Estructura de Macromoléculas

Estructura de MacromoléculasEstructura de Macromoléculas
M. en C. RAFAEL GOVEAM. en C. RAFAEL GOVEA
VILLASEÑORVILLASEÑOR
UAMI-CINVESTAV-IPNUAMI-CINVESTAV-IPN
M. en C. RAFAEL GOVEAM. en C. RAFAEL GOVEA
VILLASEÑORVILLASEÑOR
UAMI-CINVESTAV-IPNUAMI-CINVESTAV-IPN

Clasificación de las moléculas por su PMClasificación de las moléculas por su PM
M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
Pequeñas moléculas: aminoácidos, nucleótidos...Pequeñas moléculas: aminoácidos, nucleótidos...
PMPM ≤≤ 10001000
Macromoléculas: proteínas, RNA, DNA...Macromoléculas: proteínas, RNA, DNA...
PM>5000PM>5000
Oligomoléculas: péptidos, oligonucleótidos...Oligomoléculas: péptidos, oligonucleótidos...
1000<PM1000<PM≤≤50005000

Composición a nivel “MACROMOLÉCULA”
M. En C. Rafael Govea VillaseñorM. En C. Rafael Govea Villaseñor
Los Seres Vivos estamos hechos de cientos de milesLos Seres Vivos estamos hechos de cientos de miles
de distintas moléculas de biopolímeros que formande distintas moléculas de biopolímeros que forman
parte estructural y funcional de nosotros.parte estructural y funcional de nosotros.
Todas las macromoléculas son polímeros deTodas las macromoléculas son polímeros de
pequeñas moléculas orgánicas unidas una tras otra.pequeñas moléculas orgánicas unidas una tras otra.

Clasificación de las MACROMOLÉCULAS
Clasificamos a los Biopolímeros de acuerdo a susClasificamos a los Biopolímeros de acuerdo a sus
monómeros en:monómeros en:
Heteropolímeros, cuando contienen >1 tipo deHeteropolímeros, cuando contienen >1 tipo de
monómero: proteínas, ácidos nucleicos...monómero: proteínas, ácidos nucleicos...
Homopolímeros, cuando contienen sólo 1 tipo deHomopolímeros, cuando contienen sólo 1 tipo de
monómero: polisacáridos estructuralesmonómero: polisacáridos estructurales

¿Cuáles son los principales Biopolímeros?¿Cuáles son los principales Biopolímeros?
ProteínasProteínas
Heteropolímeros lineales de aminoácidosHeteropolímeros lineales de aminoácidos
PolisacáridosPolisacáridos
Homo o heteropolímeros lineales oHomo o heteropolímeros lineales o
ramificadosramificados
Ácidos NucleicosÁcidos Nucleicos
Heteropolímeros simples o dobles deHeteropolímeros simples o dobles de
nucleótidosnucleótidos

Niveles Estructurales de las MacromoléculasNiveles Estructurales de las Macromoléculas
Estructura primaria: es el orden o secuencia deEstructura primaria: es el orden o secuencia de
los monómeros en el polímero.los monómeros en el polímero.
Estructura secundaria: es un plegamientoEstructura secundaria: es un plegamiento
particular de la cadena de monómeros.particular de la cadena de monómeros.
Estructura Terciaria: Es la disposición espacialEstructura Terciaria: Es la disposición espacial
3D de las estructuras secundarias.3D de las estructuras secundarias.
Dominio: Es el plegado 3D de secciones delDominio: Es el plegado 3D de secciones del
polímero independiente del resto de la cadena.polímero independiente del resto de la cadena.
Estructura Cuaternaria: Es la asociación deEstructura Cuaternaria: Es la asociación de
varios polímeros.varios polímeros.

• Son cadenas de decenas a miles de aa.Son cadenas de decenas a miles de aa.
• Las conforman 20 monómeros distintos.Las conforman 20 monómeros distintos.
• Unidos por Enlaces PeptídicosUnidos por Enlaces Peptídicos
-C-C--N-N-
OO
HH

Primer Nivel Estructural de las ProteínasPrimer Nivel Estructural de las Proteínas
MetMet-Lis-Asp-Pro-Leu-His-Tir-Gli-...-Gln-Cis-Fen--Lis-Asp-Pro-Leu-His-Tir-Gli-...-Gln-Cis-Fen-ValVal
ExtremoExtremo
N-terminalN-terminal
ExtremoExtremo
C-terminalC-terminal
Estructura PrimariaEstructura Primaria: Es la secuencia de 20 aminoácidos: Es la secuencia de 20 aminoácidos
distintos en la cadena de decenas a miles de aa dedistintos en la cadena de decenas a miles de aa de
longitud.longitud.

Segundo Nivel Estructural de las ProteínasSegundo Nivel Estructural de las Proteínas
Hélice α
Lámina β
Estructura SecundariaEstructura Secundaria: Es el doblado de la cadena de: Es el doblado de la cadena de
aminoácidos en formas características estabilizadas poraminoácidos en formas características estabilizadas por
puentes de Hidrógeno alineados con los átomos de los enlacespuentes de Hidrógeno alineados con los átomos de los enlaces
peptídicos:peptídicos:
-C-C--N-N-
OO
HH
-C-C--N-N-
OO
HH
Puente de H

Segundo Nivel Estructural de las ProteínasSegundo Nivel Estructural de las Proteínas
Hélice α
Random coil
Existe otra estructura secundaria de las proteínas:Existe otra estructura secundaria de las proteínas: “random coil”“random coil” ≅≅
tramo aleatorio o intrínsecamente desordenado.tramo aleatorio o intrínsecamente desordenado.
AmiloideAmiloide ββ
10-4010-40
http://www.computeagainstalzheimers.org/blog/2014/06/2014_06_17-modeling-cytotoxicity-intro.htmlhttp://www.computeagainstalzheimers.org/blog/2014/06/2014_06_17-modeling-cytotoxicity-intro.html

Tercer Nivel Estructural de las ProteínasTercer Nivel Estructural de las Proteínas
2 Hélices2 Hélices αα horizontaleshorizontales
ExtremoExtremo
N-terminalN-terminal
8 Hélices8 Hélices ββ antiparalelasantiparalelas
Puente disulfuro
Estructura TerciariaEstructura Terciaria: Es: Es
la orientación espacialla orientación espacial
recíproca de los distintosrecíproca de los distintos
elementos de nivelelementos de nivel
secundario.secundario.
La disposición 3D estáLa disposición 3D está
estabilizada por puentesestabilizada por puentes
de H, puentes disulfurode H, puentes disulfuro
-S-S-, enlace iónico e-S-S-, enlace iónico e
interaccionesinteracciones
hidrofóbicas.hidrofóbicas.

Nivel Estructural Dominio de las ProteínasNivel Estructural Dominio de las Proteínas
Dominio: Es el plegado 3D particular de un segmento deDominio: Es el plegado 3D particular de un segmento de
la cadena polipeptídica independiente del plegado enla cadena polipeptídica independiente del plegado en
otra porción de la cadena.otra porción de la cadena. Los dominios otorganLos dominios otorgan
propiedades biológicas especiales.propiedades biológicas especiales.
Dominio IgDominio Ig
Presente en lasPresente en las
proteínas queproteínas que
funcionanfuncionan
comocomo
anticuerposanticuerpos
Dominio SH2Dominio SH2
Presente en lasPresente en las
proteínas queproteínas que
funcionan enfuncionan en
cascadas decascadas de
señalizaciónseñalización

Nivel Estructural Dominio de las ProteínasNivel Estructural Dominio de las Proteínas
http://www.cell.com/structure/fulltext/S0969-2126(13)00112-3http://www.cell.com/structure/fulltext/S0969-2126(13)00112-3
ProteínaProteína
viral Nproviral Npro
(BVDV)(BVDV)

Ejemplos de Proteínas
ADNADN
HemoglobinaHemoglobina TBPTBP

¿Cuáles son las Funciones de las Proteínas?¿Cuáles son las Funciones de las Proteínas?
➢
Catalizadora
(enzimática)
➢
Transportadora
➢
Acarreadora
➢
Adhesiva
➢
Mensajera
➢
Motriz
➢
Inhibidora
➢
Activadora
➢
Receptora
➢
Identificadora y
➢
Todas las demás
CASI TODASCASI TODAS

¿Cuáles son las Funciones de las Proteínas?¿Cuáles son las Funciones de las Proteínas?
No existe proceso o función celular e incluso en elNo existe proceso o función celular e incluso en el
organismo pluricelular en la queorganismo pluricelular en la que NO HAYA UNA ONO HAYA UNA O
VARIAS PROTEÍNASVARIAS PROTEÍNAS funcionando como ejecutoras ofuncionando como ejecutoras o
asistentesasistentes

Por ello es fácil caer en una visión...Por ello es fácil caer en una visión...
Ideológica, el protein-centrismoIdeológica, el protein-centrismo

Ácidos Nucleicos
• Son cadenas simples o dobles de decenasSon cadenas simples o dobles de decenas
a miles de millones de nucleótidos.a miles de millones de nucleótidos.
• Los conforman 4 monómeros distintos:Los conforman 4 monómeros distintos:
– GACU en el ARNGACU en el ARN
– GACT en el ADNGACT en el ADN
• Unidos por Enlaces FosfodiésterUnidos por Enlaces Fosfodiéster
• Hay 2 tipos: elHay 2 tipos: el ARNARN y Ely El ADNADN
OO=P-=P-OO--
OO
OO
3’3’
5’5’

Bases NitrogenadasBases Nitrogenadas
PURINASPURINAS PIRIMIDINASPIRIMIDINAS

Otras Bases Nitrogenadas, purinasOtras Bases Nitrogenadas, purinas

Otras Bases Nitrogenadas, pirimidinasOtras Bases Nitrogenadas, pirimidinas

NucleótidosNucleótidos
DesoxirribonucleótidosDesoxirribonucleótidos
ddTDPTDP
RibonucleótidosRibonucleótidos
ATPATP

Funciones de los Ácidos NucleicosFunciones de los Ácidos Nucleicos
• Almacenar InformaciónAlmacenar Información
• A largo plazo, el ADNA largo plazo, el ADN
• A corto plazo, el ARNA corto plazo, el ARN
• Estructural. El ARNrEstructural. El ARNr  RibosomaRibosoma
• Transporte. El ARNt lleva aminoácidosTransporte. El ARNt lleva aminoácidos

Funciones de los Ácidos NucleicosFunciones de los Ácidos Nucleicos
Mensajero. El ARNm lleva el mensajeMensajero. El ARNm lleva el mensaje
genético al ribosomagenético al ribosoma
• Catalizador. Las Ribozimas: rRNA,Catalizador. Las Ribozimas: rRNA,
RNAsa P...RNAsa P...
• Lectura del código genético: tRNAsLectura del código genético: tRNAs
• Regulación de la expresión, defensa...Regulación de la expresión, defensa...

¿Qué es el Ácido Ribonucleico (ARN)?¿Qué es el Ácido Ribonucleico (ARN)?
Es un heteropolímeroEs un heteropolímero
lineal delineal de
ribonucleótidos unidosribonucleótidos unidos
por enlacespor enlaces
fosfodiester. Losfosfodiester. Los
nucleótidos tienen lasnucleótidos tienen las
bases nitrogenadas debases nitrogenadas de
G, A, C y U.G, A, C y U.
Estructura terciaria de un ARN deEstructura terciaria de un ARN de
transferenciatransferencia

ARNARN
mRNA:mRNA: 5’5’ 3’3’cgcucgcuaug-aug-cug-cag-cag-uca-guc-cug-cag-cag-uca-guc-uaauaacucu
Met-Leu-Glu-Glu-Ser-ValMet-Leu-Glu-Glu-Ser-Val

Ejemplos de RNA
RNA de la subunidadRNA de la subunidad
30S del ribosoma30S del ribosoma
asociadasasociadas
tRNA que transportatRNA que transporta
aminoácidos a losaminoácidos a los
ribosomasribosomas
RNAsa P que procesa losRNAsa P que procesa los
tRNAs durante su biogénesistRNAs durante su biogénesis

Tipos de ARNTipos de ARN
• mRNA = “plano” de una proteína.mRNA = “plano” de una proteína.
• rRNA = ribosomal (ribozima). Lleva a cabo larRNA = ribosomal (ribozima). Lleva a cabo la
formación del enlace peptídicoformación del enlace peptídico..
• tRNA = lee el código, transporta aminoácidostRNA = lee el código, transporta aminoácidos..
• snRNA = pequeño RNA nuclear.snRNA = pequeño RNA nuclear.
• snoRNA = pequeño RNA nucleolar.snoRNA = pequeño RNA nucleolar.
• siRNA = pequeño RNA interferente.siRNA = pequeño RNA interferente.
• Otras ribozimas:Otras ribozimas:
Diapo 0064Diapo 0064
RNA codificante
RNA codificante
RR
NN
AA
NN
oo
--
cc
oo
dd
ii
ff
ii
cc
aa
nn
tt
ee

Estructura Secundaria del ARNtEstructura Secundaria del ARNt

Estructura 3ª del ARNrEstructura 3ª del ARNr
AsaAsa
TTΨΨCC ExtremoExtremo
Aceptor deAceptor de
AAAA
anticodónanticodónM en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor

Estructura 2ªEstructura 2ª
delARNdelARN
RNasa P deRNasa P de E.E.
colicoli
Cadena solaCadena sola
Bucle (asa)Bucle (asa)
internointerno
HorquillaHorquilla
bultobulto
DobleDoble
cadenacadena
Par U=GPar U=G

¿Cuáles son las Funciones del ARN?¿Cuáles son las Funciones del ARN?
• Almacenar InformaciónAlmacenar Información a corto plazo (mRNA)a corto plazo (mRNA)
• Leer la información genética = transportar yLeer la información genética = transportar y
transferir aminoácidos (tRNA)transferir aminoácidos (tRNA)
• Unir aminoácidos = formar enlaces peptídicosUnir aminoácidos = formar enlaces peptídicos
(rRNA)(rRNA)

¿Cuáles son las Funciones del ARN?¿Cuáles son las Funciones del ARN?
• Catalizar otras reacciones químicas (RNAsa P)Catalizar otras reacciones químicas (RNAsa P)
• Corte y empalme de exones RNA (snRNAs,Corte y empalme de exones RNA (snRNAs,
snoRNAs intrones de auto-splicing)snoRNAs intrones de auto-splicing)
• Regular la expresión genética (riboswitchs,Regular la expresión genética (riboswitchs,
linRNAs)linRNAs)
• Defensa del Genoma (piRNA, crisprRNA)Defensa del Genoma (piRNA, crisprRNA)

¿Qué es el Ácido Desoxirribonucleico (ADN)?¿Qué es el Ácido Desoxirribonucleico (ADN)?
Es un heteropolímero lineal de 2 cadenas deEs un heteropolímero lineal de 2 cadenas de
desoxirribonucleótidos de G, A, C y Tdesoxirribonucleótidos de G, A, C y T
Los nucleótidos se unen por enlaces fosfodiéster y las cadenas por enlaces deLos nucleótidos se unen por enlaces fosfodiéster y las cadenas por enlaces de
puente de H entre pares de bases Gpuente de H entre pares de bases G≡≡C y A=TC y A=T

ADN, una doble hélice muy largaADN, una doble hélice muy larga
Mide desde centímetrosMide desde centímetros
hasta casi un metrohasta casi un metro

ADN, pero muy delgadaADN, pero muy delgada
GG
AA
CC
TT
DD
PP
DD
PP
DD
PP
DD
PP
AA
GG
TT
CC
DD
PP
DD
PP
DD
PP
DD
PP
5'5'
5'5'
3'3'
3'3' Diapo 0052Diapo 0052
Apenas 2 nm de anchoApenas 2 nm de ancho
10 pb = 3.43 nm10 pb = 3.43 nm
Genoma humanoGenoma humano
2(3 200 Mpb) = 2.20 m2(3 200 Mpb) = 2.20 m

ADN, una doble hélice muy largaADN, una doble hélice muy larga
0.30 nm0.30 nm
0.29 nm0.29 nm
0.30 nm0.30 nm
0.29 nm0.29 nm
0.29 nm0.29 nm
2 nm2 nm
0.343 nm0.343 nm

Un ejemplo de ADN de 12 pb
Cadena 5’Cadena 5’→→3’3’
Pares dePares de
basesbases
Cadena 3’Cadena 3’5’5’

ADNADN
ccatgatgctgcagcagtcagtcctgcagcagtcagtctaataactct
gtacgacgtcgtcagtcagattgagtacgacgtcgtcagtcagattga
Cadena sentidoCadena sentido
Cadena antisentidoCadena antisentido
5’5’
5’5’
3’3’
3’3’

DNADNA
GG
AA
CC
TT
DD
PP
DD
PP
DD
PP
DD
PP
AA
GG
TT
CC
DD
PP
DD
PP
DD
PP
DD
PP
5'5'
5'5'
3'3'
3'3' Diapo 0052Diapo 0052
CadenaCadena
SentidoSentido
de 5’a 3’de 5’a 3’
CadenaCadena
antisentidoantisentido
de 3’a 5’de 3’a 5’

Adición de monómeros activadosAdición de monómeros activados
GG
AA
CC
DD
PP
DD
PP
DD
PP
AA
GG
TT
CC
DD
PP
DD
PP
DD
PP
DD
PP
OHOH
TT
DD
PPPPPP
OHOH
5’5’
5’5’
3’3’

OHOH
Adición de monómeros activados (2)Adición de monómeros activados (2)
GG
AA
CC
TT
DD
PP
DD
PP
DD
PP
DD
PP
AA
GG
TT
CC
DD
PP
DD
PP
DD
PP
DD
PP
5'5'
5'5'
3'3'
3'3' Diapo 0052Diapo 0052OHOH
PP PP
Usado para impulsar a laUsado para impulsar a la
ADNpol o la ARNpolADNpol o la ARNpol

¿Cuáles son las Funciones del ADN?¿Cuáles son las Funciones del ADN?
• Almacenar Información genéticaAlmacenar Información genética a largoa largo
plazo (los genomas).plazo (los genomas).
• Contiene secuencias reguladoras queContiene secuencias reguladoras que
controlan la expresión de la información.controlan la expresión de la información.
• Contiene el programa genético que controlaContiene el programa genético que controla
el desarrollo del organismo, escrito comoel desarrollo del organismo, escrito como
secuencias de pares de bases.secuencias de pares de bases.

Formas de la doble hélice de ADNFormas de la doble hélice de ADN

Secuencias con implicaciones estructuralesSecuencias con implicaciones estructurales
Trechos de poli-ATrechos de poli-A
GGAAAAAAAAAACAGCTCAGCTAAAAAAAAAAGCTGGGCTGGAAAAAAAAAAGTGCTGTGCTAAAAAAAAAACC
GGTTTTTTTTTTGTCGAGTCGATTTTTTTTTTCGACCCGACCTTTTTTTTTTCACGACACGATTTTTTTTTTGG

Palíndrome:Palíndrome:
Horquillas yHorquillas y
crucescruces
AACGACTCCGACTCATTAATTAGAGTCGGAGTCGACAC
TTGCTGAGGCTGAGTAATTAATCTCAGCCTCAGCTGTG

AATCTCTCTCCTCTCTCTCTCTCTCTTCTCTCTCCTCTCTCTCTCTCTCTGG
TTAGAGAGAGAGAGAGAGAGAGAGAGAGAGAGAGAGAGAGAGAGAGAGAGCC
HéliceHélice TripleTriple

RepetidoRepetido
InversoInverso
(en espejo)(en espejo)
AACGATTGACAACGATTGACAACCAACAGTTAGCAACAGTTAGCGG
TTGCTAACTGTTGCTAACTGTTGGTTGTCAATCGTTGTCAATCGCC
http://youtu.be/Tj_6DcUTRnM

Cromosoma Procariótico (ADNcircular)Cromosoma Procariótico (ADNcircular)
Diapo 00__Diapo 00__

NucleosomaNucleosoma
CarreteCarrete
dede
HistonasHistonas

Niveles deNiveles de
arrollamientoarrollamiento
del DNAdel DNA

Cromosoma EucarióticoCromosoma Eucariótico
cromatinacromatina
nucleosomasnucleosomas
cromátidacromátidacromátidacromátida

Cromosoma EucarióticoCromosoma Eucariótico

EstructuraEstructura
deldel
CromosomaCromosoma

Territorios CromosomalesTerritorios Cromosomales
en el núcleoen el núcleo
Bickmore, WA 2013Bickmore, WA 2013 The Spatial Organization of the human genomeThe Spatial Organization of the human genome Ann Rev Genomics Hum GenetAnn Rev Genomics Hum Genet
14,19.1-19.1814,19.1-19.18

Estructura del núcleo de mamíferosEstructura del núcleo de mamíferos

Territorios cromosomales ennúcleo de gallinaTerritorios cromosomales ennúcleo de gallina

Núcleo con 3C (captura de conformaciónNúcleo con 3C (captura de conformación
cromosomal)cromosomal)
Ver: http://www.biomedicalcomputationreview.org/content/new-technology-reveals-genome%E2%80%99s-Ver: http://www.biomedicalcomputationreview.org/content/new-technology-reveals-genome%E2%80%99s-
3d-shape3d-shape
No hayNo hay
nudosnudos

Modificaciones epigenéticasModificaciones epigenéticas

Reduzcamos nuestra Huella de CarbonoReduzcamos nuestra Huella de Carbono
Planchar contamina la atmófera con COPlanchar contamina la atmófera con CO22

Polisacáridos
• Son cadenas simples o ramificadas deSon cadenas simples o ramificadas de
decenas a millones de monosacáridosdecenas a millones de monosacáridos
• Los conforman ya 1 o varios monómerosLos conforman ya 1 o varios monómeros
distintos:distintos:
– αα yy ββ-D-glucosa, Manosa, galactosa,-D-glucosa, Manosa, galactosa,
– N-acetiglucosamina, ác. Siálico,…N-acetiglucosamina, ác. Siálico,…
• Unidos por Enlaces Glucosídicos:Unidos por Enlaces Glucosídicos:
-O--O-
carbonoscarbonos
11αα óó 11ββ
carbonos 3, 4carbonos 3, 4
ó 5ó 5

Polisacáridos = azúcares complejosPolisacáridos = azúcares complejos
Son biopolímeros lineales o ramificados de monosacáridosSon biopolímeros lineales o ramificados de monosacáridosM en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor

Funciones de los PolisacáridosFunciones de los Polisacáridos
• Estructural, forman las paredes celularesEstructural, forman las paredes celulares
de…de…
• Plantas, la celulosaPlantas, la celulosa
• Hongos, la quitinaHongos, la quitina
• Energética. Almacenamiento a largoEnergética. Almacenamiento a largo
plazo, el almidón, el glucógeno…plazo, el almidón, el glucógeno…
• Mensajero. Las células se reconocen porMensajero. Las células se reconocen por
su cubierta de carbohidratossu cubierta de carbohidratos

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