Fundamentos de Biología Molecular y Estructura de Macromoléculas

¿Cuáles son las diferencias en la composición química del ADN y el ARN? Cuando el ARN forma doble hélice, ¿de qué tipo es esta? Explica por qué.

La principal diferencia en la composición química radica en el azúcar y en una de las bases pirimidínicas. El azúcar es la 2’-desoxirribosa en el ADN y la ribosa en el ARN. Entre las bases pirimidínicas, la timina del ADN es sustituida por uracilo en el ARN.

Cuando el ARN forma una doble hélice, en regiones autocomplementarias, esta es siempre de tipo A. Esto se debe a la presencia en el ARN del grupo hidroxilo en el carbono 2’ de la ribosa. Este hidroxilo interfiere estéricamente en la forma B, que es muy compacta, al situarse demasiado cerca del fosfato y de la base adyacentes. En el ADN, este hidroxilo está sustituido por un hidrógeno, y este impedimento no se produce. La forma A, más abierta que la B, sí que permite acomodar este hidroxilo extra del ARN.

¿Qué son las acuaporinas? Describe brevemente su estructura y modo de acción.

Las acuaporinas son canales transmembranales altamente específicos para el agua. Su estructura es alfahelicoidal, constituida por 6-7 hélices transmembranales que delimitan en el centro un canal hidrófilo de apenas 0,3 nm de diámetro, que permite el paso de las moléculas de agua de una en una. Habitualmente, se asocian en la membrana formando tetrámeros, entre los cuales se forma una cavidad central cuya función aún se desconoce. Dos residuos de Asn (asparagina) situados en el centro del poro ayudan al paso de las moléculas de agua, interaccionando con ellas mediante la formación de puentes de hidrógeno.

¿Qué son los giros en la estructura secundaria de proteínas? Describe los tipos principales.

Los giros son motivos estructurales que permiten cambios de dirección en la cadena polipeptídica. Los tipos principales son:

• Giros ß (beta): Permiten una inversión completa de la cadena polipeptídica en solo cuatro residuos. Se forma un puente de hidrógeno entre el carbonilo del residuo x y el protón amida del residuo x+3. Se denominan así porque suelen conectar láminas ß antiparalelas.
• Giro γ (gamma): La inversión ocurre en solo tres residuos (el puente de hidrógeno se forma entre x y x+2). El giro γ casi siempre incluye una prolina, mientras que la glicina u otros aminoácidos con cadenas laterales (R) pequeñas son frecuentes en ambos tipos de giro.

Comenta las diferencias fundamentales entre una lámina ß paralela y una antiparalela.

La diferencia fundamental radica en que, en la lámina ß paralela, las dos cadenas polipeptídicas presentan la misma orientación N—>C, mientras que en la lámina ß antiparalela, las orientaciones son opuestas. Esto conlleva diferencias en la elevación de la estructura (0,32 nm/vuelta en la paralela frente a 0,34 nm/vuelta en la antiparalela) y variaciones de aproximadamente 20 grados en los ángulos Φ y ψ. En la antiparalela, los pares de grupos que forman los puentes de hidrógeno están prácticamente enfrentados, mientras que en la paralela quedan más desplazados uno respecto al otro; esto hace que la estructura antiparalela sea un poco más estable que la paralela.

Describe brevemente el experimento que permitió demostrar que la información para el plegado tridimensional de una proteína reside en su estructura primaria.

Este concepto fue demostrado por el experimento de la ribonucleasa de Anfinsen. Partiendo de ribonucleasa, la desnaturalizaron in vitro elevando la temperatura a un pH ácido. Monitorizaron esta desnaturalización mediante diferentes métodos: cambios de absorbancia, de fluorescencia o de viscosidad. Comprobaron que, al desnaturalizarse, la enzima perdía su capacidad de romper ARN.

Si permitían que la proteína regresara lentamente a las condiciones iniciales, comprobaron (utilizando los mismos métodos) que recuperaba su estructura nativa y su actividad biológica. La enzima tiene 4 puentes disulfuro. Si realizaban el experimento en condiciones reductoras, en las que los puentes S-S se rompían, comprobaron que la enzima desnaturalizada se renaturalizaba igual que antes, formándose correctamente los 4 puentes disulfuro (S-S).

Este experimento demostró que toda la información para el plegado tridimensional de una proteína reside en su estructura primaria, y no necesita nada más para plegarse en su forma nativa.

Describe brevemente la estructura y propiedades fundamentales del citocromo c respiratorio.

El citocromo c respiratorio es una proteína soluble de 12 kDa (104 residuos), con un pI elevado y, por tanto, con una gran abundancia de cargas positivas. Su grupo hemo está unido covalentemente a la proteína mediante dos enlaces tioéter. Sus propiedades fundamentales incluyen:

• La coordinación del hemo es His-Met.
• Su potencial de óxido-reducción es de 250 mV, en consonancia con su función en la cadena respiratoria.
• Su estructura está constituida por 4 alfahélices, en las que están implicados el 40% de los residuos. El resto de la estructura está formado por regiones no estructuradas regularmente, como lazos y bucles.
• El espectro de absorción de la forma reducida muestra un máximo característico de la banda alfa a 550 nm.
• La secuencia está enormemente conservada.

Describe concisamente dos motivos estructurales de proteínas en el que intervengan hebras ß y alfa.

Algunos motivos estructurales de proteínas que combinan hebras ß y hélices α son:

• Barril α/ß: Se trata de un cilindro formado por láminas ß paralelas en el que las hebras ß están unidas entre sí por hélices α. Las hebras ß constituyen la pared interna del cilindro, mientras que las hélices se suelen disponer en el exterior, rodeando al sistema ß.
• Sándwich ß: Dos hojas plegadas, normalmente paralelas, superpuestas de tal manera que las láminas forman una estructura cruzada parecida a un tejido cuando se observa desde arriba.
• Haz de cuatro hélices: Cuatro hélices α, antiparalelas dos a dos, unidas por giros ß o bucles, estrechamente asociadas, que habitualmente presentan un nicho hidrófobo en su interior que permite la unión de un cofactor.

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