Información

2.2: Vínculos más débiles en biología - biología

2.2: Vínculos más débiles en biología - biología



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Objetivos de aprendizaje

  • Modele un enlace de hidrógeno e identifique sus cualidades únicas
  • Las interacciones del modelo van der Waals identifican sus cualidades únicas

Enlaces de hidrógeno

Los enlaces iónicos y covalentes entre elementos requieren energía para romperse. Los enlaces icónicos no son tan fuertes como los covalentes, lo que determina su comportamiento en los sistemas biológicos. Sin embargo, no todos los enlaces son iónicos o covalentes. También se pueden formar enlaces más débiles entre moléculas. Dos enlaces débiles que ocurren con frecuencia son los enlaces de hidrógeno y las interacciones de van der Waals. Sin estos dos tipos de vínculos, la vida tal como la conocemos no existiría. Los enlaces de hidrógeno proporcionan muchas de las propiedades fundamentales del agua para el sustento de la vida y también estabilizan las estructuras de las proteínas y el ADN, el componente básico de las células.

Cuando se forman enlaces covalentes polares que contienen hidrógeno, el hidrógeno en ese enlace tiene una carga ligeramente positiva porque el electrón del hidrógeno es atraído con más fuerza hacia el otro elemento y lejos del hidrógeno. Debido a que el hidrógeno es ligeramente positivo, será atraído por cargas negativas vecinas. Cuando esto sucede, se produce una interacción débil entre los δ+ del hidrógeno de una molécula y el δ- cargar en los átomos más electronegativos de otra molécula, generalmente oxígeno o nitrógeno, o dentro de la misma molécula.

Intentalo

Esta interacción se llama enlace de hidrógeno. Este tipo de enlace es común y ocurre regularmente entre moléculas de agua. Los enlaces de hidrógeno individuales son débiles y se rompen fácilmente; sin embargo, ocurren en cantidades muy grandes en agua y en polímeros orgánicos, creando una fuerza importante en combinación. Los enlaces de hidrógeno también son responsables de unir la doble hélice del ADN.

Objetivos de aprendizaje

Se ha excluido un elemento de YouTube de esta versión del texto. Puede verlo en línea aquí: pb.libretexts.org/bionm1/?p=100

Interacciones de van der Waals

Al igual que los enlaces de hidrógeno, las interacciones de van der Waals son atracciones o interacciones débiles entre moléculas. También se les llama fuerzas intermoleculares. Ocurren entre átomos polares unidos covalentemente en diferentes moléculas. Algunas de estas atracciones débiles son causadas por cargas parciales temporales que se forman cuando los electrones se mueven alrededor de un núcleo. Estas interacciones débiles entre moléculas son importantes en los sistemas biológicos y se producen en función de la proximidad física.

Intentalo

¿Usted o alguien que conoce se ha sometido alguna vez a una exploración por resonancia magnética (IRM), una mamografía o una radiografía? Estas pruebas producen imágenes de sus tejidos blandos y órganos (como con una resonancia magnética o mamografía) o sus huesos (como sucede en una radiografía) mediante el uso de ondas de radio o isótopos especiales (marcados radiactivamente o marcados con fluorescencia) que se ingieren o inyectan en el cuerpo. Estas pruebas proporcionan datos para el diagnóstico de enfermedades mediante la creación de imágenes de sus órganos o sistema esquelético.

Las imágenes de resonancia magnética funcionan sometiendo los núcleos de hidrógeno, que son abundantes en el agua en los tejidos blandos, a campos magnéticos fluctuantes, lo que hace que emitan su propio campo magnético. Luego, esta señal es leída por sensores en la máquina e interpretada por una computadora para formar una imagen detallada.

Algunos tecnólogos y técnicos de radiografía se especializan en tomografía computarizada, resonancia magnética y mamografía. Producen películas o imágenes del cuerpo que ayudan a los profesionales médicos a examinar y diagnosticar. Los radiólogos trabajan directamente con los pacientes, les explican la maquinaria, los preparan para los exámenes y se aseguran de que su cuerpo o partes del cuerpo estén colocadas correctamente para producir las imágenes necesarias. Luego, los médicos o radiólogos analizan los resultados de la prueba.

Los técnicos de radiografía pueden trabajar en hospitales, consultorios médicos o centros especializados en imágenes. La capacitación para convertirse en técnico de radiografía se lleva a cabo en hospitales, colegios y universidades que ofrecen certificados, títulos de asociado o licenciaturas en radiografía.


2.2: Vínculos más débiles en biología - biología

Los enlaces iónicos y covalentes entre elementos requieren energía para romperse. Los enlaces icónicos no son tan fuertes como los covalentes, lo que determina su comportamiento en los sistemas biológicos. Sin embargo, no todos los enlaces son iónicos o covalentes. También se pueden formar enlaces más débiles entre moléculas. Dos enlaces débiles que ocurren con frecuencia son los enlaces de hidrógeno y las interacciones de van der Waals. Sin estos dos tipos de vínculos, la vida tal como la conocemos no existiría. Los enlaces de hidrógeno proporcionan muchas de las propiedades críticas del agua para el sustento de la vida y también estabilizan las estructuras de las proteínas y el ADN, el componente básico de las células.

Cuando se forman enlaces covalentes polares que contienen hidrógeno, el hidrógeno en ese enlace tiene una carga ligeramente positiva porque el electrón del hidrógeno se tira con más fuerza hacia el otro elemento y se aleja del hidrógeno. Debido a que el hidrógeno es ligeramente positivo, será atraído por cargas negativas vecinas. Cuando esto sucede, se produce una interacción débil entre los δ+ del hidrógeno de una molécula y el δ- cargar en los átomos más electronegativos de otra molécula, generalmente oxígeno o nitrógeno, o dentro de la misma molécula. Esta interacción se llama enlace de hidrógeno. Este tipo de enlace es común y ocurre regularmente entre moléculas de agua. Los enlaces de hidrógeno individuales son débiles y se rompen fácilmente, sin embargo, ocurren en cantidades muy grandes en agua y en polímeros orgánicos, creando una fuerza importante en combinación. Los enlaces de hidrógeno también son responsables de unir la doble hélice del ADN.


Epitaxia de pequeñas moléculas orgánicas

12.2.2 Interfaces de moléculas pequeñas orgánicas-orgánicas

Las interfaces heteroepitaxiales orgánico-orgánicas en películas delgadas son un subconjunto de la clase más amplia de interfaces entre sólidos moleculares con diferentes estructuras cristalinas. En comparación con los materiales epitaxiales inorgánicos, los sólidos orgánicos tienen enlaces relativamente débiles, por lo que en general no forman las estructuras coherentes y altamente tensas que son comunes en la heteroepitaxia de semiconductores y óxidos complejos. En cambio, la formación de interfaces orgánico-orgánicas está dominada por la creación de arreglos energéticamente favorables de las moléculas en la interfaz. Los conceptos relevantes para la creación de interfaces favorables han sido revisados ​​por Hooks et al., Quienes han dividido las interfaces en sistemas que son lineal o axialmente conmensurables y sistemas que exhiben cuasiepitaxia [62]. Hooks y col. describir la relación entre los vectores a1 y a2 describir la red bidimensional (2D) en un lado de la interfaz y los vectores B1 y B2 en el lado opuesto. Una matriz de coeficientes relaciona los dos conjuntos de vectores de celosía de manera que: [62]

Cuando pag, q, r, y s son todos enteros, las celosías en los dos lados son proporcionales a las celdas unitarias múltiples enteras. Si pag, q, r, y s son números racionales, la celosía tiene una estructura de coincidencia más compleja. Para valores irracionales de los coeficientes de la matriz, la interfaz es inconmensurable y exhibe una orientación preferida pero carece de una red de sitios coincidentes. Se ha informado de las geometrías de un gran número de interfaces [3,62] y se ha descubierto que la disposición epitaxial preferida puede predecirse utilizando consideraciones geométricas [94]. El potencial de la interfaz puede parametrizarse considerando la interacción a través de la interfaz y explorarse utilizando técnicas de Monte Carlo para generar estructuras de interfaz probables [95].

Las interfaces inconmensurables entre cristales moleculares orgánicos pueden incluir estructuras de largo período organizadas en distancias correspondientes a muchos tamaños moleculares. Se observa una estructura inconmensurable característica con un período de aproximadamente 8 nm a un pentaceno / C60 interfaz donde se cultiva una monocapa de pentaceno en C60 [96]. La estructura de período largo se forma a lo largo de orientaciones específicas en el plano y se atribuye al pandeo en la monocapa de pentaceno [96]. El orden inconmensurable también puede resultar en la formación de cristales con formas anisotrópicas impulsadas por una coincidencia más favorable a lo largo de direcciones específicas en el plano. Capas delgadas de cuaterrileno sobre ftalato de hidrógeno de potasio forman cristales 1D impulsados ​​por el establecimiento de una orientación de interfaz inconmensurable preferida [97].


Clase 3: Bioquímica 2

Descarga la pista de iTunes U o del Archivo de Internet.

Tópicos cubiertos: Bioquímica 2

Instructores: Prof. Robert A. Weinberg

Clase 10: Biología Molecular.

Clase 11: Biología Molecular.

Lección 12: Biología Molecular.

Clase 13: Regulación genética

Clase 14: Protein Localiz.

Clase 15: ADN recombinante 1

Clase 16: ADN recombinante 2

Clase 17: ADN recombinante 3

Clase 18: ADN recombinante 4

Clase 19: Ciclo / Signo celular.

Clase 26: Sistema Nervioso 1

Clase 27: Sistema Nervioso 2

Clase 28: Sistema Nervioso 3

Clase 29: Células Madre / Clon.

Clase 30: Células Madre / Clon.

Clase 31: Médico Molecular.

Clase 32: Evolucion Molecular.

Clase 33: Médico Molecular.

Clase 34: Polimorfo humano.

Clase 35: Polimorfo humano.

Buenos dias clase. Qué gusto verte de nuevo. Espero que hayan tenido un buen fin de semana. Si no lo hizo, no fue por el clima.

Así que aquí estoy, una vez más, un miembro de los heridos ambulantes, y estamos hablando de carbohidratos hoy, como recordarán, o al menos estábamos al final de nuestra discusión la última vez.

Y señalamos que estos múltiples grupos hidroxilo en los carbohidratos, por un lado, determinan la identidad de varios tipos de azúcares.

Solo la orientación, la orientación tridimensional de los mismos, por un lado, y por otro que estos múltiples grupos hidroxilo representan la oportunidad de formar enlaces covalentes con otros monosacáridos como se indica aquí en estos disacáridos, o enlaces covalentes de extremo a extremo. para crear moléculas grandes, que será cada vez más el tema de nuestra discusión hoy, es decir, cuando hablo de moléculas grandes, solo usamos la frase genéricamente, macromoléculas, ya que en principio estas uniones de extremo a extremo de moléculas que implican la deshidratación y la formación de estos enlaces covalentes como aquí pueden crear moléculas que tienen cientos, de hecho, incluso miles de subunidades de largo.

Entonces, aquí, si estamos hablando de un polímero, nos referimos a cada una de estas subunidades del polímero como un monómero y al agregado en su conjunto como un polímero.

Aquí, tocamos el hecho hacia el final de la última conferencia, de hecho, al final, que uno puede entrecruzar estas largas cadenas lineales de carbohidratos.

Y aquí vemos el hecho de que el glucógeno, que es una forma de glucosa que se almacena en gran parte en nuestro hígado y, en pequeña medida, en los músculos, en realidad tiene ramificaciones cruzadas. Entonces, si uno dibuja en una escala mucho más pequeña una molécula de glucógeno, podría hacer un dibujo que se vea así.

Y parece casi un árbol de Navidad con múltiples ramas.

Y, en realidad, el propósito de esto es secuestrar la glucosa, almacenar la glucosa en una forma metabólicamente inactiva hasta que llegue el momento en que el organismo necesite, una vez más, la energía que se almacena en la glucosa, en cuyo caso estos enlaces se rompen rápidamente. y la glucosa se moviliza y se pone en la circulación para su eventual disposición y uso en ciertos tejidos específicos.

Si bien está gravada en estos polímeros de alto peso molecular, la glucosa es esencialmente metabólicamente inactiva.

El cuerpo no se da cuenta de que está ahí.

Y, como consecuencia, podemos almacenar grandes cantidades de energía en estas moléculas de glucógeno.

Y se puede almacenar allí indefinidamente.

Ahora, el hecho es que esta idea de polimerización de extremo a extremo que acabo de mencionar puede extenderse a otras macromoléculas que también se unen de extremo a extremo en tipos específicos de polímeros.

Y aquí nos estamos moviendo, ahora, a la noción de hablar de aminoácidos.

Y estamos hablando de proteínas.

Si miramos un aminoácido, lo que vemos es que tiene una estructura importante como esta.

¿Aquí hay un carbono central? porque, en principio, las distintas cadenas laterales donde R representa alguna cadena lateral que puede ser cualquiera de, como veremos en breve, 20 identidades distintas.

Pero todos los aminoácidos comparten la propiedad de tener esta estructura general.

Y, como recordará de nuestras discusiones de la semana pasada, a pH neutro, un aminoácido de este tipo, cualquiera que sea R, no se vería así en absoluto porque el grupo amina atraería un protón adicional, lo que haría que se convirtiera en cargado positivamente.

Y, el grupo carboxilo liberaría un protón, provocando que se cargue negativamente.

Y, como se puede deducir de esto, a pHn muy bajo debido a la concentración mucho mayor de protones, protones libres en la solución, el equilibrio se inclinaría más a favor de volver a unir un protón al grupo carboxilo solo porque hay tantos de estos protones alrededor.

Por el contrario, a un pH muy alto, donde predominan los iones hidroxilo, obviamente tienden a captar protones, reduciendo el nivel de protones a niveles muy bajos en el agua.

Y, en condiciones de pH muy alto, este protón sería liberado y arrastrado por los iones hidroxilo haciendo que este grupo amina vuelva una vez más a su estado de carga negativa.

Ahora bien, el hecho es que estos aminoácidos existen en una configuración tridimensional muy específica.

Y eso se ilustra mucho mejor aquí de lo que podría dibujar en la pizarra, lo que en cualquier caso sería inútil.

Y puede ver el principio de que una vez que tiene cuatro grupos laterales distintos que provienen del carbono, hay, en principio, dos formas diferentes de crearlos.

Y esto a veces se llama quiralidad.

Quiral, como ve, es la forma que hay aquí.

Si intento, en la medida de lo posible, superponer una mano sobre la otra.

No funciona porque son imágenes especulares entre sí, que son asimétricas.

Y, como consecuencia, vemos un tipo similar de relación que ocurre aquí donde vemos que estas dos formas de aminoácidos podrían, en principio, existir.

Y no son intercambiables a menos que uno rompa uno de los lazos y lo reforme.

Estas dos formas se llaman L y D, y resulta que la forma L es la que utilizan prácticamente todas las formas de vida del planeta, es decir, se hizo una elección arbitraria hace unos 3 mil millones de años o más para usar una de las configuraciones tridimensionales, y no utilizar la otra.

El otro se encuentra en ciertas raras excepciones, pero prácticamente todas las formas de vida en este planeta usan la forma L.

Dicho esto, por cierto, esto indica algunas de las decisiones arbitrarias que se tomaron temprano durante la evolución porque podríamos imaginar en otro planeta si la vida existiera allí y dependiera de los aminoácidos, y ese sistema evolutivo podría haber elegido el Forma D.

Entonces, esto es una suerte de sorteo.

En realidad, así es como evolucionaron las cosas aquí.

Y lo que empezamos a ver, ahora, es si hablamos de proteínas o si queremos ser más específicos y usar el término más bioquímico? Polipéptido? vemos una vez más que tenemos un sistema de unión de extremo a extremo que es un poco diferente al que emplean los monosacáridos para crear largas cadenas de glucógeno o de almidón porque aquí vemos una vez más una reacción de deshidratación donde un grupo amina y un carboxilo Se hace que el grupo pierda su hidroxilo y el protón, lo que provoca la formación de un enlace peptídico.

Y aquí, vemos esta entidad bioquímica importante, muy importante, un enlace peptídico que consiste aquí en este carbonilo y este nitrógeno fusionados de esta manera específica.

Y, por supuesto, si reconoce esto como un enlace peptídico, entonces puede comprender por qué a las proteínas a veces se les da el término "polipéptido".

En algunos casos, si uno tiene tramos muy cortos de aminoácidos unidos de un extremo a otro de esta manera, hablamos de que se trata de oligopéptidos, ¿dónde? ¿Oligo? es el término general usado en biología para referirse a un pequeño número de cosas en lugar de a un gran número de cosas.

Y, una vez más, tenemos aquí la posibilidad de extender esto infinitamente. No hay restricciones, en principio, para hacer estos 500, 1,000, incluso 2,000 aminoácidos de largo, donde cada uno de estos, una vez más, es un aminoácido, y donde una vez más estoy siendo muy tímido acerca de las identidades de R1. y R2, que, como indico muy pronto, puede ser una de las 20 alternativas distintas.

Aquí puede ver que continuamos con este proceso de formación de enlaces peptídicos.

Y lo más importante aquí es la comprensión de que aquí hay una polaridad de alargamiento.

No se mueve con la misma probabilidad de izquierda a derecha o de derecha a izquierda.

Comenzamos en el extremo amino aquí.

Este es el extremo amino y este es el extremo carboxilo.

El extremo amino y el extremo carboxilo, e invariablemente, nuevamente debido a la forma en que ha evolucionado la vida en este planeta, el nuevo aminoácido se agrega en el extremo carboxilo.

Y así, cuando se habla a menudo de proteínas, se hace referencia a su extremo N terminal, y a sus extremos C terminal, estos obviamente se refieren al grupo amino en un extremo y a un carboxilo y en el otro extremo, de modo que la polaridad es siempre una síntesis dirigida. agregándolo en el extremo C-terminal, en otras palabras, para usar una notación abreviada, pensamos que las proteínas van con esta polaridad N hacia C.

Las cosas están creciendo en el extremo C terminal de forma progresiva.

Y, cada vez, uno puede imaginar la adición de un aminoácido al final.

Entonces, nuevamente, se puede extender, en principio, indefinidamente.

Tenga en cuenta también, algo que está implícito en todo lo que le digo, pero no siempre lo mencionaré explícitamente, y es que prácticamente todas las reacciones bioquímicas son reversibles.

Y por lo tanto, si uno es capaz de formar un enlace peptídico, también puede romperlo por medios biológicos, es decir, introduciendo una molécula de agua de nuevo y, por lo tanto, utilizando el proceso de hidrólisis, que es la ruptura de un enlace a través de la introducción de una molécula de agua para destruir el enlace creado previamente.

Para usar una frase del MIT, la reversibilidad es intuitivamente obvia porque si puedes hacer un, bueno, no sé si todavía se usa, pero se usó a finales de la Edad de Piedra por aquí.

De todos modos, cualquier acción bioquímica debe ser reversible porque si, por ejemplo, esta polimerización fuera irreversible, entonces toda la proteína que alguna vez fue sintetizada en la superficie del planeta durante los últimos 3 1/2 billones de años se acumularía progresivamente.

Y obviamente, eso no sucede.

Y por lo tanto, la síntesis macromolecular, en la medida en que avanza, obviamente también debe ir en la otra dirección.

Y la concentración resultante de una proteína completa se conoce como estado estable.

Así que podríamos producir una proteína a una velocidad y descomponerla a la misma velocidad.

Y su concentración en estado estable representa el compromiso entre estos dos, es decir, la concentración de dicha proteína que podríamos observar en cualquier momento.

De hecho, el término? Estado estacionario? podría ampliarse a cualquier proceso en el que haya una síntesis y haya una ruptura de algo.

Y la concentración de equilibrio resultante se llama, una vez más, el estado estacionario de esa molécula. Ahora, vayamos al meollo de la cuestión, que obviamente es algo que no podemos evitar por mucho tiempo, es decir, las R, es decir, las cadenas laterales.

Una vez más, aquí vemos un artefacto arbitrario de evolución muy temprana en la biosfera porque, en efecto, hay 20 cadenas laterales diferentes que crean 20 aminoácidos distintos, que todos los organismos de este planeta utilizan en las proteínas.

Nuevamente, hay raras excepciones, ciertos hongos y ciertas bacterias pueden producir aminoácidos inusuales.

Pero estos son los componentes básicos de prácticamente todas las formas de vida del planeta. El 99,99% de toda la proteína que se crea se sintetiza mediante la polimerización de estos 20 aminoácidos.

Y, por cierto, uno de los aminoácidos, la glicina, aquí, lo ven aquí mismo, viola esta regla de quiralidad.

Y, recordará antes de que dije que debido a que hay cuatro aminoácidos distintos, cuatro cadenas laterales distintas alrededor de un carbono central, a veces llamado carbono alfa, siempre tiene un sentido de los aminoácidos.

Pero esta noción no se puede respetar en el caso de la glicina que se ve aquí simplemente porque no tenemos cuatro distintos, aquí está el carbono central donde estoy señalando con el rojo, y aquí estos dos hidrógenos son equivalentes entre sí.

No son cuatro cadenas distintas.

Aquí solo hay tres cadenas distintas.

Entonces, la glicina viola esta regla de quiralidad, de zurdos y diestros. Y aquí, por cierto, la cadena lateral, que en todos estos casos se representa extendiéndose a la derecha de cada aminoácido, la cadena lateral es simplemente una H, simplemente un protón, un átomo de hidrógeno.

De hecho, lo que vemos acerca de estos aminoácidos es que las cadenas laterales tienen propiedades bioquímicas bastante distintas.

Y eso comienza a impresionarnos con la noción de que las proteínas y sus atributos bioquímicos pueden ser dictados por las identidades de los aminoácidos que se utilizan para construirlas.

Podemos hablar de la noción de aminoácidos no polares versus polares, es decir, aminoácidos que tienen poca afinidad por el agua.

No tienen una separación de cargas positivas y negativas.

Y como consecuencia, son un poco o bastante hidrofóbicos.

Ahora, dirás, bueno, ¿cómo pueden ser hidrófobos, porque aquí se carga este oxígeno y aquí se carga este grupo amina? Eso lo haría altamente hidrófilo.

Pero tenga en cuenta, cuando hablo de estos aminoácidos, no me refiero a ellos cuando están en forma de un solo aminoácido.

Me refiero a sus propiedades una vez que se han polimerizado en un estado como este.

Y, una vez que se polimerizan en un estado como este, la carga de NH2 y CO, es decir, la carga aquí y la carga aquí se vuelven irrelevantes porque este oxígeno y este grupo amina están unidos en enlaces covalentes.

Y esta adquisición de un protón y este desprendimiento de un protón aquí no puede ocurrir, porque ambos átomos, O y N, están involucrados en enlaces covalentes.

Por lo tanto, cuando hablamos de aminoácidos no polares y polares, tenga en cuenta que nos estamos enfocando en las propiedades bioquímicas de la cadena lateral porque la columna vertebral central del polipéptido y la columna vertebral central se definen con bastante claridad aquí.

Aquí está la columna vertebral central, y ves que tiene una estructura bastante repetida, N, C, C, N, C, C, N, C, C, esto es invariante.

Lo que cambia, y lo que define los atributos bioquímicos de este oligopéptido, o un polipéptido, son las identidades de estas cadenas laterales, que nuevamente se representan en este gráfico en particular.

Tienes una versión diferente en tu libro a la derecha.

Aquí, como ve, tenemos un protón, un grupo metilo, una valina, una lucina, una isolucina, y las diferencias entre esto sugiere que todos son bastante alifáticos, bastante similares al propano del que hablamos la última vez, o al hexano. .

Es decir, se trata de grupos laterales bastante hidrófobos.

Y, como tal, si hubiera un polipéptido, podemos imaginar, y pones el polipéptido en agua, puedes imaginar que a estos aminoácidos no les gustaría enfrentarse directamente al agua por el hecho de que son hidrófobos.

La metionina también es un poco hidrófoba.

Me equivoco porque la S tiene un ligero grado de hidrofilicidad.

Tiene un ligero grado de polaridad, pero no tanto.

Y, estas cadenas laterales aromáticas aquí, debido a que tienen estos anillos de benceno, en consecuencia se llaman aromáticas.

Estos son bastante hidrófobos.

Entonces, realmente odian estar en contacto íntimo con el agua.

Aquí, por otro lado, veamos estas cadenas laterales porque aquí tenemos moléculas fuertemente polares, cadenas laterales nuevamente.

Tenga en cuenta que nos estamos centrando en las cadenas laterales.

Aquí vemos serina con el grupo hidroxilo que puede formar enlaces de hidrógeno con el agua, treonina, que tiene su propio grupo hidroxilo, asparagina, que tiene dos átomos aquí, este carbonilo y el NH2, los cuales pueden formar enlaces de hidrógeno con el agua. , al igual que la glutamina.

Entonces, estos son bastante hidrófilos.

No son tan fanáticamente hidrófilos como estas moléculas de carga donde las cadenas laterales no solo son capaces de formar enlaces de hidrógeno.

En este grupo inferior aquí, las cadenas laterales son capaces de sufrir ionización.

Entonces, en realidad, están fuertemente cargados.

Y aquí, vemos aquí el grupo carboxilo, y nuestro ácido aspártico y ácido glutámico en realidad ha descargado su protón, cargándose negativamente.

Estos son aminoácidos ácidos, en virtud del grupo carboxilo que tienen, aminoácidos básicos aquí: arginina, lisina e histidina, todos adquieren una cadena lateral cargada positivamente en virtud de estos nitrógeno aquí que tienen una fuerte afinidad para eliminar protones o abstraer protones del solvente acuoso.

Y así, tenemos todo un gradiente de hidrofilicidad hasta hidrofobicidad.

Y aquí tenemos estructuras intermedias.

También tenemos algunos tipos de aminoácidos idiosincrásicos muy especiales.

Aquí está la tirosina, y la tirosina vuelve a ser un poco esquizofrénica.

Aquí tiene este grupo aromático altamente hidrófobo, el anillo de benceno, que odia estar en el agua, y el grupo hidroxilo que en realidad es amigo del agua.

Entonces, aquí tenemos algo donde su papel es bastante equívoco.

Aquí, tenemos cistina, como se indica aquí, y lo que es interesante sobre el grupo cistina en este caso es el grupo SH, la cadena lateral, el grupo SH, porque este grupo SH puede formar enlaces con otros grupos SH de otras cistinas. .

Entonces, miremos la cistina aquí por un momento.

Ves que hay un CH2, y luego hay un SH.

Entonces, imaginemos, no voy a dibujar todos los átomos aquí, pero imaginemos que aquí tenemos el grupo CH2.

No estoy dibujando la columna vertebral, SH, aquí.

Y podemos imaginar otra cadena de proteínas, otra cadena de polipéptidos aquí abajo.

Una vez más, no estoy dibujando la columna vertebral, pero estoy dibujando otro SH como este.

Y es que, en las condiciones de oxidación y reducción que operan al menos en el espacio extracelular, se puede oxidar este, estos dos, dando como resultado la formación de lo que se conoce como enlace disulfuro.

Entonces, aquí, tenemos ahora para la primera noción la idea de que las cadenas polipeptídicas se pueden unir covalentemente entre sí a través de estos enlaces cruzados, como se indica aquí.

Por el contrario, si agrega un agente reductor que agregará protones nuevamente a esto y reducirá el estado de oxidación de los azufres, una vez más hará que el enlace disulfuro se desintegre.

Ahora, en principio, estos enlaces disulfuro podrían usarse para unir dos proteínas.

Pero, la mayoría de las veces, si observa la estructura de una sola proteína, aquí está la estructura de una sola proteína.

Y a menudo, existen enlaces intramoleculares, enlaces disulfuro, es decir, enlaces de un dominio de la proteína a otro, de una parte de la proteína a la otra.

Los dibujaré aquí mismo.

Aquí podría haber un enlace disulfuro.

Aquí podría haber un enlace disulfuro, y podría seguir y seguir.

Puede que haya otro por aquí.

¿Por qué tenemos estos enlaces disulfuro? Porque como indicaremos muy pronto, la estructura tridimensional de una proteína está determinada muy específicamente.

Una proteína sólo puede funcionar cuando asume una determinada configuración tridimensional, cuando asume una determinada configuración estereoquímica tridimensional.

Cuando hablamos de estereoquímica, nos referimos a las estructuras tridimensionales de moléculas, pequeñas y grandes.

Y, aquí, comenzamos a tocar un tema de cómo estas cadenas polipeptídicas complejas son capaces de crear proteínas que tienen estructuras muy específicas, a menudo muy rígidas, en el espacio tridimensional.

Parte de esta rigidez estructural se mantiene mediante estos enlaces disulfuro covalentes, que unen estrechamente regiones vecinas, o incluso regiones no tan vecinas, de una única cadena polipeptídica, estos enlaces intramoleculares.

Esto no excluye que haya enlaces intermoleculares entre dos cadenas polipeptídicas que también están mediadas por enlaces disulfuro.

Aquí hay otro aminoácido muy peculiar porque lo que ves aquí está en la cadena lateral, que es CH2, CH2, CH2, CH2 es hidrógeno unido aquí al grupo amina.

No se balancea en el espacio libre.

Lo que vemos aquí es CH2, el CH2 está unido covalentemente al grupo amina.

Recoge eso, ¿verdad? Solo te estaba probando.

Bien, aquí vemos un anillo de cinco miembros que se crea.

Entonces, aquí, esta cosa no se balancea en el espacio libre.

Crea un anillo de cinco miembros donde el final de la cadena lateral está realmente unido covalentemente al grupo amino.

Y eso también tiene implicaciones para la estructura de las proteínas porque este aminoácido en particular, siempre que ocurre dentro de una cadena polipeptídica, no tiene la flexibilidad de asumir ciertas configuraciones que tienen los otros cuyas cuatro cadenas laterales no están tan sobrecargadas.

Ninguno de ellos tiene una flexibilidad total, pero este está mucho más comprometido con los tipos de estructuras tridimensionales que puede asumir.

Y, con eso en mente, comenzamos a hacernos preguntas sobre cómo las cadenas polipeptídicas asumen una estructura tridimensional.

Si hablamos de una cadena polipeptídica, en nuestras mentes, con suerte, solo hay 28 combinaciones.

Oh, estoy bien o qué? De todos modos, está bien, entonces, mira aquí.

Y aquí, como ve, esta es una cadena polipeptídica típica.

Aquí tenemos un código de tres letras.

En realidad, existe un código de una sola letra que se introdujo alrededor de 1965. Por lo tanto, cada uno de los 20 aminoácidos tiene su propio código de una sola letra.

Y, para hacer una admisión franca y deprimente, 35 años, 40 años después de que se instituyó el código de letras de un solo aminoácido, todavía no lo he aprendido.

Pero, podríamos aprender estos códigos de tres letras, que afortunadamente están presentes aquí.

En el código de una sola letra, L es lucine, y A es alanine, mira, ellos lo saben.

Este es otro ejemplo de no poder enseñar nuevos trucos a perros viejos.

De todos modos, aquí vemos la forma, una forma en la que se podría representar una cadena de aminoácidos, una cadena de polipéptidos.

Y tenga en cuenta que esto puede continuar indefinidamente.

A medida que comenzamos a luchar con la estructura tridimensional de la cadena, comenzamos a darnos cuenta de lo siguiente, y es que después de que la cadena se sintetiza inicialmente, es inicialmente caótica.

Y, a medida que se extiende, comienza a asumir cada vez más una configuración molecular tridimensional muy específica que se indica aquí abajo.

Entonces, el caos que opera inicialmente eventualmente resultará en una configuración nativa aquí, que en muchos aspectos a menudo representa el estado de energía libre más bajo.

Desde hace 40 años, la gente ha estado tratando de averiguar, si conocía la secuencia de aminoácidos de este polipéptido primario aquí, si conocía su estructura primaria, y cuando digo, "estructura primaria", lo que quiero decir es la secuencia de los aminoácidos.

Entonces, si conociera la estructura primaria de los aminoácidos, debería, en principio, poder desarrollar un algoritmo informático que predeciría la configuración tridimensional, que se muestra aquí de una manera muy esquemática, y que discutiremos con mucho mayor detalle en breve.

Y, el hecho es que, después de 40 años de intentarlo, uno todavía es incapaz de hacer eso, es decir, si tuviera que dar la secuencia de aminoácidos primaria del polipéptido a los bioquímicos más inteligentes del mundo, y hay algunos muy inteligentes. , él o ella todavía no podía decirme cuál sería la estructura tridimensional de esta proteína con total certeza.

¿Por qué? Porque hay un número casi infinito de interacciones intramoleculares que complican enormemente cómo la proteína asume la estructura.

Moreover, if we talk about this as the native state of the protein, we can imagine that there?s ways of disrupting that because much of this native state is created by intramolecular hydrogen bonds.

Remember, the hydrogen bonds are relatively weak, and if we heat up the temperature, then we can break hydrogen bonds.

And therefore, every time we fry an egg, for example, if we want to get down to Earth, we denature. We break up the native three-dimensional structure of the albumin molecules that constitute the egg white.

And so, when everything turns white, what we've done is to take a native molecule like this, heated it up to temperatures where the intramolecular bonds no longer stabilize.

Notably, hydrogen bonds no longer stabilize this three-dimensional configuration, and we put it into a denatured state, which might be all the way up here.

And, therefore, this acquisition of a native configuration, or a native state, native representing the natural state, is also reversible in many molecules simply by heating them up.

There are to be sure yet other molecules which are different from the egg white from the albumin in egg white where if you cool them back down, they will spontaneously reassume their native structure.

Many proteins, most, will not do so.

Well, again, let's go back to this issue of the acquisition of complex, three-dimensional structure.

And here, we begin to see how some of this structure is acquired and stabilized through these intramolecular hydrogen bonds. And there are many opportunities for these intramolecular hydrogen bonds because here we see one polypeptide chain here, here we see another.

And, we see that the NH2 group right here, I'm sorry, the nitrogen group here with the proton side chain, and the carbonyl group here with the oxygen are not encumbered.

They are, in principle, available to form hydrogen bonds with a polypeptide chain somewhere else.

Now, this other polypeptide chain could once again be from another protein, from another polypeptide.

But more often than not, we are once again dealing with intramolecular cross-links. But in this case, the intramolecular cross-links are not disulfide bonds which are covalent, and hard and stable as a rock in the absence of reducing agents.

Here, we're talking about much weaker bonds, hydrogen bonds which also act between different loops of the protein and serve, once again, to stabilize the three-dimensional structure, the native state of the protein.

And, you can see how these opportunities for forming multiple hydrogen bonds can create an enormous degree of stability.

And, here are some examples of what we now call the secondary structure of the protein.

Just a second ago, or several minutes ago to be honest, and I'm always honest with you, class, the primary structure is the amino acid sequence.

The secondary structure represents configurations like this.

Here is a beta pleated sheet.

And, what we see here in this alpha helix is we have a helical structure where the amine group down here, the NH group, hydrogen bonds with a residue that is, I think, three and a half residues upstream, one, two, there's an amine down there, so, with the carbonyl group that's three and a half residues upstream of it.

This one, once again, reaches three and a half residues upstream.

Not all the hydrogen bonds are shown in the background.

Only the ones on our side of the helix are shown, on the front side of the helix.

But, you can imagine that this can perpetuate itself.

And, each of these carbonyl's may associate with a proton, an NH group that's either above or below that particular residue.

And this, in turn, can create a helical structure.

By the way, proline doesn't fit well.

If you add a proline in here, proline is known in the trade as a helix breaker.

¿Por qué? Because it cannot twist itself around to form an alpha helix.

And so, if the primary amino acid were to dictate that a proline would be inserted right here, for example, then this helix might exist down below and above, but it would not be continuous because the presence of a proline is highly disruptive of the formation of an alpha helix.

This means that, in principle, you can make some predictions about the localized structure of a polypeptide by knowing whether or not proline is present, for example.

But that still doesn't give you the power to predict the entire three-dimensional structure of the finished protein itself.

Now, let's agree that this is the secondary structure of the protein, i.e., the various domains which often form alpha helices within a certain segment of the protein or a certain segment of the protein will form beta pleated sheets.

And there are several other less common kinds of secondary structure.

And here, we deal with tertiary structure.

Now we are getting really interesting.

Or, maybe you don't like it.

But some people say it's really interesting because here are the tertiary structures of some arbitrarily chosen proteins.

Here, the tertiary structure of this particular protein, and the identities of these are not given in our textbook.

And, I'm sure if we spent two or three weeks, we could find out what they were.

But anyhow, here is a protein, a three-dimensional structure of a protein which is composed of four alpha helices which go up.

Another alpha helix, alpha helix, alpha helix, alpha helix, they are depicted here, fortunately, in four different colors.

And so, we see that what we talk about tertiary structure, we're talking about how the alpha helices are disposed with respect to one another.

The primary structure of the amino acid sequence is not shown here.

The secondary structure represents these individual alpha helices, and the tertiary structure represents how these alpha helices are arranged vis-?-vis one another.

Here is a protein which is structured much differently.

It's formed of many beta pleated sheets.

We saw that in the last figure, in the last overhead.

You see it as a quite different overall three-dimensional structure.

This could be the beginning of an alpha helix down here, although that's quite equivocal.

And here, we see yet another point.

And that is, as we said before, the tertiary structure independent of these alpha helices and beta pleated sheets may be stabilized by these covalent inter-strand cross-links formed by the cystines.

And in the end, if we put all that together, then we come to the realization that the three-dimensional structure of a protein as determined by the art of x-ray -- There we go.

I actually have a cousin who I won't mention whose son was so dyslexic that when he came to stairways he didn't know whether to put his foot up or down.

OK, anyhow, because I solved it within less than two minutes time, all right, so here we see this is what the three-dimensional structure of a protein looks like.

This is called a space-filling model because here, one draws in, as determined by x-ray crystallography what the, if we could see what a protein looks like, what it actually must look like, where each of the atoms including these side chains is actually depicted.

Before, when we used these far more schematic descriptions like here, we were just talking about the overall structure of the backbone.

We weren't really indicating where the side chains were, and what space they would fill up.

And, if we give them the chance, if we put in all of the other atoms, the side chains, and we create a space-filling model where the actual atoms are shown, this is what the protein would look like.

And the fact of the matter is that all virtually proteins have very specific structures.

It's not as if they can shift from one structure to another.

Once they leave their normal native structure they will lose their ability to do what their normal jobs are.

And, this particular overhead happens to bring in yet another theme that we're going to focus on increasingly, which is, what do proteins do in cells? Me alegro de haber hecho esa pregunta.

One of the things they do is they act as catalysts, i.e. , as enzymes.

The fact is, as we will discuss later, virtually all biochemical reactions require an enzyme catalyst in order to propel them forward.

That is to say, if there's a biochemical reaction to occur, almost always it will not occur spontaneously the same way that a hydroxyl ion and a hydrogen will join together spontaneously in water.

Almost all biochemical reactions require the mediation of an enzyme which is a biological catalyst in order to encourage this to happen.

And, almost all catalysts in our cells are proteins.

So, if you have 4,326 distinct biochemical reactions occurring in the cell, that means that there's probably almost as many distinct enzymes, each one of which is assigned to mediate one or another of those distinct biochemical reactions.

And here, we see the fact that this is an enzyme which happens to be called hexokinase.

Recall that the -ase suffix at the end dictates that this is already an enzyme rather than a carbohydrate.

And, this attaches, in fact, a phosphate group onto glucose.

And, what happens is that the glucose, which is the substrate, which is acted upon by the catalyst, is pulled into this site in the protein which is highly specialized to mediate the enzymatic reaction.

Almost all the business of this complex enzyme is carried out right here.

And somehow, a lot of the other amino acids that are located at a distance are doing other things like regulating the activity of the enzyme.

But the actual business end of the enzyme is present in what is called a catalytic cleft, an active site of this enzyme in which the substrates are pulled in and are manipulated and changed chemically by the actions of this particular enzyme.

Now, in saying that virtually all catalysts, but not all, are proteins, I also mean to say that proteins have a second major function in the body.

The first major function is to act as enzymes in catalysts.

The second major function is to create biochemical structures, i.e., structures of different cytoskeleton proteins such as I showed you two lectures ago.

And so, we are going to come repeatedly to the situations where complex structural entities in the cell are composed of different structural proteins.

Again, this is just a prelude to talking about these in greater details, these two major functions of enzymatic catalysis on the one hand, and creating structure on the other hand. And so now, we get to really four hierarchical levels of protein structure.

The primary structure is the amino acid sequence.

And, if we dwell for second on this amino acid sequence, let's realize that any single amino acid can follow any other amino acid.

So, what that means is that if glycine is the first amino acid, as it happens to be here, serine is only one of 20 different possible second amino acids.

Aspartic acid is only one of 20 different third amino acids as the third residue.

We often call these different residues: the first residue, second residue, third residue, fourth residue, and fourth, and so forth.

And, keep in mind, if we think about the combinatorial implications of that, the first amino acid residue can have 20 different ones.

The second can have 20 different identities.

The third can have 20 different identities.

That means if we make a tripeptide - a tripeptide has three amino acids in it.

That means we can make 400 dipeptides, 400 distinct dipeptides, and we can make 8,000 distinct tripeptides.

Now, if you imagine that the average amino acid, the average protein in the cell is, let's say, 150 amino acid residues long, that means that in principle, one could make 20 to the 150th power distinct amino acid sequences because of these absence of any constraints of which amino acid will follow which other amino acids. In other words, if the average polypeptide has this many residues, this is the number of distinct 150 amino acid residue long proteins that one could, in principle, synthesize.

I'm not saying all of them have ever been synthesized since the formation of life on this planet.

Indeed, since some amino acid chains are 4, 5, 600, even 2,000 amino acid residues long, I think the one that is affecting muscular dystrophy is more than 2,000 amino acids.

Dystrophin. Does anybody know here? It's big.

Anyhow, imagine the number of possibilities.

So, combinatorially, life can make almost whatever types of amino acids it would like by dictating the sequence of amino acids.

Now, let's just go and look here again.

There is a secondary structure.

The tertiary structure is the way in which the different alpha helices here or beta pleated sheets are disposed three-dimensionally with respect to one another.

And, the quaternary structure represents how different polypeptides are associated one with the other.

So, for example, hemoglobin is a tetramer.

Hemoglobin doesn't exist as a monomeric protein.

Its solution exists as a tetramer.

And there's two kinds of globin chains.

There is an alpha kind and a beta kind.

And, if we look in a very rough and schematic way at the way that a hemoglobin tetramer is arranged, there are two alpha polypeptide chains and two beta polypeptide chains.

They are not covalently attached to one another.

They are associated with one another via hydrogen bonds and hydrophobic interactions.

And, this is the actual native configuration of globin to alpha and to beta chains.

It doesn't exist as a single amino acid in solution.

And, indeed, most, or I shouldn't say most, but very many proteins exist in these configurations where the tertiary structure represents four different amino acid chains.

And each of these has an N and C terminal.

Each of these is chemically distinct.

These four could probably be taken apart from one another simply by raising the temperature.

And, they associate like this.

And, in the absence of this association, if you just had one of these alphas, or one of these betas, it wouldn't function well at all.

In fact, it might be totally dysfunctional.

One other thing that may be implicit to you, but I haven't said, but that is very important to realize is the following: Let's imagine that this is the three-dimensional structure of the protein, as it may well be.

Let's now think about hydrophobic and hydrophilic amino acids.

The hydrophobic amino acids hate to be present water.

And therefore, they are, we can imagine this case correctly, tucked away inside the interstices of the protein far way from the surface.

They don't have any contact with water.

Conversely, the highly charged hydrophilic amino acids are actually sticking out at the surface.

And this begins to yield yet another insight into how the three-dimensional stereochemistry of proteins is maintained and dictated because the hydrophobic amino acids, through hydrophobic interactions, stabilize the inner core of the protein that is well shielded from the aqueous solvent.

The hydrophilic amino acids are on the outside.

They like to be in intimate contact with the water.

So, we already now have talked about a number of distinct different interactions that are responsible for creating the three-dimensional stereochemistry of the protein.

First of all, there are the disulfide bonds, which create chain-to-chain covalent interactions.

They are the hydrogen bonds in which different chains can interact one another.

And there are these hydrophobic and hydrophilic interactions.

And, there are some relatively inconsequential van der Waals interactions, which are really not worth discussing although some people get really excited about them.

So, here we now begin to see that we have really interesting polypeptides unlike the boring polypeptides that are ultimately the way one must judge carbohydrates.

Some people think carbohydrate chemistry is really interesting.

But it really isn't that interesting because you just have the same monomer in a hundred, or 500 stretches.

Here, a protein is much more interesting because of this enormous variability in amino acid sequence, and the consequent ability to create all kinds of chemical reactivities and structures because of these 20 different amino acids.

If we were to imagine life on another planet, and we imagine that there were, let's say, amino acid-like molecules that were part of life, maybe that other life wouldn't have exactly the same 20 amino acids as we do.

It almost certainly would be a water base the way we are.

But, it would also rely on hydrogen bonds and hydrophilicity, and hydrophobicity interactions in order to dictate the three-dimensional structure.

In the absence of this very specific three-dimensional structure I will tell you that this enzyme could not function.

And, if you were to take this enzyme, if it were typical enzyme and you were to heat it up briefly, even often slightly above normal body temperature, it might denature, i.e., it might lose its three-dimensional structure irreversibly.

And, once it was denatured, this process of denaturation, it might not be able to spontaneously reassume that pre-existing three-dimensional configuration and therefore would forever be inactive.

That means to say very explicitly that even though the amino acids that are creating that active catalytic site remain there.

Their highly specific three-dimensional disposition is critical for the continued actions of this enzyme.

And, once their three-dimensional dispositions are shifted around through the process of interactions, then, we have trouble because the enzyme can no longer do its assigned task.

We are going to go now to an even higher order of complexity in one sense.

We are going to go to the royalty of the macromolecules, which are the nucleic acids.

Of course, protein chemists would take great umbrage at the very notion that there are things better than proteins.

But, the fact of the matter is, I can't show you that overhead because it's from the other textbook which is copyright, and we are being filmed.

How many people have had the backs of their heads immortalized on these videos? Did you call home and ask anybody to identify you? I don't know, but soon each of us has the limelight for 15 minutes a lifetime, right? So, you'll have your 15 minutes.

Here are some nucleic acids.

And let's look at these nucleic acids and the way they are put together.

Keep in mind to anticipate what we are going to say next time, once again, we want to make end-to-end aggregates.

We want to polymerize molecules.

And in this case, we want to do so once again through a dehydration reaction.

And, moreover, just to look at the building blocks of nucleic acids, we start again in this case with two pentoses.

Recall that they have fuor carbons: one, two, three, four, did I say four? You know I meant five.

So, whenever I say four from now on, I mean, or, whenever I say four I may also mean four.

OK, one, two, three, four five.

And let's look at the two basic kinds of pentose molecules that are present in nucleic acid because they define the essential difference between DNA and RNA.

Here's a regular old rather familiar kind of pentose with five carbons.

And here's an unfamiliar kind of pentose which we call deoxyribose. ¿Por qué? Because if you look really carefully, you'll see that the hydroxyl group here, which should be present in any self-respecting pentose is missing, and is replaced simply by a hydrogen group, i.e., it's lost its oxygen, whence cometh the word, ?deoxyribose,? and ultimately clearly the word, ?deoxyribose nucleic acid.?

And one of the attributes, one of the virtues of carbohydrates, as we discussed last time, were these numerous hydroxyl groups, which represent opportunities for all kinds of dehydration reactions which can enable one to build much more complex molecules.

And here, we see the structure of, for example, a deoxyribonucleotide whose detailed structure we'll get into next time.

But just, let's look at how these hydroxyl groups have been used.

The hydroxyl group, in this case in DNA, and by the way notice that the structure I've shown here, there's a side chain attached here, and a side chain attached here.

And neither of those depends on whether or not there is a hydrogen or a hydroxyl right here.

And look at what's happened here.

Here, we have this hydroxyl over here to which a base has been attached covalently, once again, by a dehydration reaction.

And here, we have a situation where actually three phosphate groups have been attached to the hydroxyl group in this direction.

And, this represents the basic building blocks of nucleic acids.

Now, one of the things that's going to be really important and that you're going to have to memorize, I told you, you weren't going to have to memorize anything.

But you didn't believe me, did you? Bueno.

OK, one of the things you're going to have to memorize is the numbering system here.

This is number one, two, three, four, five, or to be totally frank, and you know I'm always that, one prime, two prime, three prime, four prime, five prime.

And that numbering system, it turns out, is going to be very important for our subsequent discussions.

Notice here that, for example, it's here at the two prime position that this deoxyribose is lacking the oxygen that is present normally in RNA.

And, with all this in mind, we will wait in great suspense until Wednesday when we actually talk about how this is exploited to make highly complex polymers.


Ver el vídeo: Vínculos débiles y fuertes en las redes sociales (Agosto 2022).