sesion02

Vista previa del material en texto

Conceptos básicos de biología molecular, I
Dr. Eduardo A. RODRÍGUEZ TELLO
CINVESTAV-Tamaulipas
21 de mayo del 2013
Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del 2013 1 / 28
1 Conceptos básicos de biología molecular, I
Introducción
Proteínas
Tarea
Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del 2013 2 / 28
Conceptos básicos de biología molecular, I Introducción
1 Conceptos básicos de biología molecular, I
Introducción
Proteínas
Tarea
Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del 2013 3 / 28
Conceptos básicos de biología molecular, I Introducción
Introducción
En la naturaleza encontramos dos tipos de materia, la viviente y la
no viviente
Ambos tipos de materia están formados por átomos y obedecen
las mismas leyes físicas y químicas
Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del 2013 4 / 28
Conceptos básicos de biología molecular, I Introducción
Introducción
La materia viviente:
Puede moverse, reproducirse, crecer, comer, etc.
Interactúa activamente con su ambiente
Los seres vivos actúan de esta forma debido a un complejo
conjunto de reacciones químicas que ocurren en su interior
Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del 2013 5 / 28
Conceptos básicos de biología molecular, I Introducción
Introducción
Estas reacciones nunca se detienen
En muchas ocasiones los productos de una reacción son
constantemente consumidos por otra reacción, manteniendo el
sistema en funcionamiento
• Imagen tomada de Wikipedia
Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del 2013 6 / 28
Conceptos básicos de biología molecular, I Introducción
Introducción
Los organismos vivos están también constantemente
intercambiando materia y energía con su ambiente
Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del 2013 7 / 28
Conceptos básicos de biología molecular, I Introducción
Introducción
En contraste cualquier cosa que esté en equilibrio con su
ambiente puede generalmente ser considerada como muerta
Aunque hay algunas excepciones notables en formas vegetales
como semillas y los virus, los cuales pueden estar inactivos por
largos períodos de tiempo y no están muertos
Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del 2013 8 / 28
Conceptos básicos de biología molecular, I Introducción
Introducción
La ciencia moderna ha logrado establecer que la vida en la tierra
comenzó hace aproximadamente 3500 millones de años, poco
después de que ésta se formó
Las primeras formas de vida fueron muy básicas
Millones de años de evolución y diversificación han permitido que
hoy en día existan organismos simples y otros extremadamente
complejos
Ambos tienen una química molecular, o bioquímica, muy similar
Los principales actores de la química de la vida son las moléculas
conocidas como proteínas y ácidos nucleicos
Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del 2013 9 / 28
Conceptos básicos de biología molecular, I Introducción
Introducción
Hablando en términos simples, las proteínas son responsables de
lo que es un ser vivo y lo que puede hacer en un sentido físico
Un científico renombrado llamado Russell F. Doolittle alguna vez
dijo “Nosotros somos nuestras proteínas”
Por otra parte, los ácidos nucleicos codifican la información
necesaria para producir proteínas y son responsables de
transmitir esta “receta” a generaciones subsecuentes
Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del 2013 10 / 28
Conceptos básicos de biología molecular, I Introducción
Introducción
La biología molecular básicamente está dedicada a entender la
estructura y función de las proteínas y los ácidos nucleicos
Estas moléculas son por lo tanto esenciales en el estudio de la
Bioinformática
A continuación daremos una breve descripción de cada una de
ellas
Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del 2013 11 / 28
Conceptos básicos de biología molecular, I Proteínas
1 Conceptos básicos de biología molecular, I
Introducción
Proteínas
Tarea
Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del 2013 12 / 28
Conceptos básicos de biología molecular, I Proteínas
Proteínas
La mayoría de las substancias en nuestros cuerpos son
proteínas, de las cuales hay diferentes tipos
Las proteínas estructurales actúan como bloques de construcción
de tejidos (colágeno y queratina)
Las proteínas enzimáticas actúan como catalizadoras de
reacciones químicas
Un catalizador es una substancia que acelera una reacción
química
Sin las proteínas enzimáticas muchas reacciones bioquímicas no
se llevarían a cabo o tardarían mucho en completarse por lo que
no serían útiles para la vida
Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del 2013 13 / 28
Conceptos básicos de biología molecular, I Proteínas
Proteínas
Una enzima es capaz de acelerar estos procesos hasta millones
de veces haciendo posible la vida
Las enzimas son muy específicas, usualmente una enzima sólo
puede acelerar un tipo especial de reacción bioquímica
Considerando el gran número de reacciones que deben ocurrir
para sostener la vida, podemos ver que se requieren muchas
enzimas
Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del 2013 14 / 28
Conceptos básicos de biología molecular, I Proteínas
Proteínas
Otros ejemplos de tipos de proteínas son:
Reguladoras (insulina, hormona del crecimiento)
Transportadoras (hemoglobina)
Defensivas (anticuerpos)
Pero qué son exactamente las proteínas, cómo están formadas y
cómo desarrollan sus funciones
Responderemos estas preguntas a continuación
Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del 2013 15 / 28
Conceptos básicos de biología molecular, I Proteínas
Proteínas
Una proteína es una cadena de moléculas más simples llamadas
aminoácidos
La siguiente figura presenta la estructura básica de un
aminoácido
Un Carbono alfa (Cα) unido a un grupo carboxilo (−COOH), a un
grupo amino (−NH2), a un hidrógeno y a una cadena lateral
(usualmente denominada R)
Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del 2013 16 / 28
Conceptos básicos de biología molecular, I Proteínas
Proteínas
La cadena R es de estructura variable, y determina la identidad y
las propiedades de los diferentes aminoácidos
La cadena R puede ser tan simple como un átomo de Hidrógeno
(Glicina) o tan complicado como dos anillos de Carbono
(Triptófano)
Existen cientos de cadenas R por lo que se conocen cientos de
aminoácidos diferentes, pero sólo 20 de entre ellos forman parte
de las proteínas
A continuación se presenta una tabla con sus nombres y códigos
Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del 2013 17 / 28
Conceptos básicos de biología molecular, I Proteínas
Proteínas
No. Aminoácido Códigos No. Aminoácido Códigos
1 Alanina Ala A 11 Leucina Leu L
2 Arginina Arg R 12 Lisina Lys K
3 Asparagina Asn N 13 Metionina Met M
4 Ácido aspártico Asp D 14 Fenilalanina Phe F
5 Cisteína Cys C 15 Prolina Pro P
6 Glutamina Gln Q 16 Serina Ser S
7 Ácido glutámico Glu E 17 Treonina Thr T
8 Glicina Gly G 18 Triptófano Trp W
9 Histidina His H 19 Tirosina Tyr Y
10 Isoleucina Ile I 20 Valina Val V
Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del 2013 18 / 28
Conceptos básicos de biología molecular, I Proteínas
Proteínas
En una proteína los aminoácidos están unidos por enlaces
peptídicos
Por esta razón las proteínas son cadenas polipeptídicas
Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV)Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del 2013 19 / 28
Conceptos básicos de biología molecular, I Proteínas
Proteínas
En un enlace peptídico, el átomo de Carbono que pertenece al
grupo carboxilo (−COOH) del aminoácido (1) se enlaza al átomo
de Nitrógeno del grupo amino (−NH2) del aminoácido (2),
desprendiendo una molécula de agua (H2O)
Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del 2013 20 / 28
Conceptos básicos de biología molecular, I Proteínas
Proteínas
Observemos que lo que encontramos realmente dentro de una
cadena polipeptídica es residuos de los aminoácidos originales
Por lo tanto, generalmente se habla de proteínas que tienen 100
residuos, en vez de 100 aminoácidos
Las proteínas contienen en promedio 300 residuos, pero las hay
con entre 100 y 5000 residuos
Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del 2013 21 / 28
Conceptos básicos de biología molecular, I Proteínas
Proteínas
Los enlaces peptídicos hacen que cada proteína tenga un
esqueleto formado por repeticiones del bloque básico
−N − Cα − (CO)−
A cada Cα corresponde una cadena lateral
Debido a que hay un grupo amino en un extremo del esqueleto y
un grupo carboxilo en el otro, entonces es posible distinguir
ambos extremos de una cadena polipeptídica
Y por lo tanto también darle una dirección
Por convención, para nombrar el péptido se empieza por el amino
terminal
Si el primer aminoácido de nuestro péptido fuera Alanina y el
segundo Serina tendríamos el péptido Alanil-Serina
Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del 2013 22 / 28
Conceptos básicos de biología molecular, I Proteínas
Proteínas
Las proteínas no son sólo una secuencia lineal de residuos
Esta secuencia es conocida como su estructura primaria
Las proteínas realmente se pliegan en tres dimensiones,
presentando estructuras secundarias, terciarias y cuaternarias
La estructura secundaria de una proteína está formada sólo por
las interacciones entre los átomos del esqueleto y resulta en
estructuras “locales” en forma de hélices
Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del 2013 23 / 28
Conceptos básicos de biología molecular, I Proteínas
Proteínas
Tránsito de la estructura primaria a la estructura secundaria de
una proteína, i.e. plegamiento de proteínas (protein folding)
Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del 2013 24 / 28
Conceptos básicos de biología molecular, I Proteínas
Proteínas
Las estructuras terciarias son el resultado de empacar estructuras
secundarias en un nivel más global
Las estructuras cuaternarias son un grupo de diferentes proteínas
empacadas juntas
Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del 2013 25 / 28
Conceptos básicos de biología molecular, I Proteínas
Proteínas
¿Cómo se obtienen las proteínas?
Estas se producen en una estructura de la célula llamada
Ribosoma
En un ribosoma los aminoácidos componentes de una proteína
son ensamblados uno a uno gracias a la información contenida en
una molécula importante llamada ácido ribonucleico mensajero
(ARNm)
Para explicar cómo sucede esto es necesario primero explicar
qué son los ácidos nucleicos
Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del 2013 26 / 28
Conceptos básicos de biología molecular, I Tarea
1 Conceptos básicos de biología molecular, I
Introducción
Proteínas
Tarea
Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del 2013 27 / 28
Conceptos básicos de biología molecular, I Tarea
Tarea
Tarea 1:
Leer el siguiente artículo, elegir dos temas de los abordados e
investigar un artículo relacionado con cada tema para preparar
una síntesis (en Latex).
Jacques Cohen, Bioinformatics: An introduction for computer
scientists. ACM Computing Surveys, Volume 36, Issue 2, pages
122-158 (June 2004).
Fecha de entrega: 28 de mayo antes de las 12h00
Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del 2013 28 / 28
	Conceptos básicos de biología molecular, I