Tema 2 – Composició de la matèria viva-(3 de 3)

TEMA2-3.- – PROTEÏNES I ÀCIDS NUCLEICS 1

TEMA 2.- COMPOSICIÓ DE LA MATÈRIA VIVA (part 3)

PROTEÏNES

Les proteïnes són grans molècules molt importants a les cèl·lules, amb funcions estructurals i de funcionament (funció catalítica). Estan formades majoritàriament per C, O, H i N, a més d’una presència important de P i S.

AMINOÀCIDS. ESTRUCTURA I PROPIETATS

Els aminoàcids, components principals de les proteïnes, són molècules senzilles, menudes, que reben el seu nom degut a dos grups químics. Per una banda el grup amino (NH2), per l’altra el grup àcid (COOH). Açò no cal recordar-ho, sols serveix per a saber d’on ve el nom. Són sòlids i solubles en aigua.

Bàsicament existeixen 20 aminoàcids (a partir d’ara a.a.) components principals de les proteïnes. I d’aquests 20 sols un grup pot ser sintetitzat pels animals. Els altres s’han d’ingerir amb la dieta. Es coneixen com a.a. essencials. Per això és tan important seguir una alimentació completa, que presente tots els aminoàcids. Pensa que nosaltres mengem proteïnes per a desmuntar-les en els seus aminoàcids i muntar les nostres pròpies proteïnes amb els mateixos. Els éssers autòtrofs (les plantes) tenen la capacitat de sintetitzar-los tots.

PROTEÏNES. ESTRUCTURA

Les proteïnes estan compostes per una o vàries cadenes d’aminoàcids. Presenten diferents estructures, de les quals sols t’interessa la seqüència de com es formen:

Estructura primària: és la seqüència lineal d’a.a., amb un ordre concret, que ve dictat per l’ADN

(ja ho veurem més avant).

Estructura secundària: formada per la forma que adopta la primària quan es plega sobre sí mateixa. La seua disposició espacial no és casual. La posició exacta d’alguns a.a. fa que es puguen donar els enllaços i atraccions necessàries per a estabilitzar-la. Si, per exemple, fem un embolic amb un fil de llana, cada vegada ens eixirà un de diferent, però en el cas de les proteïnes sempre ix el mateix, perquè els punts de contacte entre el fil són sempre els mateixos, degut a que allí sempre està el mateix aminoàcid. És com si en el fil hi hagueren trossets de velcro en punts estratègics.

Presenta diverses formes, o bé en forma de serpentina (hèlix), o bé en forma de làmina plegada, o en forma de...

...Triple hèlix de col·lagen: és una varietat particular d’estructura secundària, quedant una estructura allargada i molt resistent. Es presenta als teixits connectius (tendons, etc).

·Estructura terciària: aquesta estructura

deriva de plegar la secundària, igual que aquesta resultava de plegar la primària. És com si agafares un fil de telèfon (d’aquells enrotllats en hèlix) i el plegares sobre si mateix.

←

·Estructura quaternària: resultat de

l’associació específica de vàries estructures terciàries.

→

PROTEÏNES. CLASSIFICACIÓ

Donada la quantitat diferent de funcions i la seua diversitat d’estructures, és millor parlar de diferents classificacions:

1. segons la seua estructura:

a. Proteïnes fibroses: més simples, formant fibres paral·leles que els donen molta resistència. Funció protectora i estructural, presents als teixits resistents, com el muscular o el connectiu. Exemples: col·lagen, miosina, queratina, fibrina, elastina, etc.

b. Proteïnes globulars: amb volum, més complexes, amb estructures compactes, solubles en aigua i menys resistents. Exemples: actina, albúmines, globulines, etc. Presents a la sang, llet, etc.

2. Segons la seua funció: a. Estructural i contràctil: col·lagen (al teixit conjuntiu, pell, cartílag, etc.), miosina

(contràctil, responsable de la contracció muscular), queratina (als pels, plomes, ungles i banyes, rica en a.a. amb sofre), fibrina (a la sang, ajuda a la coagulació), elastina (a la pell, vasos sanguinis, cartílag, etc.), etc.

b. De reserva: magatzem d’a.a. per al creixement o reparació de teixits. Exemple: les albúmines i globulines de les llavors, la llet i els ous.

c. Catalítica: (o biocatalitzadora) en reaccions o funcions fisiològiques: Enzims i hormones. d. De transport: de substàncies pels medis interns, com ara de greixos, colesterol, oxigen

(hemoglobina i mioglobina), etc. e. Funció immune: encarregades de lliurar-nos de toxines i gèrmens (immunoglobulines).

PROTEÏNES. PROPIETATS

Especificitat: l’ordre específic dels aminoàcids ve dictat per l’ADN, per tant són diferents entre els diferents éssers vius. Inclús són diferents entre les persones, d’ací que no es puga trasplantar un òrgan si no se és compatible amb el donant.

Solubilitat: en aigua, la qual cosa permet el transport en la sang i la presència en altres líquids, com la llet.

Desnaturalització: fenomen degut a la pèrdua de les estructures , normalment pel calor. Ex: a l’ou fregit la clara passa de ser transparent i semi líquida a blanca i sòlida. El mateix passa a les cataractes del cristal·lí, però en aquest cas per envelliment.

Tema 2 – Composició de la matèria viva-(3 de 3)

TEMA2-3.- – PROTEÏNES I ÀCIDS NUCLEICS 3

ELS ÀCIDS NUCLEICS

Els àcids nucleics són compostos que emmagatzemen i transmeten la informació genètica. Formen molècules llargues. Existeixen dues formes bàsiques: l'ADN (àcid desoxiribonucleic) i l'ARN (àcid ribonucleic). Ambdós son polímers d’unes molècules més menudes que es diuen nucleòtids. No cal saber química per a fer-se una idea. Quedat amb les formes.

Estos són els components d’un nucleòtid: La pentosa és un monosacàrid de 5 carbonis. Les bases nitrogenades poden ser 5:

Adenina (A)

Guanina (G)

Citosina (C),

Timina (T) sols a l’ADN

Uracil (U) sols a l’ARN

ESTRUCTURA BÀSICA DELS ÀCIDS NUCLEICS

Com pots veure, els nucleòtids el poden unir formant cadenes, molt més llargues que aquesta, clar. Es formaria així l’ARN. L’ordre de les bases nitrogenades és molt important. Els nucleòtids també es poden disposar formant dues cadenes paral·leles, una cap amunt i l’altra cap avall, com es veu a les figures de baix. Es forma així l’ADN. Com pots veure, la part central està ocupada per les bases nitrogenades, i aquestes sols s’uneixen de la següent forma:

A-T G-C

Eixe ordre concret de les bases és el que forma un codi especial, que serà traduït en forma de proteïnes.

Cal deixar clar des del principi que TOTES LES CÈL·LULES d’un mateix ésser viu tenen el mateix ADN, la mateixa informació, que ve, meitat i meitat, dels pares. I també que els àcids nucleics són les úniques molècules capaces de transmetre informació de pares a fills, cosa que no poden fer ni glúcids, ni lípids, ni proteïnes, ni vitamines...

ESTRUCTURA DE L’ADN

Aquesta cadena s’enrotlla en espiral, formant la famosa doble hèlix de l’ADN. Amb les dades I treballs de molts investigadors sobre la composició de l’ADN realitzats als anys 50 del segle XX, Watson i Crick van proposar al 1953 (i van guanyar el Nobel) un model estructural de l’ADN en el qual dues cadenes de nucleòtids se situen una davant de l’altra i es mantenen associades mitjançant les bases nitrogenades. Segons aquest model:

La molècula d'ADN és una hèlix doble.

Les dues cadenes es disposen en sentits oposats, una cap amunt i l’altra cap avall. Són, per tant, antiparal·leles.

Les bases nitrogenades són a l'interior de la doble hèlix, mentre que els esquelets pentosa-fosfat de les dues cadenes es troben a la part exterior.

Els aparellaments de les bases sempre són entre A-T i G-C.

MOLT IMPORTANT: Aquest model mostrava ja la possibilitat que l'ADN puguera complir les següents funcions:

Contenir la informació genètica codificada en la seua seqüència de bases.

Són les úniques molècules amb la capacitat de reproduir-se exactament per a originar dues molècules filles idèntiques a la molècula original.. Això és absolutament necessari per tal que la informació genètica puga ser transmesa fidelment de pares a fills.

Un canvi en la seqüència (mutació) pot modificar la informació i aquest canvi pot ser transmès a la descendència. Cal remarcar que les mutacions no sempre són perjudicials. També han sigut el motor de canvi de l’evolució.

A les cèl·lules eucariotes l’ADN es troba en el nucli formant la cromatina, que seria com un cabdell de llana desenrotllat i escampat pel nucli. Així es presenta durant la major part de la vida de la cèl·lula. D’altra manera no es podria traduir la seua informació. Imagineu que teniu uns cordons de sabata on hi ha escrit un codi. L’única manera de llegir-lo és tindre el cordó escampat, no embolicat. Però si volem fer còpies per a repartir-les a les cèl·lules filles, el millor és enrotllar cada cordó fins fer un cabdell. Així els podrem repartir millor. És el mateix que fa l’ADN. Les grans molècules d’ADN de les cèl·lules eucariotes arriben a estar molt empaquetades, ocupant així menys espai durant la divisió cel·lular. Es formen així els cromosomes. Per tant, i fent un resum, la informació genètica està a l’ADN, i és transmesa de cèl·lula mare a cèl·lules filles.

Per exemple, quan un teixit creix, es fan còpies de les cèl·lules per augmentar el seu número. O de pares a fills, mitjançant les cèl·lules sexuals (gàmetes).

Tema 2 – Composició de la matèria viva-(3 de 3)

TEMA2-3.- – PROTEÏNES I ÀCIDS NUCLEICS 5

I si l’ADN és la molècula que du la informació, l’ARN és l’obrer que permet traduir-la.

ESTRUCTURA DELS DIFERENTS TIPUS d’ARN

La major part dels ARN sols tenen una cadena. I presenta diferents tipus, que són els encarregats d’extreure la informació codificada de l’ADN. Estos són els diferents tipus i la seua funció:

ARN missatger (ARNm). Quan l’ADN sobre dins del nucli i deixa a la vista la seua informació codificada, damunt d’una de les seues fibres es crea una cadena d’ARN missatger, que copia la informació i se n’ix fora del nucli. Així es protegeix l’ADN original. És com si estigueres a una biblioteca, treballant amb un llibre molt delicat i valuós. El que fas és una fotocòpia sobre la qual treballar a casa.

ARN de transferència (ARNt). La informació de l’ADN i, per tant, de l’ARN missatger, va en grupets de tres bases (si ho prefereixes, de tres lletres), els codons. Cada grupet de tres serà traduït en un aminoàcid. Doncs els encarregats de fer esta traducció són els ARN transferents, que es col·loquen i coincideixen damunt de cada grupet de tres bases, duent un aminoàcid a l’altra punta de la seua estructura.

→

ARN ribosòmic (ARNr). És el més abundant a les cèl·lules. Es troba formant part dels ribosomes al citoplasma, i són el suport on es realitza la traducció de la informació genètica.

ELS ÀCIDS NUCLEICS (com funciona tot)

Els àcids nucleics són les úniques molècules capaces de replicar-se, de fer còpies de si mateix. I per tant de perpetuar la vida. A més, hem vist que les proteïnes tenen una característica distintiva respecte als hidrats de carboni i als lípids: són específiques, gràcies al possible diferent ordre dels seus aminoàcids components. Anem a veure també l’origen d’aquesta especificitat: la possibilitat de codificació de missatges dels àcids nucleics gràcies a l’ordre de les seues bases nitrogenades.

EL CODI GENÈTIC Com hem vist, la informació que permet formar els nostres cossos, a més de la informació per a crear enzims i altres molècules que ens permeten funcionar, està a l’ADN dels cromosomes que ens passen els nostres pares en el moment de la fecundació. Després, l’òvul fecundat va fent còpies de sí mateix, creant cèl·lules que aniran diferenciant-se fins convertir-se en neurones, cèl·lules epitelials, musculars, etc. Per tant, totes les cèl·lules del cos porten la informació completa a la seqüència de nucleòtids del seu ADN. Després cada cèl·lula utilitza una part o altra, segons la seua funció, igual que tu tens tota la informació referent al teu cotxe al llibret d’instruccions, però sols mires la referent al rellotge quan vols canviar l’hora. Ara bé, com pot aquesta informació dirigir els processos de la cèl·lula? Anem a veure-ho.

EL CODI GENÈTIC

Com es veu a la dreta, cada grup de tres lletres (o bases nitrogenades) de l’ARN missatger correspon a un dels 20 aminoàcids.

Per tant, segons siga l’ordre de les lletres, així serà l’ordre dels aminoàcids.

Aquest ordre és molt important. Ordres distints → proteïnes distintes → funcions distintes.

T’hauràs adonat que no apareix la T. Al seu lloc hi ha una U (uracil), que la substitueix a l’ARN missatger.

Evidentment aquest quadre és sols informatiu.

Aquest codi és universal, vàlid per a tots els éssers vius.

TRANSCRIPCIÓ I TRADUCCIÓ DE L’ADN Com s’aconsegueix traduir el missatge codificat de l’ADN fins a la cadena d’aminoàcids (proteïna)? El primer que cal pensar és que l’ADN és el mateix per a totes les cèl·lules del cos, i se situa dins del nucli. És com un llibre valuós de la biblioteca que no podem deixar treure, sols podem deixar que es facen còpies.

1. Així, el primer pas és fer una còpia (transcripció) d’una de les cadenes de l’ADN. Aquest s’obre i es deixa copiar un fragment de manera complementària (i substituint la timina per l’uracil).

2. Ja tenim la còpia, que es diu ARN missatger (al dibuix, en color roig), i que ix del nucli cap al citoplasma.

http://www.stolaf.edu/people/giannini/flashanimat/molgenetics/transcription.swf

Tema 2 – Composició de la matèria viva-(3 de 3)

TEMA2-3.- – PROTEÏNES I ÀCIDS NUCLEICS 7

3. Allí s’acobla als ribosomes (ARN ribosòmic), que fan de suport. 4. Van apareixent els ARN transferents, cadascú d’ells amb el seu aminoàcid corresponent. És la

traducció. 5. Sobre cada codó (grup de tres) se situa l’anticodó, i el següent ARNt fa el mateix. Els aminoàcids

van unint-se ordenadament, segons les ordres de l’ARNm. 6. Al final tenim la proteïna perfectament ordenada, que s’emmagatzema a les cèl·lules.

http://www.stolaf.edu/people/giannini/flashanimat/molgenetics/translation.swf

REPLICACIÓ DE L’ADN Un dels requisits essencials del material genètic és que ha de reproduir-se (fer còpies) de manera exacta. En efecte, cada una de les cadenes de la doble hèlix actua com un "motlle" per a dirigir la síntesi d'una nova cadena complementària. Al final, per tant, s’aconsegueix la duplicació de l’ADN. Aquest procés de còpia és la replicació de l'ADN.

Vols veure el procés en marxa? Vés a

http://www.stolaf.edu/people/giannini/flashanimat/molgenetics/dna-rna2.swf