
gen
les. as
proteínas
pueden
serdiv-idi-das-
n*dos
c-atego
fibrilaresy
qlobúqes.
Las
protelnas fibrilares
presentan
estructuras
sec
darias
definidas
hélices
a o láminas
B),
repetitivas a
mente
ordenadas.
n
general,a estructura
ecundar
más mportante
que a terciaria
en a determinación
d
forma de la proteína,que a menudo adopta aspecto
mentoso.
Como
ejemplo
de
proteínas
ibrilares están)
lroínadelasg4q_y:lqg--AugIgfr
z;*dsla,p-Ldf
a-Iana
como
el coláqene
presente
n
os endones
en
a
piel)
elastina
propia
de
igamentos
vasos anguíneos).
La secuencia
minoacílica
e cada
una de esas
ro
nas
favorece
n tipo
particular de estructura
secund
(a)
Motivo
p-a-B
con a
hélicea
representada
omo
una
espiral
izquierda)
un cil indro
derecha)
f]ffi
b)
Horquil la
(c)
Hélice-giro-hélice
Figura3.9
Motivos
est¡ucturales
aracte¡ísticos.
Los tres
motivos
más
recuentes
e a
estructura
ecundaria
on
el
(a)
0-a-F'
(b)
Ia
horquilla
By
@)lahélice-giro-hélice.
ashélices
puedenser
representadas,
anto
por
una
espiral
a,
zquierda),
omo
Por
un
cilindro
(a,
derecha),
mientras
que
una
ámina
B
se ePresenta
on
una
cinta o
una flecha
plana. Los segmentos
ortos
que
interconectan
as hélices
a
y
las áminas
B
son
regiones
con
estructura
al
azarBn
cadadiagrama
ólo
semuestra
una
pequeña
porción de Ia
proteína.
matizada
como
una
cinta o
una
fecha
plana
apuntando
en
la direccióndel extremoC-terminal.Un segmento n orma
delazo
queconecta
egiones
n
héliceuylolámina
É,
se
de-
nomina
giro al azar
y semuestra
como
una
cinta estrecha.
Ciertas
ombinaciones
e hélices
y láminas
B
son
ca-
racterísticas
e
muchas
proteínas.
stasunidades
e
es-
tructura
secundaria,
lamadas
motivos,
están
onstituidas
por pequeños egmentos
e
hélices
láminas,
onectados
uno
al otro
por lazos e
ongitud
variable.
ntre
os moti-
vosmás
recuentes,
stán
l
F-o-\,
mostrado
en a
Figura
3.9a
la horquilla
B
y la hélice-giro-hélice,
ostrados
n
las Figuras
3.9b
y
c, respectivamente.
uando
el
mismo
motivo
está
resente n diferentes
roteínas,
uele esem-
peñarunamisma unción.Por ejemplo, l motivohélice-
giro-hélice
s característico
e
proteínas
ue se unen
al
DNA
y
que
encontraremos
n
el Capítulo
3,
cuando on-
sideremos
a regulación
e
a expresión
énica.
Estluctuta
etciada.
La estructuraterciaria
e
una
proteí-
na es
más rácil e
entender
al compararla
on
a
estructura
secundaria
Figura
3.6b
y c). La estructura
ecundaria
s
Proteínas
-
8/17/2019 Capitulo III Las Macromoléculas de La Célula
12/36
que
a
su vez
confiere
un
conjunto
específico
e propieda_
des
mecánicas
dicha
proteína.
a fibroína,
poi
ejemplo,
está ormada
por
bandas
mplias
e áminas
B,
con aJca-
denaspolipeptídicas
iscurriendo
paralelamente
l eje
de
la
fibra
de a
seda.
os
aminoácidos
ás
abundantes
n
a
fibroína
son a glicina,
a
alanina
la
serina.
stos
minoá-
cidos ienen
grupos
R
pequeños,
ue
pueden
mpaquetar-
seestrechamenteFigura
3.2).El
esultado
suna
ibra
de
seda
esistente
relativamente
nextensible,
uesto
que
as
cadenas,
nidas
ovalentemente,
parecen
xtendidai
as-
ta casi umáxima ongitudposible.
Las
ibras
del pelo
y
la lana,
por
otra parte,
están
ons-
tituidas
por
a proteína
-queratina,
ue
es
helicoidal
n
su
práctica
otalidad.
Las
moléculas
ndividuales
de queratina
son_muy
argas
sesitúan
con
el eje
de
sushélices
asi a-
ralelo
al eje
de a
fibra.
Como
esultado,
l
pelo
es elativa-
mente
extensible,
ues
a
hélice
a está
eitabilizada
or
puentes
ehidrógeno
no
por
enlaces
ovalentes
o-o
.r,
las áminas
B
dela
seda.
as
hélices
delpelo
se renzan
n
forma
de
soga,
omo
semuestra
n
a Figura
3.10.
En pri-
mer
ugar,
eunen
reshélices
ormando
unaprotofibrilla.
Las
microfibrillas
e orman
por
agregación
ateral
e once
protofibrillas.
Por
último,
las
microfibrillas
se
empaqueran
formando asmacrofibrillas,ueson oshaces ueatravie-
san rodean
a as
células
ormadoras
el
pelo.
Hélice
lVicrof ibri l la
Hélice
y
Protof ibri l la
Microf ibri l la
Pero
por
muv
importantes
qge_geaql3¡.proteínas
ibri-
de
proteínas
nresentes
n
la mavoría
de
las
célrrlas.
asi o-
resde hélices>l de hecho, es-
das as
proteínas
estructurales
e
a célula
son
de ipo
glo-
bular, llamadas
así
porque
sus
cadenas
olipeptíáicai
se
pliegan
ormando
estructuras
ompactas.
a
caiena
poli-
peptidica
¿e
una
p
ebl4rgCneLalmenlc,
en
regiones
on
estructura
n
hélice
o lámina
É.
que
a
su
vez
se
repliegan
ob
do
lugar
a la foq4a
comoacta
globular
aracterística.
stos legamientos
on
posibles orque asregiones n hélicea o láminaB están
separadasor
segmentos
e
estructura
leatoria,
ue
aci_
litan
la formación
de lazos
y
dobleces
Figura
.1;.
,,tsi,
cada
roteína
lobular
iene
su propia
estructura
erciaria,
hecha
e
elementos
structurales
ecundarios
hélices
lá-
minas), legados
e
una orma
específica,
ue
e
confieren
su
función particular.
La presencia
de
segmentos
en
hélice
a,
lámina
B,
o la
ausencia
de
ambas,
depende
de los
aminoácidos
presentes
en dicho
segmento.
Por
ejemplo,
la
leucina,
la
meiionina
y
el
glutamato
son
,
mientras
que
la
isoeucina,
a leucina,
la
valina y
la
fenilalanina
son
.
La glrcina
y
la
prolina.
el ú
-
Figura
3.10
La
estructura
del
pelo.
La principal
proteína
estructural
el pelo
es a
queratina
a, proteína
ibrosa
con
estructura
e hélice
a.
Tres
hélices
e
queratina
a seenrollan
formando
una protofibrilla,
que
unto
con
otrasprotofibrillas
da
lugar
a a
microfibrilla.
Las
microfibrillas
tienen
urru
esuuctrrr"
peculiar,con dosprotofibrillascentrales 9 perifericas. as
microfibrillas,
a
su vez,
se asocian
ateralmente
ormándo
las
macrofibrillas.
Por último,
los
haces
de macrofibrillas
atraviesan
rodean
a as células
ormadoras
del
pelo.
ra2.I8
para
lustrar
os
enómenos
e
desnaturalizacióny
renaturalización
e un
polipéptido
la
espontaneidad
e
sus
plegamientos).
a
estructura
e
a ribonucleasa
uede
representarse
e dos
maneras:
egún
l modelo
de
esferas
varillas
o el modelo
de
espirales
cintas,
que
vimos
en
a Fí-
gura3.9.Lamayoria
e as
cadenas
aterales
e a
ribonucle-
asa an
sidoomitidas
n
ambos
modelos,
ara
aumentar
a
claridad.
os
grupos
de
color
dorados
de
a Figura
3.11a
son os cuatro puentesdisulfuroque a¡rdan a estabilizar
la
estructura
ridimensional
e a
ribonucleasa
véase
i-
gura2,I8a).
En
asproteínas
lobulares
ueden
redominar
élices
a, áminas
B,
o
bien
coexistir
mbas
structuras.
stas
a-
tegorías
e lustran
en a Figura
3.12
conla
proteína
elvi_
rus
del
mosaico
el abaco
TMV),
con
un fragmento
de
ponsables
e os
dobleces
giros
en as
hélices
. Thles
iros
suelen parecer
n
a superficie
elpolipéptido.
La Figura
3.11
muestra
la
estructura
terciaria
de
una
proteína
globular
típica,
la
enzima
ribonucleasa.
(Recuér-
dese
que
la ribonucleasa
ue
una
de las primeras
proteínas
en ser
secuenciada.
a
hemos
visto
también
en
la Figu_
56
Capítulo
l¿s
macromoléculas
e
a
célula
-
8/17/2019 Capitulo III Las Macromoléculas de La Célula
13/36
N{erminal
una
molécula e una
nmunoglobulina
con
una
porción
de a enzimahexoquinasa.os segmentoselicoidalese
las
proteínas
lobulares, menudoconsisten
n haces
e
hélices, omose
een a
proteína e a cápsula
elTMV
de
la
Figura3.l2a.Lasregiones
on
predominiode áminas
B
suelencaracterizarse
or
configuraciones
n forma
de
barril
(Figura
3.I2b) o
por
una
lámina
retorcida
Figu-
ra 3.12c).
Puente
disolfuro
Figura
3.11
Estructura ridimensional
e
la
libonucleasa.
La ribonucleasa
s a típica
proteína
globular con
varios segmentos
en hélice aylámina
B
conectados
or regiones l azar.
a)
Modelo de esfer
varillas con los
puentes
disulfuro en
dorado
y
cada u
de ascisteínas
elevantesdentificada
or su número
la secuencia minoacílica.Los rlnicos grupos laterale
(R)
mostrados
son os de dos
histidinas
y
una
lisina q
son esenciales
ara
a actividad
catalíticade Ia enzim
(en
morado).
(b)
Modelo
alternativo
en el
que
as
regiones
en hélice
d
se
epresentan
omo espirales l
regiones
en lámina
p
como
cintas rematadas
en
flech
que
apuntan
hacia el extremo
C-terminal.
Los grupo
de os aminoácidos
y los
puentesdisulfuro sehan
omitido
por motivos de claridad.
Nótese
que
as
láminas
p
son
antiparalelas
las
bandasadyacentes
apuntan
en sentido
opuesto)
y están uertemente
giradas.
Lamayoria de
as
proteínasglobulares stán orma
por una seriede segmentos enominados ominios.
dominio
es un territorio
discreto
de estructura
ercia
que
a menudo
contiene
regionesen
hélice u
y
Lámin
empaquetadas
e
forma compacta.
Un dominio
típ
está ormado
por unos 50-350
aminoácidos tiene u
función
específica.
as
proteínas
globularespeque
tienden
a
plegarse n un único
dominio,como
semue
(a)
Modelo e esferas
varil las
(b)
Modelo e espirales
cintas
Proteínas
-
8/17/2019 Capitulo III Las Macromoléculas de La Célula
14/36
en a Figura
3.1 b
para
a ribonucleasa,
na
proteína
ela-
tivamente equeña.
as
proteínas
lobulares
randes
ue-
Ien
tener múltiples
dominios.Por ejemplo,
as
porciones
de asmoléculas
e a inmunoglobulina
la hexoquinasa
mostradas
n a Figura
3.12b
c son,de hecho, ominios
específicose
dichas
rotelnas
respectivamente,
l domi-
nio V,
de as nmunoglobulinas
el dominio 2 de a hexo-
quinasa).
a Figura
3.13es un
ejemplo
de una
proteína
formadapor
un solo
polipéptido
plegado
en dos
domi-
nios uncionales.
Las
proteínas
ue
tienen
una función
común
(como
unir un ion metiíIicoo reconocer una moléculaespeclfi-
ca)suelenenerun dominio
común.
Esmás, asproteínas
multifuncionales
uelen ener
dominios separados
ara
cada unción.En
suma, os dominiospueden
., .onrid.-
radoscomo
unidadesmodulares
de función,
de as cuales
están ormadas as
proteínas
lobulares.
Para erminar
con el apartado
de a estructura
erciaria,
debemosecalcar
e nuevo
a dependenciaue
iene
esta
organización
e nivel superior
de la
estructura
primaria
del
polipéptido.
a
mportancia
e a estructura rimaria
secomprueba specialmente
ien en a
patología
eredita-
ria
conocida como
anemia
alciforme.
En los individuos
afectados,os
eritrocitos
presentan
orma
de
en
lugarde a forma discoidalhabitual,circunstancia ue a-
cilita
que
as
células ormen
coágulos
entro de os vasos,
dificultándose l flujo
sanguíneo.
stacondición
está
cau-
sada
or
un cambiomínimo
en a hemoglobina
e os eri-
trocitos. Las
moléculas
de hemoglobina
ienen cadenas
normales,
ero
suscadenas
tienenun aminoácidoque
es
diferente.En
una
posición
específica e a
cadena
el
sexto
Dominio
de la hexoquinasa
(c)
Hélice
y
lámina
alternantes
residuodesdeel extremo
N-terminal),
el
glutamato
está
reemplazadoor
valina.Los
otros 145
aminoácidos
e a
Figura
3.13
Ejemplode una
proteína
con dos
dominios uncionales.
Este
modelo de a
gliceraldehído
osfato
deshidrogenasa
muestra
una única cadenapolipeptídica plegada
en
dos dominios.
Uno de
los dominios
se une a a sustanciaque
va a
ser
metabolizada,
mientras que
el otro seune
a un factor químico
requerido para
que
tenga ugar
la reacción.Los
dos dominios se
distinguen aquí por
su
intensidad
de color diferente.
Proteínas
e la cubierta
de l
virus
del mosaico
el abaco
(a)
Predominante
élice
Dominio
2
de las
nmunoglobulinas
(b)
Predominante
ámina
B
Figufa
3.12
Estluctula
de difelentes
ploteínas
$obulares.
En
esta igura semuestran
proteínas
con diferentes
estructuras erciarias:
(a)
en la
proteína
de a cápsula
del
virus
del mosaico
del tabaco
(TMV),
predomina
la conformación en hélice
a
(espirales
azules);
b)
en el
dominio V, en las nmunoglobulinas,
la
conformación principal
es a
lámina
B
(cintas
moradas con fechas);
c)
en el dominio
2 de a
hexoquinasa
alternan as estructuras
en hélice e y en lámina
B.
EI dominio V, de a inmunoglobulina
es un
ejemplo de estructura
antiparalela
en barril
p.
(Las
porciones
verdesson
segmentosde estructura
alazar.)
Capítulo Las
macromoléculas
e acélula
J"
-
8/17/2019 Capitulo III Las Macromoléculas de La Célula
15/36
cadenano varían,
pero
estasimple sustitución
produce
una diferencia
en la estructura
erciaria al
que
a hemo-
globina
iendea cristalizar,
eformando
a célula.No todas
las sustituciones
e aminoácidos
roducen
cambios
an
drásticos n estructura
función,
pero
el ejemplosirve
para lustrar a relación rucial
entre a secuencia
minoa-
cílicadeun
polipéptido
la
forma inal
(y
a
menudo a ac-
tividadbiológica)
e una molécula.
Estluctuta
uatemada.La estructura.cuaternaria
e una
proteína epresenta lnivel de organización ueconcierne
a as nteracciones
ensamblajeesus
ubunidades
Figu-
ra
3.6d).
La estructura uaternaria
ólo
puede
aplicarse
proteínasmultiméricas.En estacategoria
e ncluyenmu-
chas
proteínas,
rincipalmente quellas uyo
peso
mole-
cular supera
os
50.000.
a hemoglobina,
or
ejemplo,
s
una
proteínamultimérica
véasela
igura3.4).Como
he-
mos ndicadoanteriormente,
lgunas
roteínasmultimé-
ricas están
ormadas
por
subunidades
dénticas; tras,
como a
hemoglobina,ienendoso
más
polipéptidos
ife-
rentes.
Losenlaces
las uerzas e atracción
ue
mantienen
a
estructura uaternaria on os mismosque os de la es-
tructura erciaria:
uentes
e hidrógeno,
traccioneslec-
trostáticas,
nteracciones
idrófobas enlaces ovalentes
disulfuro.
Estos ltimos
pueden
parecer,
anto en el nte-
rior de cada
cadena, omo entre
as diferentes adenas.
CuandoaDarecen
entrode un
polipéptido,
stabilizanla
estructrrra
erciaria.
mientras
ql¡e cuando
se establecen
sntre.
d fq(e¡tes
pol
pépltdg¡,.
est_abi_lizan_-l¿_csItrelula
cuaternaria.
omo en
el casode os
pliegues
e un
poli-
péptido,
el
proceso
e ensamblaje
e subunidades uele
ser,aunque
no
siempre,
spontáneo dependiente
e
la
información
contenidaen la secuencia
minoacílica
e
cada
polipéptido.
En algunoscasos, xisteun nivel decomplejidadaún
mayor,
en el sentidode
que
doso
más
proteínas
habitual-
mente enzimas)se organizan
en un complejo
multipro-
teico,en el
que
cada
proteína
colabora
on as demás
n
un
proceso
omún.Un ejemplo
esel sistema nz imático
denominado
iruvato
deshidrogenasa.
stecomplejoca-
taliza
a
pérdida
de un átomo de
carbono
en
forma
de
COr) desde
l
piruvato
o
ácido
pirúvico),
un compuesto
de resátomosde
carbono.En el Capítulo
10se analizará
en detalle
sta eacción.
l complejomultienzimático,
or-
mado
por tresenzimas cinco ipos de
moléculas istin-
tasdenominadasoenzimas,
ieneuna masa e
4,6 millo-
nesde daltonsen células
acterianas casiel
doble
en
as
mitocondrias enuestras élulas epáticas.Un daltones
la masade un átomo de
hidrógeno, 1,66 10-24
.) El
complejo de
la
piruvato
descarboxilasas
uno de los
ejemplosmejor conocidos
de cómo las células
pueden
economizar
unciones, rdenando
asenzimas
ue
catali-
zan reacciones
ecuencialesn un único
complejomul-
tienzimático.
Ácidos nucleicos
Analizaremos hora
os ácidosnucleicos,
macromoléc
fundamentales
n la célula,
por
su
papel
en-el alma
namiento,
transmisión
y
expresión de
la informac
genética.
os
ácidos ucleico,son
polímeros
inealeq
d-e
,cte¿ti¿os.
ntaza
.&_tgt SiAadg_g
ticamente,
ue
escrucialen su
papel
comomacromoléc
-de
nformacióq.
Los dos ipos
principales
e ácidosnuc
cosson
el DNA
(ácido
desoxirribonucleico)
el RNA
(á
do ribonucleico).El DNA y el RNAdifierenquímicay fu
cionalmente
n
a célula.
Como
sugiere u
nombre,
el RN
cnnticne
ihosa, azricar e cinco
átomos
de
.cAtbOn
cadauno
de sus
nucleótidos,mientras
que
el DNA contie
desoxirribosa.
esde
l
punto
de vista uncional,el DNA
el depositario
e a información
genética, el RNA
dese
peña
diferentes
apeles n la expresión e dicha nform
ción,
esdecir, n
a síntesis e
proteínas.
a Figura
3.14
quematizaesas unciones
en una célula tipo, anima
vegetal.
amayoria
del DNA celularse
ocaliza
n el núcl
que
es,
or tanto,el ugar
principal
de a síntesis el RNA.
síntesis
e un
RNA mensajero
zRNA)
o tranScripción
un proceso irigidopor un segmentospecíficoe amo
culadel
DNA. El mRNA seelabora
n el núcleo, irigiénd
se
uegohacia
os
poros
nucleares
pequeños
anales n
envuelta uclear),
esdeos
que
accede
l citoplasma.
1l
secuencia
ucleotídicadel
mRNA sirve
para
dirigir Ia
cuencia minoacílica
euna
proteína,
n un
proceso
e
minado traducción.
a traducciónse
realizaen los ribo
mas,
que
son complejos
de
proteínas ibosómicas
RN
ribosómico
rRNA).
El rRNA sesintetiza
ambién en
el n
cleo,
gual
que
el RNA de
ransferencia
tRNA),
que
lev
ribosoma
os aminoácidosorrectos,
onforme a
cad
polipeptídicase elonga.
Así
pues,
el mRNA, el rRNA y
tRNA son as res
principales ormasdel RNA.
Estas uncionesdel DNA y del RNA en el almace
miento, ransmisión
expresión
e unción
genética
e
consideradas
n detalle
n os Capítulos 8a 22.Aquí n
centraremos
n a
química
de os ácidos ucleicos
de
nucleótidos
ue os componen.
Losmonómeros
on
os nucleótidos
Como
as
proteínas,os ácidos ucleicos on
macrom
culas on
nformación
ntrínseca,ormadas
or
unida
monoméricas
iferentes
ue
sedisponen
on
una secu
cia determinada.
asunidades
monoméricas
e
os
áci
Haymenos
arie
denucleótidos uedeaminoácidos;l DNA y el RNAs
presentan uatro iposdiferentes
e nucleótidos ada
n
(Realmente
a variedadesalgomayor,especialmenten
gunasmoléculas e RNA;
pero
virtualmente odas as
v
riantes ncontradas
n osácidos
ucleicos
orrespond
uno
de oscuatro
nucleótidos ásicos,
ue
ha sidomod
cado
químicamente
espués e
a nserción n a cade
Ácidosucleicos
-
8/17/2019 Capitulo III Las Macromoléculas de La Célula
16/36
Figura
.14
La nfomación
genética
e almacena
n a
secuencia
e
nucleótidos
e as moléculas
el DNA,
En
los orsanismos
eucarióticos
diferentes
e as
bacterias)a
mayoiia
del DNA ce lular
se ocalizaen
el núcleo.
Thmbien
hay pequeñas
antidades
e DNA
en os
órganosdenominados
mitocondrias plastidios,
stos
últimos
exclusivosde
células
vegetales.)
El DNA
nuclear orquesta
a
slntesisproteica
en el
citoplasma,
dirigiendo
la
síntesisdel
RNA
mensajero
mRNA),
que
abandona
l
núcleoa través
de os poros
nucleares
se une a
los ribosomas
del
citoplasma.
Conforme
el
ribosomasedesplaza o largode un mRNA determinado, l
mensaje enético
e ¡aduce
en
un
polipéptido
con
una secuencia
aminoacílica
specífica.
unque
no semuestra
en
el diagrama,
l
DNA
también dirige
la síntesis
de as moléculas
de RNA ribosomai
(IRNA),
que
son componentes
structurales
el ribosoma
y
de as
molécuiasdel RNA
de transferencia,
que
levan
los
aminoácidos
correctos l ribosoma
mientras
progresa
a
síntesis.
Tabla
.5
Bases,
ucleósidos
nucleót¡dos
elRNA
el DNA
Como
seobserva
n a Figura
3.15,
ada ucleótido
stá
formado por
un azLrcar
e cinco
átomos
de carbono
al
cual
seune
un
grupo
fosfatoy
una basenitrogenada.
Elazicar
es D-ribosa
para
el RNA)
o o-desoxirribosa
para
el
DNA). El
fosfato
seune
por
un enlace
osfoéster
l
carbo-
no
5' delazúcar labase
eune
al carbono '.
La
base
ue-
de seruna
purina
o una
pirimiüna.
Las
purinas
del DNA
son a adenina
(A)
y la
guanina
(G)
y
las
pirimidinas
son
la citosina
(C)
y la
timina
(T).
Et
RNA también
iene
ade-
nina, guanina
y citosina,pero
en lugar
de la
timina
tiene
comopirimidinaal uracilo (U).Como os20aminoácidos
proteicos,