Bioquímica - Apunts todos PDF

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Apuntes Bioquimica...

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2 parciales 80% (26 octubre + 16 enero) + 5% de 3 autoevaluaciones + 15%exposición

1-Bioquímica: Bloque 1 Tema 1: Biomoléculas -Bioquímica: estudio de la base molecular de la vida. Estructuras química de los compuestos de la materia viva. Biomoléculas; interrelación entre las biomoléculas para dar lugar a estructuras organizadas supramoleculares, capacidad para extraer energía y mantener su existencia (Metabolismo) y como se almacena para transmitir información para vivir/crecer/reproducirse (Biología Molecular). 1.Estructura de las biomoléculas: simplicidad fundamental en la estructura de las biomoléculas, todas desenvuelven funciones específicas, todos los seres vivos utilizan las mismas unidades básicas para construir biomoléculas. Las diferentes capacidades funcionales dependen de la posesión de conjuntos determinados de ácidos nucleicos y proteínas. Con estructura lineal y 3D. 2.Funcionamiento de los seres vivos (metabolismo): son sistemas abiertos, intercambian energía y materia con el entorno y las transforman. El sol directa/indirectamente proporciona toda la energía que necesitan los seres vivos. Energía solar -> Química -> Calor 3.Replicación de los seres vivos. -Biomoléculas: Características: la mayoría son compuestos del carbono, esqueleto carbonatado a los que se unen grupos funcionales, estos determinan las propiedades físicas, la mayoría son polifuncionales. Muchas son asimétricas. Carbono asimétrico o Quiral ( 4 sustituyentes diferentes), compuestos con diferentes configuraciones espaciales (imagen especular), enantiómeros. La importancia de la estructura 3D para entender las interacciones entre biomoléculas; enzima-sustrato, hormona-receptor, antígeno-anticuerpo. Mayormente son macromoléculas; Proteínas (L-aa), A.N (nucleótidos), Polisacáridos (Monosacáridos), Lípidos. SE ORGANIZAN EN MEDIO ACUOSO

Tema 2: Proteínas -Las proteínas estan formadas por una secuencia de aa que define la estructura tridimensional de los diferentes átomos de la proteína, en el espacio, buscando un mínimo de energía. Conformación en el espacio nativa. Cada proteína tiene una distribución determinada que adopta una función determinada. Algunas veces no hay una estructura definida y puede haber regiones con más de una estructura y se denominan desordenadas, que les permite interaccionar con otras proteínas/moléculas aumentando la diversidad funcional. Estabilizada por fuerzas débiles-REVERSIBLES(puentes H, fuerzas de Van der Waals,

fuerzas electrostáticas) y fuertes (enlaces covalentes, enlace peptídico, puentes de disulfuro). Si se alteran las condiciones fisiológicas se alteran las fuerzas débiles, se pierde la función y la estructura tridimensional. Hay patrones estructurales comunes: helicoidal, giros… Permiten entender la conformación. 2.1.Estructura tridimensional: -Conformación: ordenación espacial de grupos sustituyentes que pueden ocupar diferentes posiciones en el espacio sin romper enlaces de la molécula (rotación de enlace). Se pueden girar enlaces sigma. Conformación nativa: ordenación espacial de la proteínas en condiciones normales (fisiológicas) de pH y Tª (conformación con actividad biológica y FUNCIONAL), que será la más estable. -Configuración: ordenación espacial de los grupos de sustituyentes de una molécula orgánica por la presencia de dobles enlaces o C quirales (estereoisómero), para cambiar la estructura hay que romper enlaces. (L-ala/D-ala; son moléculas diferentes). -Homología: cada proteína tiene una secuencia única de aa. Cuanto más cercanos están los organismos desde el punto de vista evolutivo más se parecen las secuencias de una proteína con la misma función. 2.2.Tipos de estructuras: 1.Primaria: secuencia. Nivel de estructuración. Secuencia de aa unidos por enlaces covalentes, enlaces peptídicos que condiciona las posibles conformaciones. aa:molécula orgánica con un grupo amino y ácido sobre un mismo carbono, son 20 aa con carbono quiral menos 1. Todos son L-aa los que forman parte de las proteínas. Es importante saber como se comportan en medio acuoso. En medio ácido se protonan (NH3+), en medio más básico se desprotona (COO- y NH3+; en PH 4-8). Enlace peptídico que tiene carácter de doble enlace; forma parte del mismo plano, más corto que un enlace sencillo, enlace rígido y sin rotación (lo átomos que unen el carbono y el nitrógeno). Secuencias de planos de enlaces peptídicos. Los enlaces simples pueden girar; NC(alfa)=phi y C-C(alfa)=psi; determinan la configuración final.

La configuración favorable es la trans, ya que las cadenas laterales estan opuestas y permite que haya menos interacciones. Proporción 1(cis):4(trans). El enlace es metaestable; estable en condiciones fisiológicas pero termodinamicamente no lo es. La energía de hidrólisi (ΔGº) es negativa, muy alta, energía de activación elevada. Las enzimas Proteasas provoca que baje la

energía 2.Secundaria: de activación. disposición regular y repetitiva de aa en diferentes regiones de la cadena polipeptídica. Plegamiento LOCAL. Estructuras en forma de hélice alfa, hoja plegada/lamina beta o giro inverso/giro beta. Es necesario un tipo de enlace no covalente (puente de H2) para estabilizar el plegamiento regular de una aprte del polipéptido. Deben estar alineados (más fuerte) el enlace N-H y O-C; enlace electrostático. -Hélice alfa: una cadena polipeptídica plegada con conformación helicoidal, dextrógira (los giros son en el sentido del reloj). 3.6aa x vuelta, 5.4A (paso de rosca), grupos laterales proyectados al interior, se estabiliza por puentes de H2. Interacciones entre grupos laterales, muy estable. La secuencia de aa afecta a la estabilidad de la hélice; determinados aa no permiten el enlace de puentes de H2 para estabilizar. -Hoja beta: estabilizada por enlaces de H entre componentes peptídicos (no grupos laterales), interacciones entre segmentos diferentes de la cadena polipeptídica, paralela/antiparalela (más estable), aa hidrofóbicos y pequeños. -Giro beta: responsables de los cambios de dirección de la cadena polipeptídica (giro 180º). Se generan segmentos de 4 aa (enlaces peptídicos 1-2 y 3-4 se unen por puentes de H2, la presencia de Pro / Gly (residuo 3) suele generar un giro. Tridimensional: 3.Terciaria: conformación nativa. Más de una cadena polipeptídica. Plegamiento GLOBAL. Conformación más estable, menos punto de energía. Disposición en el espacio de la proteína; plegamiento de elementos estructurales secundarios junto con las disposiciones laterales de sus cadenas laterales. Plegamiento singular único para cada proteína, responsable de su funcionalidad. Fibrosas: cadenas polipeptídicas organizadas en largos filamentos/láminas. Mayoritariamente de estructura secundaria Función estructural (tejido conjuntivo) y protectora (tejido epitelial). Estructura; sencilla (repetición de una estructura secundaria), forma filamentosa, fibras (cadenas polipeptídicas en disposición paralela), muy resistentes e insolubles en agua. *Alfa-Queratina: Helix alfa + extremo globular. Biomolécula principal de la piel, caebllo, uñas. Se pueden enrollar una sobre la otra formando un dímero y asociarse estes entre si dando lugar a filamentos de la alfa-queratina. Resistente (asociación de fibras paralelas), Flexible (desplazamiento de dímeros entre si), Hidrofóbica (aa con grupos R apolares situados externamente). +Cisteína (que se puedan formar enlaces disulfuro). *Beta-queratina: forma la fibra de la seda. Estructura constituida por hojas betas antiparalelas, +Gly-Ala-(Ser)=apiladas unas sobre las otras. Se estabiliza por fuerzas débiles para permitir la elasticidad (fuerzas de Van der Waals). Proteínas grandes entre 200/700. *Tejido conjuntivo: colágeno, Elastina (tendones) y proteoglicanos (matriz extracelular).

Colágeno: modificación post-traduccional sobre la Prolina (Pro-OH). Estructura helicoidal, triple hélice (tropocolágeno); dextrógira, fibrillas separadas por 64 nm, estabilizadas por enlaces de lisina.Secuencia; repeticiones de Gly-Ala-Pro. Estabilización por enlaces entre las lisinas. 3 hélices enrolladas entre si, más enlaces con la edad y provoca más rigidez. Globulares: cadenas polipeptídicas plegadas en forma globular o esférica, compacto. Diferentes estructuras secundarias en diferente proporción. Funciones múltiples; enzimáticas, de transporte, hormonas, reguladoras… Propiedades: Regionalidad (región ext hidrofílica y región interna hidrofóbica, int/ext definido), Estructura irregular (asociación de segmentos con estructura secundaria y segmentos de estructura irregular, hélice alfa:+-11aa y Hoja beta:+-6 segmentos), Localización de los giro beta (en la superficie de la proteína, permiten el plegamiento), Estabilización de la estructura terciaria ( interacciones débiles, sobretodo interacciones hidrofóbicas, también puentes H2 y disulfuro), Estructura flexible. *DOMINIO: región de una proteína plegada en el espacio. Agrupación globular de 100/200aa formando una unidad estructural dentro de la estructura tridimensional. Suelen tener un papel funcional. Plegamiento único. 4.Cuaternaria: asociación de subunidades proteicas, más de una cadena polipeptídica, con estructura terciaria. Proteínas OLIGOMÉRICAS. Disposición tridimensional de las subunidades con estructura terciaria para formar una proteína funcional; por fuerzas débiles o puentes disulfuro. Ej:Inmunoglobulina. 2.3.Propiedades de las proteínas: elevada diversidad en los organismos vivos. Propiedades físicas: globulares (normalmente solubles en agua), fibrosas (insolubles). Propiedades químicas: pl (punto isoeléctrico): PH al cual la carga global de la proteína es neutra. PHEnzimas

2.6.Relación de estructura-función: Mioglobina-Hemoglobina: Mioglobina: almacenar O2 dentro de los tejidos. 1 cadena polipeptídica, estructura terciaria. Grupo prostético (HEMO); unido a la cadena polipeptídica, unión no covalente en la cavidad hidrofóbica. Cada cadena tienen hélice alfa. El grupo hemo es el encargado de unir el O2, y posteriormente se almacena. Hemoglobina: transportar O2 desde los pulmones a los tejidos. Para oxidar los alimentos se necesita O2 (agente oxidante para captar los e- que se liberan). 4 cadena polipeptídica, estructura cuaternaria. Grupo prostético (HEMO); unido a cada

cadena polipeptídica, unión no covalente en la cavidad hidrofóbica. 2 cadenas alfa y 2 beta. El grupo hemo es el encargado de unir el O2; y posteriormente se transporta. Puede unir 4 O2 gracias a cada grupo hemo. *El O2 es poco soluble en agua: pero gracias al sistema circulatorio la solubilidad en la sangre aumenta 100 veces. Moléculas de hemoglobina (en los glóbulos rojos) para transportar O2 hasta los tejidos en las mitocondrias es donde se transforma, y vuelve a transportar CO2 hasta los pulmones para ser eliminado. *Grupo hemo: parte orgánica (4 anillos de pirrol, protoporfirina coordinado con Fe II con 2 enlaces libres). El entorno hidrofóbico evita que el Fe II se oxide a Fe III, los 2 enlaces libres permiten que uno se coordine al O2 y el otro la histidina proximal (93). Otra histidina distal (64) se puede enlazar al O2. -Unión del oxígeno: depende de su concentración en el entorno. Tienen elevada afinidad por el O2 (Mioglobina; curva hiperbólica, Hemoglobina; curva Sigmoide). Cuando el músculo trabaja la hemoglobina tiene baja afinidad [O2] y por ello lo suelta en los tejidos (estructura cuaternaria definida DesoxiHb T) y cuando se relaja el músculo la hemoglobina tiene alta afinidad y lo transporta pero no lo deposita (estructura OxiHb R), en cambio en la mioglobina se produce al contrario. El cambio de estructura se induce por la presencia de O2, la cavidad interior es más amplia en ausencia de O2. Es una proteína alostérica debido al cambio conformacional que realiza, gracias al modulador alostérico. Los cambios conformacionales se transmiten entre subunidades, proceso reversible, cooperatividad. -Efecto BOHR: en los tejidos se consume O2 y se libera CO2, debido a la respiración, también incrementa los protones y disminuye el Ph. Permitiendo estabilizar la forma DesoxiHb ya que forma un puente salino. Provocan que se libere más O2 porque los tejidos demandan O2. Además los HCO3- reacciona con el N-t de la desoxiHb formando carbamatos con el amino terminal que viaja hasta los pulmones para formar OxiHB. -Bisfosfoglicerato (BPG); se incrementa su concentración como respuesta a una baja [O2], aclimatación a las subidas, provoca que se sintetice mayor BPG para facilitar la descarga del O2 en los tejidos, estabilizando la DesoxiHb. Efectores alostéricos.

Tema 3: Catalisi -Esencial para que las reacciones bioquimicas se den a una velocidad útil en condiciones. Las reacciones quimicas son catalizadas cada una de ellas por un enzima especifico (que se activa/inactiva cambiando la conformación de la proteína). Los enzimas tienen gran especificidad (en relación al sustrato y a la reaccion catalizada y al producto), capacidad de regulación (la actividad catalítica varía en respuesta a señales bioquímicas, coordinación en la actividad de todos los enzimas), catalizan reacciones en condiciones suaves, incrementan la velocidad 10e6-10e12 veces. 3.1.Estructura de enzimas:

1.Proteínas globulares (excepto un pequeño grupo de moléculas de ARN catalíticas: Ribozimas). Estructura terciaria y cuaternaria. 2.Actividad catalítica: conformación nativa. En algunos casos se une un cofactor; iones metálicos (unión con enlaces covalentes coordinados) o molécula no proteica orgánica unida no covalentemente denominada coenzima. Apoenzima (necesita algo para ser activo, se denomina a la parte proteica) + Grupo prostético (coenzima + metal)= Holoenzima 3.Masa molecular: macromoléculas, más grandes que el sustrato. 4.Localización: disolución en los fluidos biológicos, membranas biológicas. *COFACTORES: moléculas necesarias para la actividad de algunos enzimas. Pueden ser iones metálicos o coenzimas (moléculas orgáncias de bajo PM). La mayoria de los mamiferos no los pueden sintetizar y se ingieren vitaminas que son las precursoras de los coenzimas. Las vitaminas son esenciales para la vida y son micronutrientes. Hay vitaminas hidrosolubles (globulares) o liposolubles (no tienen grupos polares, son solubles en medios apolares, liposolubles). NAD/FAD: coenzimas necesarios para las reacciones de oxidación y reducción. Vitamina B1 o tiamina - Necessària en vertebrats i microorganismes. - Forma activa: pirofosfat de tiamina (TPP), transferència de grups aldehid - Deficiència: beri-beri - Carn i vegetals Vitamina C o àcid ascòrbic - Molts animals i plantes la poden sintetitzar a partir de glucosa. Home i altres no. - No li cal activar-se. Funció antioxidant. Manté + l’enzim hidroxiprolina col·lagen - Deficiència: Escorbut - Fruits i vegetals Vitamina A o Retinol - Aïllada en oli de fetge de bacallà - Són alcohols de 20 C Unitats isoprè - No presents en plantes, però les que contenen carotenoides amb unitats isopré Vit. A (animals) - Deficiència: Ceguesa nocturna, pell seca, dessecació mucoses, esterilitat Carotens vegetals, oli de soja, fetge, ous Vitamina D o colecalciferol - Es sintetitza a la pell a partir d’un precursor inactiu (+ sol) - Deficiència: Mala assimilació de Ca i fosfat Raquitisme - Llet i derivats, alguns peixos Vitamina E o tocoferol - Funció encara desconeguda (antioxidant, entre d’altres) Deficiència: Descamació pell, debilitat muscular i esterilitat. - Olis vegetals, llavors de blat Vitamina K - Són naftoquinones amb cadenes laterals isoprèniques - 2 formes principals: K1 i K2 - Deficiència: Mala coagulació de la sang - E.coli intestí, peixos, vegetals 3.2.Clasificación: 1.Oxidorreductasas 2.Transferasa 3.Hidrolasas 4.Liasas 5.Isomerasas 6.Ligasas

3.3.Funcionamiento de los enzimas: 1.Especificidad: -Centro activo; región del enzima donde se une el sustrato y se produce la catalisi. Estructura tridimensional determinada. -Centro catalítico: lugar dentro del centro activo donde se lleva a cabo la catálisi. 1º E + S → < ES .Formas complementarias, interacciones débiles, disposición grupos funcionales. Estado de transición, inestable, que facilita la formación del siguiente producto. 2º ES→< P + E -Modelos de interacción E-S; a)Modelo de la llave-cerradura b)Modelo encaje inducido; el sustrato adopta una conforamcion próxima al estado de transición. La conformación del E-S varía. Inducido por la hexoquinasa.

-Enzimas alostéricos: activador/inhibidor alostérico. Pasa de una conformación a otra por la adición de ligandos. 2.Poder catalítico: facilita que el sustrato llegue al estado de transición. -Cinética enzimática: estudio de la velocidad de las reacciones catalizadas por enzima. Concentración de sustrato; a mayor concentración de sustrato → mayor velocidad, hasta saturación. La Vmáx (saturación) depende de la [enzima]. Son valores experimentales. Ecuación Michaelis -Menten: Km; concentración de sustrato a la que Vo equivale a ½ de la Vmáx. Es una relación cte de velocidad (característica de cada reacción enzimática). Vmáx∗[ S ] V 0= Km +[ S ] Vmáx=K2*E0 Km: informa sobre la afinidad del enzima por el sustrato. Km++ → poca afinidad Kcat: mide la producción catalítica de producto en condiciones óptimas (cuanto más alta, mayor producción). Kcat/Km: indica la eficiencia y especificidad enzimática. Representación de Lineweaver-Burk: Km 1 1 = + ; y=ax +b Vo Vmáx∗[ S] Vmáx 3.4.Regulación de la actividad enzimática: 1.Efectores básicos:

● ph: los enzimas tienen Ph óptimo de actividad, debido a la ionización de los aa del centro activo. ● tª: incrementa la velocidad de reacción, limitación térmica (55-60º), sino se produce la desnaturalización del enzima. 2.Inhibición enzimática: molécula se une al enzima y provoca una disminución de su capacidad catalítica. Muy específica. Puede ser irreversible-covalente/reversible (competitiva/no competitiva). ● Irreversible: se une de forma covalente con el centro activo o lo destruye. No sigue la ecuación M-M. Normalmente se hace de forma progresiva. Típico de Toxinas. Ej: penicilina, elimina una Ala de la síntesis de la pared bacteriana, y puede entrar en el centro activo reaccionando con el enzima y forma un enlace covalente. ● Reversible: -Competitiva; fórmula tridimensional similar al sustrato y se une al centro activo de manera no covalente y el enzima deja de ser activo. Se empieza a bajas velocidades en presencia del inhibidor pero llega a velocidades máximas (Km aparente). Se ve más elevada porque hay menos afinidad. Varía la Km pero no la velocidad máxima.

-No competitiva; cambia la conformación del enzima y no se puede unir el sustrato. Por ello Km=cte y disminuye la Vmax.

3.Mecanismos de regulación enzimática: variación de la velocidad de los enzimas. ● Control de la concentración enzimática: (No es de manera continua) -Cuando se necesita activar una ruta se sintetiza el enzima (on), regulación de la transcripción génica. Ej: bacterias, enzima=galactosidasa, normalmente inactiva, pero si en el medio se pone lactosa se activa la síntesis de dicho enzima para obtener monosacáridos. -Degradación enzimática, cuando no es necesaria la proteína (off) se degrada. ● Control de la actividad enzimática: (ya se tiene el enzima y se modula la velocidad) Etapa limitante=la lenta y normalmente la del inicio de la ruta. Etapa irreversible; enzima regulador. -Control del nivel S/P: el producto directo del enzimo puede actuar como inhibidor competitivo del enzima. Disminuyendo la velocidad. Pequeñas variaciones de [S]

varia mucho la velocidad debido a que la Km es similar a la [s]fisiológica. -Retroalimentación (feed-back): enzimas alostéricos (2 conformaciones, tienen 2 centros activos donde en uno se une el modulador que cambia la conformación modificando la actividad catalítica). Monovalentes/Polivalente (según el nº de moduladores). Homotrópicos (modulador=sustrato)/Heteroprótico (modulador diferente del sustrato). Inhibición por feed-back: el producto final de la ruta metabólica inhibe el primer enzima se evita la producción en exceso. Comportamiento cinético diferente: no siguen M-M. Cinética sigmoidea. Homoprótico:Punto de inflación que coincide con el punto homeostático, si la [S] es menor que este punto el enzima es poco activo y la [S] se acumula hasta llegar a dicho punto. Heteroprótico: con el activador se pasa al estado de...