Bioquímica: Proteïnes de Membrana, Metabolisme i Replicació del DNA

Proteïnes integrals de membrana

Glicoforina: travessa una vegada la membrana; hèlix α; extrem amino extracel·lular i extrem carboxil intracel·lular.

2: travessa una vegada la membrana; extrem carboxil extracel·lular i extrem amino intracel·lular; hèlix α.

3: bacteriorodopsina; hèlix α que travessa la membrana; proteïna única.

4: proteïna independent; hèlix α.

5: proteïna unida a la membrana per enllaç covalent.

6: hèlix transmembrana; unió mitjançant enllaços covalents amb lípids.

Metabolisme

Ruta metabòlica: conjunt de metabolits i intermediaris.

Hidròlisi de l'ATP: allibera un fosfat i ADP; 2 AMP.

Glucòlisi

Catabolisme de la glucosa fins a àcid pirúvic (piruvat) al citoplasma; genera ATP.

Reacció: glucosa + 2 NAD⁺ + 2 ADP + 2 Pi → 2 piruvat + 2 NADH + 2 H⁺ + 2 ATP + 2 H₂O.

Regulació:

• Hexoquinasa (regulada per ATP).
• Fosfofructoquinasa (activada per ADP i AMP).
• Piruvat quinasa (inhibida per ATP, acetil-CoA i alanina).

Destí del piruvat:

• Fermentació làctica: transforma el piruvat en àcid làctic; es produeix al múscul durant la contracció.
• Fermentació alcohòlica: transforma el piruvat en etanol i CO₂ en microorganismes com la llevat.

Gluconeogènesi i metabolisme del glucogen

Glucogen sintasa: allarga cadenes de glucosa lineals; activa la forma UDP-glucosa; uneix per enllaços α(1→4). L'enzim ramificant uneix per enllaços α(1→6), formant la molècula de glucogen.

Glucogenòlisi: degradació del glucogen mitjançant dos enzims: la glucogen fosforilasa (allibera glucosa-1-fosfat de l'extrem de la cadena) i l'enzim desramificant (elimina els punts de ramificació). Té dues funcions: activitat glucosiltransferasa i glucosidasa, i regulació hormonal (insulina i adrenalina).

Via de les pentoses fosfat

• Fase oxidativa: glucosa-6-fosfat → ribulosa-5-fosfat; dues reaccions que generen CO₂ i NADPH.
• Fase no oxidativa: reorganitza monosacàrids al citoplasma.

Ruta central del metabolisme intermediari

Transport mitocondrial i fosforilació oxidativa

La fosforilació oxidativa té lloc en la cadena respiratòria: els electrons provenen de deshidrogenases que capten electrons i els canalitzen cap a acceptors. Els electrons recorren la cadena i passen a través de tres tipus de molècules transportadores: ubiquinona, citocroms i centres ferro-sofre.

Cadena respiratòria:

• Complex I (NADH-Q reductasa).
• Complex II (citocrom c reductasa): transfereix electrons de la Q al citocrom c i genera un nou bombeig de protons cap a l'exterior.
• Complex IV (citocrom oxidasa): transfereix els electrons a l'oxigen, el redueix (½ O₂²⁻) i en pren 2 ions H⁺ per formar H₂O.

ATP sintasa:

• F₀: proteïna submembranosa, insoluble, conté un canal transmembrana per on passen els protons.
• F₁: proteïna perifèrica de la membrana, soluble, que sintetitza ATP.

Procés: entren 3 protons des de l'espai intermembrana, impulsant el gir de la subunitat F₀. Aquest gir és aprofitat per F₁ per sintetitzar 1 ATP a partir de 1 ADP. La reoxidació del NADH₂ genera 2,5 ATP i la molècula de FADH₂ genera 1,5 ATP.

Metabolisme lipídic

• Activació: àcid gras + CoA + ATP → acil-CoA + AMP + PPi (acil-CoA sintetasa).
• Transport: carnitina + acil-CoA → acil-carnitina + CoA (carnitina aciltransferasa I i II).
• β-oxidació: acil-CoA + FAD → trans-Δ²-enoil-CoA (acil-CoA deshidrogenasa); trans-Δ²-enoil-CoA → L-3-hidroxiacil-CoA (enoil-CoA hidratasa); L-3-hidroxiacil-CoA + NAD⁺ → 3-cetoacil-CoA + NADH + H⁺ (L-3-hidroxiacil-CoA deshidrogenasa); 3-cetoacil-CoA + CoA → acetil-CoA + acil-CoA (β-cetotiolasa).

Integració del nitrogen en compostos orgànics

• Formació de carbamoil-fosfat: NH₄⁺ + CO₂ + 2 ATP → carbamoil-fosfat + 2 ADP + Pi.
• Formació de glutamat: α-cetoglutarat + NH₄⁺ + NAD(P)H + H⁺ → glutamat + H₂O + NAD(P)⁺.
• Formació de glutamina: glutamat + NH₃ + ATP → glutamina + ADP + Pi.
• Formació d'asparagina: aspartat + ATP + NH₃ → asparagina + AMP + PPi.

DNA mòbil

Seqüències repetides intercalades en múltiples llocs. Elements transposables que generen variabilitat genètica dins el genoma de l'organisme i produeixen mutacions. Tipus: transposons (transposició directa) i retrotransposons (transcripció inversa). Elements dispersos llargs i curts (en humans).

Replicació

Obertura de la doble hèlix del DNA; síntesi de cebadors d'RNA; síntesi de la nova cadena: la cadena conductora es sintetitza de manera contínua i la cadena retardada (cadena discontínua) en fragments d'Okazaki a la forquilla de replicació.

Transcripció

Requereix factors de transcripció (TFIIA, TFIIB, etc.). Els promotors contenen una seqüència de DNA anomenada TATA. TFIIB reconeix la seqüència TATA i s'hi uneix, permetent la unió de TFIID. La unió distorsiona el DNA. Els altres factors, com l'ARN polimerasa II, s'ensamblen al promotor. Es separen les dues cadenes d'hèlix al punt d'inici de la transcripció, utilitzant energia de la hidròlisi de l'ATP. Es fosforila l'ARN polimerasa II, s'allibera dels factors i comença la fase d'elongació de la transcripció. El lloc de fosforilació és una llarga cadena polipeptídica que s'estén des de la molècula de polimerasa.

Enzims de restricció

• Tipus I: multifuncionals, amb activitat de restricció i modificació; necessiten Mg²⁺, ATP i S-adenosilmetionina; trenquen el DNA lluny de la seqüència de reconeixement.
• Tipus II: trenquen el DNA dins de la seqüència de reconeixement, generant fragments de longitud definida; necessiten Mg²⁺.
• Tipus III: identifiquen seqüències de 4, 5 o 6 pb i tallen el DNA a poca distància d'aquestes seqüències.