son moléculas de naturaleza proteica y
estructural que catalizan reacciones químicas, siempre que
seantermodinámicamente posibles: una enzima hace que una reacción
química que es energéticamente posible (ver Energía libre de Gibbs),
pero que transcurre a una velocidad muy baja, sea cinéticamente
favorable, es decir, transcurra a mayor velocidad que sin la presencia
de la enzima. En estas reacciones, las enzimas actúan sobre
unas moléculas denominadas sustratos, las cuales se convierten en
moléculas diferentes denominadas productos. Casi todos los procesos en
las células necesitan enzimas para que ocurran a unas tasas
significativas. A las reacciones mediadas por enzimas se las
denomina reacciones enzimáticas.
Debido a que las enzimas son extremadamente selectivas con
sus sustratos y su velocidad crece sólo con algunas reacciones, el
conjunto (set) de enzimas sintetizadas en una célula determina el
tipo de metabolismo que tendrá cada célula. A su vez, esta síntesis
depende de la regulación de la expresión génica.
Como todos los catalizadores, las enzimas funcionan disminuyendo la energía de activación (ΔG‡)
de una reacción, de forma que se acelera sustancialmente la tasa de
reacción. Las enzimas no alteran el balance energético de las reacciones
en que intervienen, ni modifican, por lo tanto, el equilibrio de la
reacción, pero consiguen acelerar el proceso incluso millones de veces.
Una reacción que se produce bajo el control de una enzima, o de
un catalizador en general, alcanza el equilibrio mucho más deprisa que
la correspondiente reacción no catalizada.
Al igual que
ocurre con otros catalizadores, las enzimas no son consumidas por las
reacciones que catalizan, ni alteran su equilibrio químico. Sin embargo,
las enzimas difieren de otros catalizadores por ser más específicas.
Las enzimas catalizan alrededor de 4 000 reacciones bioquímicas
distintas. No todos los catalizadores bioquímicos son proteínas, pues
algunas moléculas de ARN son capaces de catalizar reacciones (como la
subunidad 16S de losribosomas en la que reside la actividad peptidil
transferasa). También cabe nombrar unas moléculas sintéticas
denominadas enzimas artificiales capaces de catalizar reacciones
químicas como las enzimas clásica.
LOS ACIDOS NUCLEICOS
El descubrimiento de los ácidos nucleicos se debe a Friedrich Miescher, quien en el año 1869 aisló de los núcleos de las células una sustancia ácida a la que llamó nucleína, nombre que posteriormente se cambió a ácido nucleico. Posteriormente, en 1953, James Watson y Francis Crickdescubrieron la estructura del ADN, empleando la técnica de difracción de rayos X.
Los ácidos nucleicos son grandes polímeros formados por la repetición de monómeros denominados nucleótidos, unidos mediante enlaces fosfodiéster.
Se forman, así, largas cadenas; algunas moléculas de ácidos nucleicos
llegan a alcanzar tamaños gigantescos, con millones de nucleótidos
encadenados. Los ácidos nucleicos almacenan la información genética de
los organismos vivos y son los responsables de la transmisión hereditaria. Existen dos tipos básicos, el ADN y el ARN.
Tipos de ácidos nucleicos
Existen dos tipos de ácidos nucleicos: ADN (ácido desoxirribonucleico) y ARN (ácido ribonucleico), que se diferencian:
- por el glúcido (la pentosa es diferente en cada uno; ribosa en el ARN y desoxirribosa en el ADN);
- por las bases nitrogenadas: adenina, guanina, citosina y timina, en el ADN; adenina, guanina, citosina y uracilo, en el ARN;
- en la inmensa mayoría de organismos, el ADN es bicatenario (dos cadenas unidas formando una doble hélice), mientras que el ARN es monocatenario (una sola cadena), aunque puede presentarse en forma extendida, como el ARNm, o en forma plegada, como el ARNt y el ARNr;
- en la masa molecular: la del ADN es generalmente mayor que la del ARN.
Nucleósidas y nucleótidos
Las unidades que forman los ácidos nucleicos son los nucleótidos. Cada nucleótido es una molécula compuesta por la unión de tres unidades: un monosacárido de cinco carbonos (una pentosa,ribosa en el ARN y desoxirribosa en el ADN), una base nitrogenada purínica (adenina, guanina) o pirimidínica (citosina, timina o uracilo) y un grupo fosfato (ácido fosfórico). Tanto la base nitrogenada como los grupos fosfato están unidos a la pentosa.
La unidad formada por el enlace de la pentosa y de la base nitrogenada se denomina nucleósido.
El conjunto formado por un nucleósido y uno o varios grupos fosfato
unidos al carbono 5' de la pentosa recibe el nombre de nucleótido. Se
denomina nucleótido-monofosfato (como el AMP) cuando hay un solo grupo fosfato, nucleótido-difosfato (como el ADP) si lleva dos y nucleótido-trifosfato (como el ATP) si lleva tres.
Listado de las bases nitrogenadas
Las bases nitrogenadas conocidas son:
- Adenina, presente en ADN y ARN
- Guanina, presente en ADN y ARN
- Citosina, presente en ADN y ARN
- Timina, presente exclusivamente en el ADN
- Uracilo, presente exclusivamente en el ARN
Características del ADN
El ADN es bicatenario, está constituido por dos cadenas
polinucleotídicas unidas entre sí en toda su longitud. Esta doble cadena
puede disponerse en forma lineal (ADN del núcleo de las células eucarióticas) o en forma circular (ADN de las células procarióticas, así como de las mitocondrias y cloroplastos eucarióticos).
La molécula de ADN porta la información necesaria para el desarrollo de
las características biológicas de un individuo y contiene los mensajes e
instrucciones para que las células realicen sus funciones. Dependiendo
de la composición del ADN (refiriéndose a composición como la secuencia
particular de bases), puede desnaturalizarse o romperse los puentes de
hidrógenos entre bases pasando a ADN de cadena simple o ADNsc
abreviadamente.
Excepcionalmente, el ADN de algunos virus es monocatenario.
Estructuras ADN
- Estructura primaria. Una cadena de desoxirribonucleótidos (monocatenario) es decir, está formado por un solo polinucleótido, sin cadena complementaria. No es funcional, excepto en algunos virus.
- Estructura secundaria. Doble
hélice, estructura bicatenaria, dos cadenas de nucleótidos
complementarias, antiparalelas, unidas entre sí por las bases
nitrogenadas por medio de puentes de hidrógeno. Está enrollada helicoidalmente en torno a un eje imaginario. Hay tres tipos:
- Doble hélice A, con giro dextrógiro, pero las vueltas se encuentran en un plano inclinado (ADN no codificante).
- Doble hélice B, con giro dextrógiro, vueltas perpendiculares (ADN funcional).
- Doble hélice Z, con giro levógiro, vueltas perpendiculares (no funcional); se encuentra presente en los parvovirus.
Características del ARN
El ARN difiere del ADN en que la pentosa de los nucleótidos
constituyentes es ribosa en lugar de desoxirribosa, y en que, en lugar
de las cuatro bases A, G, C, T, aparece A, G, C, U (es decir, uracilo en
lugar de timina). Las cadenas de ARN son más cortas que las de ADN,
aunque dicha característica es debido a consideraciones de carácter
biológico, ya que no existe limitación química para formar cadenas de
ARN tan largas como de ADN, al ser el enlace fosfodiéster químicamente
idéntico.El ARN está constituido casi siempre por una única cadena (es
monocatenario), aunque en ciertas situaciones, como en los ARNt y ARNr
puede formar estructuras plegadas complejas y estables.
Mientras que el ADN contiene la información, el ARN expresa dicha
información, pasando de una secuencia lineal de nucleótidos, a una
secuencia lineal de aminoácidos en una proteína. Para expresar dicha
información, se necesitan varias etapas y, en consecuencia existen
varios tipos de ARN:
- El ARN mensajero se sintetiza en el núcleo de la célula, y su secuencia de bases es complementaria de un fragmento de una de las cadenas de ADN. Actúa como intermediario en el traslado de la información genética desde el núcleo hasta el citoplasma. Poco después de su síntesis sale del núcleo a través de los poros nucleares asociándose a los ribosomas donde actúa como matriz o molde que ordena los aminoácidos en la cadena proteica. Su vida es muy corta: una vez cumplida su misión, se destruye.
- El ARN de transferencia existe en forma de moléculas relativamente pequeñas. La única hebra de la que consta la molécula puede llegar a presentar zonas de estructura secundaria gracias a los enlaces por puente de hidrógeno que se forman entre bases complementarias, lo que da lugar a que se formen una serie de brazos, bucles o asas. Su función es la de captar aminoácidos en el citoplasma uniéndose a ellos y transportándolos hasta los ribosomas, colocándolos en el lugar adecuado que indica la secuencia de nucleótidos del ARN mensajero para llegar a la síntesis de una cadena polipeptídica determinada y por lo tanto, a la síntesis de una proteína
- El ARN ribosómico es el más abundante (80 por ciento del total del ARN), se encuentra en los ribosomas y forma parte de ellos, aunque también existen proteínas ribosómicas. El ARN ribosómico recién sintetizado es empaquetado inmediatamente con proteínas ribosómicas, dando lugar a las subunidades del ribosoma.
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