Conceptos básicos de biología molecular, I
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- Andrés Miranda Olivera
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1 Dr. Eduardo A. RODRÍGUEZ TELLO CINVESTAV-Tamaulipas 21 de mayo del 2013 Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del / 28
2 1 Introducción Tarea Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del / 28
3 Introducción 1 Introducción Tarea Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del / 28
4 Introducción Introducción En la naturaleza encontramos dos tipos de materia, la viviente y la no viviente Ambos tipos de materia están formados por átomos y obedecen las mismas leyes físicas y químicas Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del / 28
5 Introducción Introducción La materia viviente: Puede moverse, reproducirse, crecer, comer, etc. Interactúa activamente con su ambiente Los seres vivos actúan de esta forma debido a un complejo conjunto de reacciones químicas que ocurren en su interior Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del / 28
6 Introducción Introducción Estas reacciones nunca se detienen En muchas ocasiones los productos de una reacción son constantemente consumidos por otra reacción, manteniendo el sistema en funcionamiento Imagen tomada de Wikipedia Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del / 28
7 Introducción Introducción Los organismos vivos están también constantemente intercambiando materia y energía con su ambiente Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del / 28
8 Introducción Introducción En contraste cualquier cosa que esté en equilibrio con su ambiente puede generalmente ser considerada como muerta Aunque hay algunas excepciones notables en formas vegetales como semillas y los virus, los cuales pueden estar inactivos por largos períodos de tiempo y no están muertos Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del / 28
9 Introducción Introducción La ciencia moderna ha logrado establecer que la vida en la tierra comenzó hace aproximadamente 3500 millones de años, poco después de que ésta se formó Las primeras formas de vida fueron muy básicas Millones de años de evolución y diversificación han permitido que hoy en día existan organismos simples y otros extremadamente complejos Ambos tienen una química molecular, o bioquímica, muy similar Los principales actores de la química de la vida son las moléculas conocidas como proteínas y ácidos nucleicos Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del / 28
10 Introducción Introducción Hablando en términos simples, las proteínas son responsables de lo que es un ser vivo y lo que puede hacer en un sentido físico Un científico renombrado llamado Russell F. Doolittle alguna vez dijo Nosotros somos nuestras proteínas Por otra parte, los ácidos nucleicos codifican la información necesaria para producir proteínas y son responsables de transmitir esta receta a generaciones subsecuentes Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del / 28
11 Introducción Introducción La biología molecular básicamente está dedicada a entender la estructura y función de las proteínas y los ácidos nucleicos Estas moléculas son por lo tanto esenciales en el estudio de la Bioinformática A continuación daremos una breve descripción de cada una de ellas Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del / 28
12 1 Introducción Tarea Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del / 28
13 La mayoría de las substancias en nuestros cuerpos son proteínas, de las cuales hay diferentes tipos Las proteínas estructurales actúan como bloques de construcción de tejidos (colágeno y queratina) Las proteínas enzimáticas actúan como catalizadoras de reacciones químicas Un catalizador es una substancia que acelera una reacción química Sin las proteínas enzimáticas muchas reacciones bioquímicas no se llevarían a cabo o tardarían mucho en completarse por lo que no serían útiles para la vida Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del / 28
14 Una enzima es capaz de acelerar estos procesos hasta millones de veces haciendo posible la vida Las enzimas son muy específicas, usualmente una enzima sólo puede acelerar un tipo especial de reacción bioquímica Considerando el gran número de reacciones que deben ocurrir para sostener la vida, podemos ver que se requieren muchas enzimas Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del / 28
15 Otros ejemplos de tipos de proteínas son: Reguladoras (insulina, hormona del crecimiento) Transportadoras (hemoglobina) Defensivas (anticuerpos) Pero qué son exactamente las proteínas, cómo están formadas y cómo desarrollan sus funciones Responderemos estas preguntas a continuación Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del / 28
16 Una proteína es una cadena de moléculas más simples llamadas aminoácidos La siguiente figura presenta la estructura básica de un aminoácido Un Carbono alfa (C α ) unido a un grupo carboxilo ( COOH), a un grupo amino ( NH 2 ), a un hidrógeno y a una cadena lateral (usualmente denominada R) Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del / 28
17 La cadena R es de estructura variable, y determina la identidad y las propiedades de los diferentes aminoácidos La cadena R puede ser tan simple como un átomo de Hidrógeno (Glicina) o tan complicado como dos anillos de Carbono (Triptófano) Existen cientos de cadenas R por lo que se conocen cientos de aminoácidos diferentes, pero sólo 20 de entre ellos forman parte de las proteínas A continuación se presenta una tabla con sus nombres y códigos Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del / 28
18 No. Aminoácido Códigos No. Aminoácido Códigos 1 Alanina Ala A 11 Leucina Leu L 2 Arginina Arg R 12 Lisina Lys K 3 Asparagina Asn N 13 Metionina Met M 4 Ácido aspártico Asp D 14 Fenilalanina Phe F 5 Cisteína Cys C 15 Prolina Pro P 6 Glutamina Gln Q 16 Serina Ser S 7 Ácido glutámico Glu E 17 Treonina Thr T 8 Glicina Gly G 18 Triptófano Trp W 9 Histidina His H 19 Tirosina Tyr Y 10 Isoleucina Ile I 20 Valina Val V Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del / 28
19 En una proteína los aminoácidos están unidos por enlaces peptídicos Por esta razón las proteínas son cadenas polipeptídicas Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del / 28
20 En un enlace peptídico, el átomo de Carbono que pertenece al grupo carboxilo ( COOH) del aminoácido (1) se enlaza al átomo de Nitrógeno del grupo amino ( NH 2 ) del aminoácido (2), desprendiendo una molécula de agua (H 2 O) Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del / 28
21 Observemos que lo que encontramos realmente dentro de una cadena polipeptídica es residuos de los aminoácidos originales Por lo tanto, generalmente se habla de proteínas que tienen 100 residuos, en vez de 100 aminoácidos Las proteínas contienen en promedio 300 residuos, pero las hay con entre 100 y 5000 residuos Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del / 28
22 Los enlaces peptídicos hacen que cada proteína tenga un esqueleto formado por repeticiones del bloque básico N C α (CO) A cada C α corresponde una cadena lateral Debido a que hay un grupo amino en un extremo del esqueleto y un grupo carboxilo en el otro, entonces es posible distinguir ambos extremos de una cadena polipeptídica Y por lo tanto también darle una dirección Por convención, para nombrar el péptido se empieza por el amino terminal Si el primer aminoácido de nuestro péptido fuera Alanina y el segundo Serina tendríamos el péptido Alanil-Serina Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del / 28
23 Las proteínas no son sólo una secuencia lineal de residuos Esta secuencia es conocida como su estructura primaria Las proteínas realmente se pliegan en tres dimensiones, presentando estructuras secundarias, terciarias y cuaternarias La estructura secundaria de una proteína está formada sólo por las interacciones entre los átomos del esqueleto y resulta en estructuras locales en forma de hélices Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del / 28
24 Tránsito de la estructura primaria a la estructura secundaria de una proteína, i.e. plegamiento de proteínas (protein folding) Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del / 28
25 Las estructuras terciarias son el resultado de empacar estructuras secundarias en un nivel más global Las estructuras cuaternarias son un grupo de diferentes proteínas empacadas juntas Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del / 28
26 Cómo se obtienen las proteínas? Estas se producen en una estructura de la célula llamada Ribosoma En un ribosoma los aminoácidos componentes de una proteína son ensamblados uno a uno gracias a la información contenida en una molécula importante llamada ácido ribonucleico mensajero (ARNm) Para explicar cómo sucede esto es necesario primero explicar qué son los ácidos nucleicos Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del / 28
27 Tarea 1 Introducción Tarea Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del / 28
28 Tarea Tarea Tarea 1: Leer el siguiente artículo, elegir dos temas de los abordados e investigar un artículo relacionado con cada tema para preparar una síntesis (en Latex). Jacques Cohen, Bioinformatics: An introduction for computer scientists. ACM Computing Surveys, Volume 36, Issue 2, pages (June 2004). Fecha de entrega: 28 de mayo antes de las 12h00 Dr. Eduardo RODRÍGUEZ T. (CINVESTAV) Conceptos básicos de biología molecular 21 de mayo del / 28
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