Ejercicios: Las proteínas

¿Qué son los aminoácidos y cuántos tipos distintos forman las proteínas de los seres vivos? Indica qué grupos químicos comparten todos los aminoácidos y cuál les confiere las propiedades particulares a cada uno.

Nombra cuatro funciones distintas de las proteínas en los seres vivos y pon un ejemplo concreto de proteína para cada una de ellas.

¿Qué es el enlace peptídico? Indica entre qué grupos químicos de los aminoácidos se forma y qué molécula se libera en la reacción.

Observa el esquema de los niveles de organización de las proteínas, numerados del 1 al 4. Nombra cada nivel, describe brevemente su rasgo principal y pon un ejemplo de proteína que presente el nivel 4.

La hemoglobina pierde su forma tridimensional si la temperatura o el pH se alejan demasiado de sus valores normales. ¿Cómo se denomina este proceso, qué enlaces se rompen y qué consecuencia tiene sobre la función de la proteína?

¿Qué es una enzima? Explica cómo consigue acelerar una reacción química haciendo referencia a la energía de activación y al complejo enzima-sustrato.

La hemoglobina funcional de un adulto ($\text{HbA}$) es un heterotetrámero soluble. En la anemia falciforme, la mutación puntual en el gen de la globina $\beta$ sustituye un ácido glutámico por valina en la posición 6 de la cadena polipeptídica ($\text{HbS}$), provocando que la desoxihemoglobina polimerice en largas fibras insolubles que deforman los eritrocitos.

1. a) A partir de las propiedades químicas de las cadenas laterales de ambos aminoácidos, justifica por qué este cambio en la estructura primaria altera la conformación y solubilidad de la proteína, e indica qué tipo de interacciones moleculares débiles estabilizan esas fibras.
2. b) En un cribado genético se detectan dos mutaciones alternativas en ese mismo codón 6 de la globina $\beta$:

• Variante A: el ácido glutámico es sustituido por ácido aspártico ($\text{Glu6Asp}$).

• Variante B: el ácido glutámico es sustituido por leucina ($\text{Glu6Leu}$).

Predice razonadamente cuál de estas dos variantes mantendrá una función biológica prácticamente idéntica a la $\text{HbA}$ sana y cuál provocará una agregación patológica similar a la anemia falciforme.

Un paciente con desnutrición severa ingresa en urgencias con debilidad muscular, desorientación y acidosis láctica grave (síntomas compatibles con beriberi). Las pruebas bioquímicas muestran concentraciones plasmáticas elevadas de piruvato y lactato, con una acusada caída de ATP celular a pesar de que los niveles de glucosa son normales. La administración urgente de tiamina (vitamina B1) revierte los síntomas.

1. a) Sabiendo que la tiamina es el precursor de la coenzima pirofosfato de tiamina (imprescindible para el complejo piruvato deshidrogenasa), explica qué es una coenzima y justifica bioquímicamente por qué su ausencia bloquea la respiración celular y dispara la síntesis de lactato.
2. b) Si antes de administrar la vitamina se le hubiera perfundido al paciente un suero glucosado concentrado para «darle energía», su acidosis habría empeorado rápidamente. Justifica esta afirmación a partir de las rutas del metabolismo de glúcidos.
3. c) Dado que las coenzimas no se consumen estequiométricamente en las reacciones que catalizan (se regeneran), razona por qué los humanos necesitamos un aporte continuo de vitaminas hidrosolubles en la dieta en lugar de una dosis única en la vida.

En un laboratorio de bioquímica se investiga la estabilidad térmica de una enzima humana intracelular. Se incuban alícuotas de la enzima durante 20 minutos a cuatro temperaturas distintas ($15\ \text{°C}$, $37\ \text{°C}$, $45\ \text{°C}$ y $70\ \text{°C}$). A continuación, cada muestra se divide en dos fracciones:

• Fracción 1: se mide inmediatamente su velocidad catalítica a la misma temperatura a la que fue incubada.

• Fracción 2: se devuelve la muestra a $37\ \text{°C}$, se esperan 15 minutos y se mide entonces su velocidad catalítica a $37\ \text{°C}$.

Los resultados muestran que la Fracción 1 tiene actividad óptima a $37\ \text{°C}$, muy baja a $15\ \text{°C}$ y nula a $70\ \text{°C}$. En la Fracción 2, la muestra pretratada a $15\ \text{°C}$ recupera el $100\ \%$ de su actividad máxima, mientras que la pretratada a $70\ \text{°C}$ mantiene una actividad del $0\ \%$.

1. a) Interpreta molecularmente los resultados de la Fracción 2 para las muestras de $15\ \text{°C}$ y $70\ \text{°C}$, distinguiendo entre la energía cinética del sistema y la desnaturalización proteica.
2. b) Predice cómo variaría la curva de la Fracción 1 si se utilizara una enzima equivalente purificada de la bacteria termófila Thermus aquaticus ($T_{\text{óptima}} \approx 75\ \text{°C}$) y justifica qué adaptaciones en los enlaces de su estructura terciaria le permiten ser funcional a esa temperatura.