bioquímica primer parcial :) (2014)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Veterinaria - 1º curso
Asignatura Bioquímica
Año del apunte 2014
Páginas 42
Fecha de subida 12/11/2014
Descargas 11
Subido por

Vista previa del texto

Curs 2004/2005 Bioquímica I nota al possible lector d'aquests apunts: Equivocar-se és humà i les faltes d'ortografia encara més. No us fieu de tot! Els temes 4 i 8, evidentment, no estan complerts. Bona sort! ÍNDEX TEMA 1: ELEMENTS MOLÈCULES I ENTORN FÍSIC DELS ÉSSERS VIUS.
La bioquímica estudia els composts, processos i reaccions químiques a nivell molecular que succeixen dins de la cèl∙lula i la relació entra la funció i la seva estructura.
 La vida es basa fonamentalment en el Carboni, l'Hidrogen, l'Oxigen i el Nitrogen gràcies a la seva tendència a formar enllaços covalents (estables).
 També són impotants per la vida el fòsfor (p) i el sofre (S) ja que el sofre està associat a proteïnes i el fosfor és necessari per l'intercanvi energètic (ATP) i els àcids nucleics.
 El Na+, K+, Ca2+, Cl- i Mg2+ són importants perquè formen enllaços iònics i actuen com a cofactors d'enzims.
 Els bioelements (o oligoelements), encara que es necessiten en baixes quantitats, són essencials per la vida. Solen ser metalls.
EL CARBONI COM A ELEMENT FONAMENTAL (La versalitat de l'àtom de C): El C permet formar enllaços covalents que aporten molta estabilitat a les molècules ja que es necessita molta energia per trencar-los.
Hi ha diversos tipus d'enllaç covalent segons els quals la molècula té diferents característiques: - Enllaç senzill: C-C no presenta restrinccions en la capacitat de gir de la molècula.
- Enllaç doble: C=C és més curt i rígid que l'anterior i es troba en un sol plà. No té capacitat de gir. Només es pot moure en un pla.
- Enllaç triple C≡C és encara més curt i amb menys mobilitat.
La gran variabilitat i versabilitat d'enllaços que pot formar el C és el que el converteixen en un element tan important.
El C forma un esquelet carbonat d'enllaços covalents entre carbonis que serveix com a base per la molècula, aprofitant els enllaços lliures dels carbonis per afegir-hi (també covalentment) altres àtoms o grups.
1 Elements → Biomolècules → Macromolècules → Orgànuls Caràcter geràrquic de les biomolècules: Precursors→ Orgànuls.
BIOMOLÈCULES Els monòmers (biomolècules) s'estructuren entre ells donant lloc a un altre nivell, macromolècules (prots, acids nucleics, glúcids i lípids). Aquests, al seu torn, formen associacions supramoleculars, que al tornar-se a associar forment els orgànuls.
→ Els bolcs estructurals que donen lloc a macromolècules són: monosacàrids, àcids grassos, aminoàcids i nucleòtids .
La gran diversitat de seqüències fa que hi hagi una gran capacitat d'informació. Aquesta diversitat és proporcional al número de monòmers diferents i a la longitud de les macromolècules. Així, encara que hi hagi més monòmers d'Aa diferents, hi ha més diversitat de cadenes ADN/ARN perquè aquestes són molt més llargues.
NIVELLS D'ORGANITZACIÓ ESTRUCTURAL  Esteroisomers: Molècules amb la mateixa composició i enllaços però diferents estructures tridimensionals. (variants d'una molècula amb els mateixos constituents) o Canvi de conformació: Es produeixen al passar d'un esteroisoms a un altre sense necessitat de trencar enllaços.
o Canvi de configuració: Per passar d'un esterosòmer a l'altre s'han de trencar enllaços.
2 - - Molècula asimètrica o quiral: molècula que té els quatre substituents del C diferents. En les molècules asimètriques, per passar d'una ordenació a l'altre sempre s'ha de produir un canvi configuracional (trencar enllaços).
Molècula simètrica o aquiral: Dos o més substituents són iguals. Per passar d'un esteroisomer a l'altre només s'ha de girar la molècula = canvi conformacional.
 Enantiòmer: Molècula que té capacitat de desviar la llum polaritzada (té activitat òptica) Esteroisòmers on un és la imatge especular de l'altre.
La imatge especular, és la imatge simètrica respecte a un pla entre dos molècules. Depenen del número de carbonis assimètrics que tingui la molècula tindrà més o menys enantiòmers: - 1 C assimètric → 2 esteroisòmers → 1 parella d'enantiòmers - 2 C assimètrics → 4 esteroisòmers → 2 parelles d'enantiòmers - 3 C assimètrics → 6 esteroisòmers → 3 parelles d'enantiòmers (dos a dos) LA IMPORTÀNCIA BIOLÒGICA DE L'H2O 1. L'aigua té un elevat calor específic (necessites temperatures altes perquè s'evapori) de manera que pot actuar com a tampó tèrmic.
2. També té un elevat calor de vaporització (s'evapora lentament) i actua com a refrigerant.
3. La seva capacitat d'ionitzar-se (formant OH- i H3O+) i que actua com a substància amfòtera li permet interaccionar amb les diferents molècules.
4. La seva cohesivitat la converteix en un bon dissolvent i transportador de molècules.
Totes aquestes característiques es fonamenten en la seva estrutura. Com que l'H i l'O tenen eletronegativitats força diferents, al formar l'enllaç covalent, els electrons de l'H són atrets per l'O de manera que en l'O es forma una acumulació de càrrega negativa i en l'H de càrrega positiva, 3 formant així un dipol → la molècula d'H2O és una molècula polaritzada.
Gràcies al dipol, l'aigua interacciona més facilment amb altres molècs.
A més a més de les intereccions entre pols, la molècula d'aigua forma un enllaç dèbil molt especial, l'anomenat "Pont d'H" (o enllaç d'H). La molec d'aigua és capaç de formar 4 enllaços d'H, de manera que pot formar xarxes de molècules d'aigua que donen lloc a les propietat de l'aigua (alta calor específica, etc) INTERACCIONS NO COVALENTS EN MEDI AQUÓS: Els enllaços covalents són els que tenen més energia però hi ha més tipus d'enllaços, els enllaços dèbils, que són molt importants perquè permet un tipus d'intereaccions reversibles que tenen lloc en medi aquós. Parlem de: 1. Els ponts d'H: Interacció entre dos àtoms amb electronegativitats molt diferent. Es tracta d'una molècula "donadora d'H" amb un H δ(+) que interactua amb un "acceptor d'H" que pot ser l'O, F, N (i algún altre element però en menor grau) amb δ(-) (base de Lewis). La distància entre els àtoms, com que l'enllaç és més feble, és més gran.
Els ponts d'H són unions molt dèbils però molt abundants que fan l'estructura molt estable amb la avantatge que cada unió és reversible (bases nitrogenades del DNA, pèptids en prots, etc..) 2. Interaccions hidrofòbiques: Quan una molècula hidrofòbica està en una dissolució aquosa tendeix a formar micel.les amb altres molècules hidrofòbiques per aïllar les seves parts hidrofòbiques de l'aigua.
Aquest és un procés afavorit termodinàmicament ja que augmenta l'entropia de les molècules d'aigua. Està molt menys ordenat si les molècules d'aigua només rodegen una sola micèl.la de molècules hidrofòbiques que si tinguessin que rodejar cada una de les molècules hidrofòbiques.
4 Molècules molt ordenades d'aigua formen "gàbies" al voltant de les cadenes hidrofòbiques per aïllar-les de la resta. Això implica una disminució de l'entropia i és per tant un procés desafaborit termodinàmicament. És per això que les molècules hidrofòbiques formen micèl.les, disminuint així el nombre de molècules d'aigua ordenades.
3. Interaccions iòniques: Els enllaços iònics resulten de l'atracció electroestàtica entre les càrregues positives i negatives dels ions. En dissolució aquosa els cations i els anions estan envoltats per una "armadura" de molècules d'aigua.
4. Interaccions de van der Waals: The weak and relatively nonspecific van der Waals interactions are created whenever any two atoms approach each other closely. They result from the attraction between transient dipoles associated with all molecules. Interaccions dèbils no covalents basades en la momentània distribució assimètrica dels electrons al voltant dels àtoms (dipols). La diferència de densitat de carrega entre dos àtoms. A una certa distància entre els dos nuclis l'energia és mínima i els àtoms tendeixen a la mínima energia.
Quan les distàncies són molt grans desapareixen les forces de van der Waals.
Tampona la presència de protons →desplaçarà l'equilibri de manera que no generarà canvi de pH en el medi.
Dissolució tampó: àcids i bases febles que fan que el pH quasi no canvii mantenint-se en l'equilibri. Un àcid o una base feble actuara com a amortidora quan el pH es trobi al voltant del seu pKa.
5 La zona de pH en la qual els àcids febles poden actuar d'amortidors, "buffering region", es troba un punt per sobre i un punt per sota del pka.
Tampons: Bicarbonat (tampó acètic, amoni.
biològic), acid 6 TEMA 2: PRINCIPIS DE BIOENERGÈTICA.
PRODUCCIÓ I CONSUM D'ENERGIA METABÒLICA  E. Potencial  Nutrients en el medi Llum solar Transformacions químiques dins la cell La transducció de l'energia produeix treball.
Treball cel.lular:  Sintesi química  Treball mecànic  Gradients osmòtics i elèctrics.
 Producció de llum  Transferència d'informació genètica Part de l'E. es discipa en forma de calor.
incrementa l'entropia de l'ambient El metabolisme produeix compostos més simples que les molècules "fuel" 2originals: CO2, NH3, H20, HPO4 Qualsevol organisme viu ha de mantenir un cert "desaquilibri" (de concentracions iòniques, etc.) amb el medi. Només un cop mort l'organisme torna estar en equilibri Es redueix l'entropia amb el medi. Per mantenir aquest del sistema desaquilibri es necessita un constant aport Els compostos simples polimeritzen d'E. Aquesta E. potencial prové del medi, ja formant molècules riques en sigui de la llum (pels org. fotosintètics) o de informació: DNA, RNA, proteïnes.
l'energia acomulada en les biomolècules (fabricades pels org. fotosintètics). L'eina per transformar l'E són les reaccions químiques, i aquesta energia és utilitzada per moltes coses (produir llum, transformar e-, osmosi...).
UNIVERSALITAT DELS PRINCIPIS DE LA TERMODINÀMICA Primera llei de la termodinàmica: l'energia total es del sistema es conserva.
S'allibera enegeria al trencar enllaços de les biomolècules (etc) que aprofiten les cèl∙lules pel seu metabolisme → una petita part d'aquesta energia no és aprofitada i és alliberada en forma de calor.
Segona llei de la termodinàmica: el sistema tendeix a la màxima entropia.
Els organismes degraden les molècules i alliberen productes molt més senzill i variats (+ entropia). Alhora, l'organisme també sintetitza macromolècules pel seu propi organisme, així que malgrat que l'organisme particular tendeix a l'ordre, el desordre generat fora del medi és molt superior a l'ordre intern de manera que la reacció global tendeix a incrementar l'entropia.
7 LA VIDA COM A PROCÉS ALLUNYAT DE L'EQUILIBRI Reaccions bioquímiques Els organismes funcionen a base de reaccions químiques. Es diu que els éssers vius estan en un estat estacionari dinàmic. Per exemple, les concentracions d'hemoglobina o glucosa d'un organisme són més o menys constant al llarg de la seva vida i això és perquè la velocitat de sintesi i la de degradació són més o menys iguals. Per tant no és que sempre hi hagi les mateixes molecules, sinó que hi ha un fluxe de matèria constant.
Energia lliure o energia de Gibbs L'energia lliure és l'energia que s'allibera quan es produeix un procés i que pot ser utilitzada per donar treball (aquesta és lleugerament inferior a l'E. alliberada total del procés ja que part d'aquesta es perd sistemàticament en forma de calor) Si parlem de reaccions químiques l'energia de Gibbs és l'energia que es desprèn perquè la reacció assoleixi l'equilibri. En una reacció en equilibri l'increment de l'energia de gibbs igual a zero.
L'energia lliure estàndard (constant) és l'energia lliure associada a una reacció en condicions estàndard (1 atm, 25ºC, 1M) i es pot calcular tenint en compte que en una reacció en equilibri ΔG=0 i que Q= Keq. També es pot definir com la diferència d'energia lliure potencial dels productes i la dels reactius a condicions estàndard.
Quan la reacció tendeix als productes, és a dir, l'E. lliure potencial dels productes és inferior a la dels reactius, aleshores ΔG és negatiu i vice-versa.
Els valors de l'energia lliure són additius Reaccions acoplades → les reaccions comparteixen un element intermediari, de manera que una de les dues reaccions és molt negativa (despren molta energia) part de la qual pot ser utilitzada per dur a terme la segona reacció, positiva (que requereix energia).
Per exemple: la reacció ATP + H20  ADP + Pi afavoreix la reacció glucosa + Pi  glucosa-6-P.
ΔG total de la reacció (que és negatiu per tal de que es produeixi) es perd en forma de calor.
8 PROCESSOS BÀSICS EN BIOENERGÈTICA Metabolisme Catabolisme: reaccions de descomposició que alliberen energia Anabolisme: reaccions que requereixen energia per tal de sintetitzar productes a partir de les molècules precursores.
 energia alliberada en les molècules transportadores d'energia (ATP, NADH...) Transferència de grups fosfat Adenina (base nitrogenada) ATP: Adenosin tri-fosfat L’energia que transporten les molècules d’ATP es troba “emmagatzemada” en els enllaços P. Fosfoliralada la molècula d’ATP esdevé ADP (Adenosin di-fosfat) i aquest fosforilat esdevindria AMP (Adenosin mono-fosfat).
Ribosa (el C 1 s’uneix a l’adenina) La fosforil.lació dels fosfats γ i β produeix més energia que la dels fosfat α ja que els enllaços anhidro són més forts i contenten més energia.
Enllaç anhidro → molècules iguals.
Enllaç ester → uneix la ribosa amb un subsituent.
9 Quan trenques l’enllaç alliberes un dels fosfats, les carregues negatives es repel.len fortament i alliberen energia. En altres paraules, els productes de la fosforil.lació són més estables que l’ATP.
El Pi (fosfor inorgànic) passa a tenir un estat d’estabilització per ressonància (els 4 O comparteixen electrons i l’H queda apart) mentra que l’ADP tb és més estable que ATP.
Dins de la cèl.lula l’ATP es troba: - En concentracions molt més baixes (menys d’1M) i molt diferents entre ATP i ADP.
- Les molècules d’ATP i ADP sovint es troben associades a ions (com el magnesi) Per això l’experimental ΔGº= -30KJ/mol → Dins de la cèl.lula és molt superior, d’uns ΔGº= 50/60 KJ/mol L’energia NO està en l’enllaç, prové de l’estabilització dels productes. Això permet diferenciar els “compostos d’alta energia” (ΔGº més negativa que la de l’ATP) i “compostos de baixa energia” (ΔGº més positiva que la de l’ATP).
10 Com veiem, no totes les molècules amb l'enllaç fosfat tenen la mateixa energia. L'ATP ens permet marcar la barrera entre els compostos de fosfat d'alta energia (amb ΔGº molt més negativa que l'ATP) i compostos de fosfat de baixa energia, amb ΔGº menys negatives. L'energia del compost com ja hem dit no ve determinada per l'enllaç sinó per l'energia lliure (o de Gibbs) dels productes en relació amb l'energia lliure dels reactius.
Reaccions acoplades: Transferència de grups fosfat 11 Oxido-reduccions biològiques Augment en l'oxidació del C - Oxidació progressiva del C L'oxidació d'un àtom de Fe suposa la pèrdua d'un electró: Fe2+ (reduït) → Fe3+ (oxidat) + 1eCom que els electrons d'un enllaç C-O estan més associats a l'oxigen, un augment en l'oxidació del carboni suposa un augment en el nombre d'enllaços C-O. Aquest és un procés espontani.
Potencial de reducció: afinitat d'un àtom/molècula pels e-. Mesura la facilita d'un àtom per cedir electrons.
Acetaldehid + 2H+ +2e- → etanol (NAD+ + H+ + 2e- → NADH) Eº= -0'19 Eº= -0'320 x -1 ΔEº= -0'197 – (- 0'320)= 0,'123 → exotèrmica Si Eº > 0 → ΔGº < 0 → exotèrmica (exorgònica) esponànies ΔGº= - n F ΔEº ΔG= - n F ΔE 12 nicotidina NADP: Nicotine Adenine Difosfat NAD+ (oxidat) + 2e- → NAD- + H+ (capta els electrons d'alta energia) Espectre d'absorció del NAD+ NADH NAD+ Potencials de redox alts Pots redox baix → + facilitat x cedir e-.
340 A B NAD+ NADH λ La longitud d'ona del NAD+ és de 340nm de manera que amb un espectred'absorció es pot determinar la quantita de NAD+ present i tenir així controlat el procés de la reacció.
13 TEMA 3: PROTEÏNES: ESTRUCTURA PRIMÀRIA I FUNCIONS BIOLÒGIQUES FUNCIONS BIOLÒGIQUES DE LES PROTEÏNES Les proteïnes (a base de aa) són les responsables de les funcions biològiques de la cell: "eina fonamental de totes les funcions".
(Sense enzims els processos serien tan lents que no es podrien donar) (hormones) (permeten el transport de subs.
insolubles) Donen forma/ elasticitat.
Provoquen el moviment dels músculs.
Totes les prots estan formades a partir de 19 aa diferents (aminoacids= monòmers, unitats bàsiques de les prots).
El grup amino i carboxil penjen d'un carboni α R= 19 R's tetracoordinat. Es tracta lògicament d'un carboni assimètric o quiral, tret del cas de la glicina, un aa on la R=H, de diferents manera que el carboni deixa de ser assimètric.
Carboni α grup amino grup carboxil L-aminoàcids → només els L-aa estan presents en les prots, mentre que els D-aa (els seus enantiòmers) no formen prots.
Quan tenim el grup carboxil a dalt i el radical lateral (R) mirant cap a baix, hem de veure si el grup amino queda a l'esquerra o a la dreta. Si queda a l'esquerra serà L i si queda a la dreta serà D.
14 Aminoàcids no polars: grups R alifàtics Hidrofòbics. La Gly té una cua tant curta que malgrat no ser polar, tampoc intervé en les reaccions hidrofòbiques (cosa que les altres sí que fan).
La Met és un dels dos aa que té S en la seva cadena.
Aminoàcids aromàtics: grups R aromàtics Tenen les cadenes laterals en anells aromàtics i són bastant hidrofòbics. Tenen la capacitat d'absorbir la llum ultravioleta.
(Absorbància – a més concentració de substància, més absorbeix la llum).
Aminoàcids polars:  grups R no carregats Més solubles en aigua (+ hidrofílics) que els aa no polars ja que contenen grups funcionals capaços de formar enllaços d'H amb l'aigua (grups encerclats).
15  grups R carregats positivament Com és d'esperar, els grups R més hidrofílics són aquells que estan carregats, ja sigui postivament o negativament. A pH aquests tres aminoacids estan carregats postivament. La His és l'únic aa comú que presenta una cadena lateral amb un pKa casi neutre, de manera que en moltes reaccions catalitzades enzimaticament un residu de His facilita la reacció servint de donador/acceptor de protons.
 grups R carregats negativament Aquests dos aa presenten un segon grup carboxil de manera que a pH 7 presenten una carrega negativa neta.
Aa que presenten S: Cys i Met. El sofre es molt important pq permet formar els ponts disulfur que estabilitzen les proteïnes. (és un enllaç clau a l'hora d'estabilitzar l'estructura secundària de les prots).
Aa que no formen part de les proteïnes: Són precursos d'altres aa que sí que formen prots i estan relacionats en el metabolisme de la urea, actuen com a intermediaris per eliminar la urea del cos.
16 punt isoelèctric (càrrega neta = 0) Punt isoelèctric: pH en el qual la càrrega neta és nul.la (les proteïnes també tenen el seus punts isoelèctrics.
Glicina: pKa1=2,34 pKa2= 9 Al voltant d'aquests pH la glicina pot actuar com a substància tamponadora. Té dos punts d'equilibri.
Si el grup R té alguna càrrega, l'aminoacid té més punts d'equilibri, de manera que té més zones de pH on actuarà com a tampó.
Recorda que a pH més baix que el pKa de l'equilibri la substància estarà protonada (gràfic).
17 Curiositat (no surt als apunts) L'enllaç peptídic Els aa polimeritzen mitjançant enllaços peptídics per formar les proteïnes.
Els 6 àtoms de l'enllaç queden en un sol pla q no pot rotar pq els àtoms estan massa propers en l'enllaç covalent (és un enllaç molt curt degut a la forta atracció).
grup carboxil + grup amino El primer aa té el grup amino lliure.
i l'últim el grup carboxil lliure.
enllaç covalent C-N 18 Enllaços que sí que tenen mobilitat: Φ→ enllaç Cα amb el C de la seva molècula.
Ψ→ enllaç Cα amb el N de l'enllaç peptídic amb l'altre molècula.
La llibertat de gir queda limitada per les cadenes laterals (R) que penjen dels Cα i que provoquen impediments estèrics. (les cadenes laterals llargues, o les aromàtiques impedeixen en certa mesura la rotació). A més a més quan les càrregues de les cadenes laterals siguin del mateix signe tendiran a repel.lir-se, mentre que càrregues de signes oposat s'atrauran i quedaran properes en l'espai.
Aquestes diferents capacitats de gir és el que determina que les proteïnes es puguin plegar d'una manera o una altra, formant les estructures tridimencionals: globulars, d'hèlix...
Cada proteïna té una seqüència d'aa característica que determina la seva estructura i en conseqüència la seva funció.
TÈCNIQUES PER CONÈIXER L'ESTRUCTURA PRIMÀRIA:   hidroisi àcida: A altes temp i en pH àcid, es trenquen els enllaços peptídics d'una prot (s'hidrolitza) i queden els aa lliure per poder quantificar i identificar.
cromatografia: Se separen, identifiquen i quantifiquen els aa.
a) hidrolisi àcida amb HCl → s'alliberen els aa → cromatografia → es determina la composició d'aa (tipus i número) b) Tractament amb Dinitrofenil → marques el primer aa (el que té el grup amino) de manera que quan els hidrolitzes → pots identificar l'aa marcat i saber que es tracta del primer.
c) "Procés d'Edman" → marques l'aa a N-ter però quan fas el tractament per hidrolitzarlo, enlloc de trencar tots els enllaços només trenques l'últim, l'identifiques, i fas el mateix amb el següent.
Aquest procés té una eficiència de 50 aa, passats els 50aa les restes dels vells fan massa soroll i costa identificar els nous. (Pensa que això es fa amb moltes prots, de manera q cada vegada l'aa majoritari és el que toca, però sempre quedarà alguna prot en la qual no s'ha tallat l'aa que tocava i quan aquest es talli farà soroll alhora de determinar el nou aa.) 19 Exemple: reacció química de la degradació d'Edman Afegim el fenil isonosekè (PITC) al polipèptid → el fenil isotiocianat trenca el primer aa per tal d'identificar-lo mentre que la resta de la prot queda sencera i se li pot tornar a aplicar el tractament.
20 Per seqüenciar la prot sencera (que pot tenir centenars de aa) primer s'utilitzen proteases específiques que tallen la prot i després es poden seqüenciar els troços petits pel procés de "degradació d'Edman". Etapes: 1. Composició d'aa (per hidrolisi àcida) → en funció d'això podem saber en quantes parts se'ns tallàra la prot amb cada proteasa.
2. Determinem el primer aa.
3. Trenquem el ponts disulfur (pq els pèptids surtin separats) i fem els puzles corresponents.
21 TEMA 4: NIVELLS D'ESTRUCTURACIÓ DE LES PROTEÏNES 1. Estructura primària: ordre d'aa.
2. Estructura secundària: distribució en l'espai d'una regió concreta de la cadena polipeptídica = estructura local. D'estructures sec. n'hi ha dos o 3 q es repeteixen en totes les prots.
3. Estructura terciària: Estructura en l'espai de tota la cadena polipeptídica. Única per a cada prot.
4. Estructura quaternària: Una prot pot estar formada per varies cadenes polipeptídiques, unides entre elles en l'estructura quaternària.
L'hèlix alfa: característiques - configuració que permet als aa estar més propers ponts d'H entre l'O del grup carboxil i l'H del grup amino de quatre aa més amunt Les interaccions entre cadenes laterals poden ajudar a estabilitzar o desastabilitzar la cadena-α. Les cadenes laterals estan enfocades cap a fora i si 2 cadenes properes tenen càrregues iguals tendiran a repel.lir-se i al revés → trecant/torçant l'hèlix o estabilitzant-la. Les cadenes laterals hidrofòbiques tb s'uneixen entre elles.
Aa com la prolina, l'amino del qual forma part d'un anell i no està lliure, no permet que es formin ponts d'H i talla l'helix-α.
Les cys formen ponts disulfur si estan properes.
22 Totes les hèlix-α q formen part de les prots són destrogires (D-) (giren al voltant de l'eix com les agulles del rellotge).
Si a l'extrem C-ter (densitat de càrrega negativa) de la hèlix-α hi han aa amb cadenes laterals positives compensen la densitat de carrega negativa i estabilitzen la cadena (neutralitzant el dipol).
Les càrregues representades de color negre queden neutralitzades en els pont d'H (són el grup amino + i el grup carboxil -) però a dalt i a baix de l'hèlix- α estan representades de color vermell pq com q l'hèlix no continua les càrregues no es poden neutralitzar.
23 Fulla plegada beta - els aa adjacents estan el més lluny possible formen ponts d'H intracatenaris (entre diferents fulles beta) Per impediments estèrics no poden ser planes del tot.
 Fulla = resultat de l'unió de les cadenes → Antiparl.lel: C→N N←C C→N Paral.lel: C→N C→N C→N En estar tant properes, les cadenes laterals han de ser molt curtes, sinó la fulla no es forma. Si són hidrofòbiques tendiran a formar estructures mol estables.
Mentre que si estan carregades amb la mateixa càrrega tendiran a desastabilitzar la cadena i viceversa.
Gir Beta Les fulles-β i l'hèlix- α són compatibles en la mateixa prot però es necessita una estructura de gir anomenada gir beta.
Poden arribar a canviar l'orientació de la cadena fins a 180º.
Tenen aa molt flexibles –uns 4 aa- i també s'estabilitzen per ponts d'H.
Un dels aa ha de ser una gly pq és petita i té molta facilitat de gir.
24 Coneixent l'estructura primària d'una prot es pot arribar a predir bastant bé la seva estructura secundària – bastant-se en estudis estadístics de la composició aminoacídica de les diferents estructures secundàries.
Per difracció de raigs X i ressonància magneto-nuclear podem determinar l'estructura secundària.
PROTEÏNES FIBROSES    Un sol tipus d'estructura secundàri Insolubles, funció estructural Molt poc nutritives Alfa-queratina 25 TEMA 5: TÈCNIQUES DE PURIFICACIÓ I CARACTERITZACIÓ DE LES PROTS Ruptura mecànica de les cels.
trencament de la membrana cel.lular Medi hipotònic trenca les cels X ultrasons Per separar orgànuls, purificar la membrana o citosis segons on es trobi la proteïna.
aïllem l'orgànul que conté la prot separem la prot desitjada Quan arriba al seu punt isoelèctric la port precipita.
purificació de la prot Centrifugació Consisteix en col.locar la mostra en un rotor : la "força centrípeta" arrossega la massa fins al fons del tub en funció de la massa. Quan més pesat més al fons l'arrossega.
Centrifugació diferencial: Tenim un teixit homogenat, dispers i el posem en un medi amb suficient densitat. Les partícules més denses es dipositen abans (els primers en dipositar-se són els nuclis) i així successivament fins aconseguir sedimentar les partícules per les seves diferents densitats. La primera centrifugació es fa a v lenta. Aleshores el líquid que queda es posa en un altre tub i es fa el mateix a una velocitat una mica més ràpida. No es canvia el medi, es va canviant la velocitat pq cada cop es sedimentin partícules menys pesades.
26 Gradient de densitat: Posem 3 líquids amb 3 densitats diferents i a sobre i hi posem les partícules que volem separar de manera que dp de la centrifugació cada partícula es posarà en la densitat que li correspon.
Diàlisis La tècnica de la diàlisis serveix per separar les proteïnes de petites molècules que puguin haverhi en la solució aprofitant la mida superior de les prots. Es posa la solució parcialement purificada en un "sac de diàlisi" fet d'una membrana semipermeable on els porus són una mica més petits que les prots que volem aïllar. Es posa aquest sac en un volum molt més gran de solució tampó de manera que la membrana permet l'intercanvi de sals però no deixa sortir les prots. Quan arriba a l'equilibri la concentració de sals dins del sac s'ha diluït moltíssim mentre que les prots continuen retingudes (*tb hi quedaran totes aquelles partícules més grans que la molècula que volem aïllar).
Cromatografia en columna La fase mòvil es desplaça per l'interior de la fase estacionària.
Es col.loca la fase sòlida dins de la columna (matriu) i s'"empaqueta" posan-t'hi el líquid de la fase mòvil a l'interior fins que estigui equilibrat. La mostra es posa a dalt de la fase estacionària i s'hi fa passa la fase mòvil a través (la fase mòvil s'ha de subministrar continuament sense deixar que s'assequi).
En un principi queda una banda amb la barreja de proteïnes, però a mesura que hi vas afegint la fase mòvil les diferents prots es van separant en funció de la seva interacció amb el material de la matriu (la fase estacionària). No sempre es poden separar les proteïnes completament i de vegades hi ha una zona que queda confusa (exemple entre B i C).
27 Cromatografia de bestcavni iònic: Si la fase estacionària està carregada negativament (x exemple) interacciona amb les partícules positives de manera que només surten les neutres i negatives.
Aleshores per treure les positives ho pots fer canviant el pH, de manera que una prot q a un Ph determinat era positiva, en canviar el pH canvia la càrrega i s'allibera de la fase estacionària.
 Cromatografia de bestcanvi catiònic: fase estacionària negativa (reté cations)  Cromatografia de bestcanvi aniònic: fase estacionària positiva (reté anions).
Cromatografia de d'exclusió molecular: En la tecnica d'exclusió molecular (separació per tamanys) la fase estacionària està composta per un polímer amb uns porus d'una determinada mida. Les proteïnes grans baixen més ràpid per el tub perquè són massa grans per penetrar pels porus. En canvi les prots petites es passegen pels porus i tarden més en arribar a baix.
La cromatografia només es capaç de formar un gradient entre les molècules que siguin d'un tamany inferior al dels porus dels polímers però tp molt petites. Totes les molècules més grans que els porus surtiran juntes al principi mentres que totes les prots massa petites surtiran totes juntes al final.
(la diferència entre la cromatografia de gelfiltració (exclusió molec) i l'electroforesi és que la primera es fa amb les proteïnes en el seu estat natural (conservant l'estructura terciària o quaternària) mentre que la segona es fa en presència de SDS i per tant amb les prots desnaturalitzades (subunitats).
28 Cromatografia d'afinitat: Separa les partícules per afinitat del lligand. És una interacció específica a nivell biològic: - antígen- anticos - enzim-substrat - hormona receptor X exemple empaquetem una columna amb receptors d'estrògens en la fase estacionària i fem passar la mescla amb els estrògens.
Per serpar-los un cop ja hem filtrat tot el que no voliem s'han de canviar les condicions: "alució per competició"→ s'introdueixen unes molècules anàlegues a la molèc d'estrògen que tinguin més afinitat pels receptors (el mateix "lligand") pq desplacin els estrògens i els alliberin dels receptors, "competència pels receptors".
Una altra manera de desanganxar-los és introduint receptors lliures amb la fase mòvil, de manera que els estrògens poden quedar units als receptors fixes o unir-se als mòvils que aniran sortint. Al cap d'un temps la majoria d'estrògens s'hauran unit als receptors mòvils i hauran sortit tots.
Aquesta cromatografia és molt pràctica xo només es pot dur a terme si tens una bona relació d'afinitat.
Activitat (unitats)= mesura la quantitat de la prot q estem purificant. En cada purificació es perd una mica de la nostra prot.
Activitat específica (Ae)= quantitat de la nostra prot respecta la prot total.
Incrementa al llarg de la purificació.
29 Tècniques Coses a determinar Dicruisme circular Electroforesi: Separa prots i DNA dins d'un camp elèctric segons la seva càrrega. L'avantatge de l'electroforesi és q les prots es poden visualitzar ràpidament per determinar el nombre aproximat de les diferents prots d'una mescla o el grau de puresa d'una preparació. A més també et permet detectar propietats com el punt isolèlectric d'una prot o el seu pes molecular aproximat.
Electroforesi sobre paper mullat: Pq passi la corrent, la mostra ha d'estar submergida en aigua, les prots carregades negativament (anions) aniran cap a l'ànode (electrode positiu) i els cations cap al càtode (electrode negatiu). Els electrodes reben el nom dels ions que atrauen.
Seveix (x exemple) per separar les proteïnes sèriques (del sèrum de la sang). No té gaire resolució, la diferència entre prots ha de ser molt gran pq es noti.
Electroforesi vertical: S'introdueixen les mostres en una mena de forats.
Poliacrilamida + SDS: Aquesta electroforesi es fa en presència de SDS, un detergent iònic que emascara les càrregues reals de les proteïnes conferint-los a totes una càrrega negativa proporcional a la seva massa. Per cada dos aa se li uneix una molec de SDS amb carrega negativa de manera que totes les molecs tenen la mateixa densitat de càrrega (negativa) independentment del tamany, pH etc... A més el SDS 30 trenca els ponts d'H i fa correr les subunitats de la proteïna per separat. Això es fa correr per un gel de poliacrilamida que dificula el pas de les molècules més grans. Així aconseguim separar les proteïnes (o subunitats) per tamany i no per carrega, ja que totes estan igual d'atretes i cap a la mateixa direcció.
Això ens permet calcular el tamany de les molecs a partir de fer correr un patró de pesos moleculars. En funció de la distància recorreguda podem comparar amb el carril patró (fent un gràfica de migració relativa vs.
log de la massa molec). Les prots es mouen inversament proporcional al seu tamany.
Per tant l'electroforesi en presència de SDS es fa amb les prots desnaturalitzades (mentre q la cromatografia de gel filtració es feia amb la prot original) Isoelectroenfoc: S'utilitzen amfòlits, molecs molt petites amb punts isoelèctris molt diferents per crear un gradient de pH al llarg del tub. Quan es fan passar les proteïnes aquestes s'aturen en arribar al seu punt isoèlectric.
Quan el pH=PI la càrrega neta de la prot = 0 i per tant ja no es desplaça cap a l'ànode ni cap al càtode.
Es fa en un gel de poliacrilamida de porus grans pq el tamany no sigui un impediment per l'electroforesi.
(es fa lògicament sense SDS) Si el pH < PI de la prot → la prot es protona (queda carregada positivament) Si el pH = PI de la prot → la prot té una càrrega neta nul.la.
Si pH > PI de la prot → la prot es desprotona i queda carregada negativament.
pH + < PI < pH – 31 Electroforesi bidimensional Combinació de l'electroenfoc i de l'electroforesi en presència de SDS.
Primer té lloc l'electroenfoc, abans de desnaturalitzar la prot amb SDS, i després es fa passar per un gel de poliacrilamida en presència de SDS.
32 TEMA 6: CATALITZADORS BIOLÒGICS Els enzims no es gasten ni es degraden en la reacció (no es metabolitzen), actuen com a substrat i en acabat la reacció hi ha exactament la mateixa quantitat d'enzim i no s'ha transformat.
90-99% dels enzims són proteïnes.
Tb hi ha RNA amb capacitat enzimàtica (poc freqüent) – Teoria de l'evolució q posa l'RNA com a molec principal en l'orígen de la vida (transmet informació, es pot autoreplicar i a més té una mica d'activitat catalítica) = RNA autocatalític.
Haloenzim = enzim catalíticament actiu + cofactor (ions metàlics, grups orgànics, etc) Tipus d'enzims: 1. Oxidoreductases: enzims capaços de catalitzar reaccions on hi ha transferència d'electrons (o de protons) 2. Transferases: participen en reaccions de transferència de grups sencers (OH-, CH3...) entre molècules.
3. Hidrolases: catalitzen reaccions de ruptura en presència d'aigua on l'H2O és la receptora del grup funcional que s'ha trencat.
4. Liases: enzims capaços de trencar/ fabricar un doble enllaç (habitualment C=C). Ja sigui substituint el doble enllaç per un grup funcional o treient el grup i formant un doble enllaç.
5. Isomerases: Transfereixen grups dins de la mateixa molècula formant, d'aquesta manera, isòmers.
6. Ligases: formen enllaços covalents entre C-C, C-S, C-O i C-N en reaccions de condensació mitjançant el consum d'ATP.
Diagrama de coordinada de reacció per a una reacció química (Defineix la termodinàmica de la reacció) Estat de transició: estat de màxima energia lliure.
Energia d'activació: energia que necessita per superar la barrera energètica per dur a terme la reacció. Ja sigui de substrat a producte com viceversa (l'energia x passar de producte a substrat és lògicament superior).
33 Diagrama de coordinada de reacció per a una reacció química catalitzada vs no catalitzada ES: Complexe enzim+substrat EP: Enzim+producte L'enzim el que fa és baixar considerablement l'energia d'activació d'una reacció de manera que aquesta es pugui dur a terme molt més ràpidament (ja que és l'energia d'activació el que determina la ràpidesa o lentitud d'una reacció).
L'enzim forma dos productes intermedis per arribar al producte final que tenen energies d'activació molt més baixes que l'estat de transició original: ES i EP.
Sense enzim la reacció té lloc molt lentament i necessita energia x superar l'estat de transició L'enzim fixa l'estat inicial del substrat i fa que no es produeixi la reacció Si l'enzim és complementari a l'estat de transició accelera la reacció 34 Mecanismes generals de catalisi  Catalisi àcid-base (transferència de H+) o General: B (nucleòfil) HA (àcid) o Específica: H20 intervé en el procés  Catàlisi covalent o Enllaç E-S transitori format  Catàlisi per ions metàlics o Per orientació del substrat, estabilització de càrrega o en reaccions redox.
Estat estacionari otal Al llarg del temps la concentració d'enzim més substrat és estable. Es forma tant complexe [ES] com enzim lliure [E] s'allibera (K1 ≈ Kcat).
[E]t és la quantitat d'enzim total i lògicament tb es manté constant (gràfic) Efecte de [S] sobre Vo Km – constant cinètica de l'enzim = concentració de substrat en el moment en què la reacció va a ½ de la Vmax.
Kcat – constant catalítica = Vmax / [E] A mesura que anem afegint substrat, l'enzim va augmentat la velocitat de la reacció vo = kcat [ES] fins que arriba a una velocitat màxima → saturació dels enzims, no hi han més enzims per poder formar més complexes – a partir d'aquí la concentració del complexe E+S esdevé constant i la velocitat no pot incrementar més vmax = kcat [E]t.
35 Els dos són negatius pq van en sentit contrari a la formació de ES.
Observacions: Km i Kcat son sempre constants i no depenen de la concentració d'enzim.
Vmax no és constant. Quan més enzim més alta serà la Vmax.
velocitat = quantitat de substrat que desapareix/ temps = quantitat de producte format/ temps Vo= velocitat inicial = es defineix la v inicial com la velocitat d'increment de producte quan hi ha substrat en excés ja que després s'estabilitza: vo = kcat [ES].
Km – afinitat de l'enzim pel substrat (quan més peke la Km →més afinitat de l'enzim → més ràpid arriba a la ½ de la Vmax) Kcat – rapidesa de catalització de l'enzim (constant catalítica) Gràcies al desenvolupament anterior van poder arribar a aquesta gràfica.
Simplificacions: La concentració d’enzim sempre será molt més baixa que la concentració del substrat perquè la seva funció és la de catalitzar reaccions.
A l'estat inicial: [S] ≈ 0 << Km i es pot despreciar. Com q Vmax i Km són constants Vo només depen de la concentració inicial de substrat.
En l'estat final: [S] >>> Km i per tant Km es pot despreciar. Queda Vmax [S]/ [S] elminem les [S] i queda que Vo= Vmax.
36 Per calcular la Km, com q en una hiperbole no podem calcular la Vmx, fem l'invers de MichaelisMenten i se't converteix en una recta en relació inversament proporcional a la [S] (representació de Lineweaver-Burk o dels "dobles recíprocs").
En el punt en k la recta creua l'eix de les y tenim 1/Vmax i quan creua l'eix de les x tenim -1/Km i d'aquí podem treure facilment la Km i Vmax.
Regulació de l'activitat enzimàtica  Per inhibició o Reversible (inhibidor s'uneix reversiblement) o Irreversible  Per control alostèric (unions que no impliquen enllaços covalents) o Unions d'activació o Unions alostèriques d'inhibició (reversible)  Per modificació covalent o reversible (inactiva o activa) o irreversible  Per control de la síntesi i degradació: varia la [enzim] Inhibició reversible:  Competitiva: la molècula inhibidroa competeix amb el substrat per el lloc d'unió amb l'enzim (el substrat i l'enzim s'assemblen molt en el lloc d'unió).
No modifica la Vmax però necessites molt més substrat per arribari → incrementa ↑ km que representa l'afinitat de l'enzim pel substrat (la km és més gran pq tarda més a assolir la ½ de la Vmax).
37        Acompetitiva: "inhibidor acompetitiu" → l'inhibidor s'uneix directament al complexe ES (i x tant no en el mateix lloc que el substrat).
Això és un cas diferent de l'anterior, no afecta l'afinitat i posant més substrat no solucionem el problema, el que està afectat és la ↓ Vmax (i de retruc ↑ km).
Mixta: l'inhibidor s'uneix a un lloc diferent del substrat però es pot unir tant a l'enzim/substrat com a l'enzim sol (cosa que no era possible en el cas anterior). En general la ↓ Vmax i la ↑ km si el substrat té més afinitat per l'enzim+inhibidor q x l'enzim sol.
Però quan el substrat reconeix amb la mateixa afinitat l 'enzim que l'enzim+inhibidor això dóna un cas d'inhibició mixta no competitiva on la km no es veu afectada i la ↓ Vmax disminueix.
38 Regulació alostèrica: tan pot activar com inactivar – s'anomenen "modeladors" positius o negatius en funció de si activen o desactiven.
Un modelador positiu no pot ser competitiu (pq li pendria el lloc al substrat) però si que pot ser que el mateix substrat actui com a modelador positiu (ex. hemoglobina).
↑ afinitat (+): ↑Vmax i ↓km + ↓ afinitat (-): ↓Vmax i ↑km – Modificació covalent  Reversible: o Fofosforil.lacions → activen (consumeix ATP) o Defosforil.lacions → (s'allibera fosfat inorgànic) En funció del balanç forsforil.la o desfosforil.la inactiu inactiven ATP/ADP es actiu 39  Irreversible: Per activar l'enzim s'ha de ratallar (amb proteases). Aquests enzims són més llargs del que haurien de ser i en ratallar-los s'activen. És una activació irreversible, aquest tipus d'enzims s'han d'inactivar d'alguna altra manera.
Exemples (sovint són enzims hidrolítics (protesases)): pèptid que bloquejava el centra actiu de la tripsina i que en alliberar-se activa irreversiblement la tripsina.
Mecanisme enzimàtic de la quimotripsina Quimotripsina – és un enzim proteolític q es troba en l'aparell digestiu dels mamífers. Trenca les prots en trossos més petits. Reconeix els aa voluminosos i hidrofòbics i els trenca pel cantó carboxil: ______ Phe _____ Met _____ Tryp. ______ Tirosina ____ c-ter Fa servir l'estratègia catalítica àcid/base i la catalisi covalent: (A) primera etapa; es forma l'enllaç covalent amb l'enzim.
(B) 2a etapa; Reacció pròpiament dita i alliberament del substrat.
40 Centre actiu: lloc on es produeix la reacció.
Tríada catalítica: està formada per Asp102, His57 i Ser195 L'Aspartic col.loca bé la Histidina i l'orietna pq interaccioni amb la Serina. Això deixa a l'oxigen molt reactiu ja que el seu H s'uneix molt al nitrogen i deixa a l'oxigen negativament carregat.
41 ...