La respuesta más simple a esto es que la columna vertebral de azúcar fosfato del ADN es hidrófila. Las bases nitrogenadas son hidrofóbicas. Debido a esto, la doble cadena de ADN se conforma de tal manera que las bases nitrogenadas entrarán en contacto con la menor cantidad de agua posible. Las hélices de proteína alfa se forman mediante la donación de hidrógeno a partir del enlace de nitrógeno e hidrógeno de un aminoácido, del enlace carbono-oxígeno de otro. Los enlaces de hidrógeno ayudarán a determinar la forma.
¿Por qué el ADN y las proteínas forman una hélice?
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Da la casualidad de que acabo de cubrir esto en mi curso de bioquímica. Es extraño cómo sigo encontrando preguntas como esta justo después de enterarme de ellas.
Resumen: Porque esas estructuras son las conformaciones preferidas termodinámicamente disponibles para esas moléculas particulares cuando están en solución acuosa. También las proteínas forman mucho más que hélices.
¿Por qué se forman estas estructuras?
Antes de abordar por qué el ADN forma una hélice y se pliegan las proteínas (hacen más que simples hélices, primero debes saber por qué forman cualquier tipo de estructura.) Después de todo, la naturaleza favorece una entropía más alta. una entropía mucho mayor que una hélice o proteína plegada comparativamente rígida. La razón por la cual la entropía del ADN o proteína puede reducirse es porque la entropía del sistema aumenta. El sistema en este caso incluye ADN / proteínas y agua .
Cuando los grupos hidrofóbicos están en solución, no pueden formar enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua que los rodean. Como todavía ocupan espacio físico, las moléculas de agua que se encuentran cerca de ellos se ven forzadas a posiciones restringidas mientras intentan hacer tantos enlaces H entre ellos como sea posible. Esta agua enjaulada tiene baja entropía y está muy desfavorecida. Para minimizar la cantidad de área superficial expuesta y, por lo tanto, la cantidad de agua enjaulada, los grupos hidrofóbicos se agruparán. Esto se conoce como el efecto hidrofóbico .
Simplemente sucede que las bases (ATCG) unidas a la columna vertebral de fosfato y azúcar del ADN están formadas por anillos hidrofóbicos. Piensa en los anillos como hexágonos que yacen en el suelo. Por un lado están los átomos que son capaces de formar enlaces de hidrógeno con otras bases. Sin embargo, el anillo en sí es hidrofóbico. Esto significa que el área arriba y debajo del anillo tiene agua enjaulada a su alrededor. Al formar una doble hélice, estos anillos hidrofóbicos se apilan uno encima del otro y el agua de la jaula se expulsa. El gran aumento en la entropía causado por la liberación del agua enjaulada es lo que impulsa la formación de la hélice, superando el pequeño aumento de entropía asociado con la formación de la estructura.
Lo mismo ocurre con el plegamiento de proteínas. Las proteínas pueden plegarse de muchas maneras diferentes, pero la razón por la que se retiran es porque tienen un núcleo hidrofóbico en el centro (algunas proteínas extracelulares tienen enlaces disulfuro que las mantienen juntas). La creación de este núcleo es lo que hace que se doblen.
Se podría pensar que las proteínas se pliegan debido al enlace de hidrógeno entre las diferentes partes de su columna vertebral. Si bien es cierto que este enlace de hidrógeno es necesario para mantenerlo unido, no es por eso que se pliega en primer lugar. Cuando una proteína se despliega, tiene tantas interacciones de enlaces de hidrógeno con el agua como lo tendrá consigo misma cuando se pliega. El cambio neto en entalpía (energía contenida en enlaces químicos) al pasar de desplegado a doblado es insignificante. No solo eso, sino que esos enlaces de hidrógeno con agua tienen que romperse antes de que pueda comenzar el plegado. La energía para esto proviene de la liberación de agua enjaulada.
¿Por qué el ADN forma una hélice de todas las cosas?
El ADN forma una hélice porque equilibra varias fuerzas que están en acción. El primero es el enlace de hidrógeno plano entre las bases dentro de la hélice. Esto es lo que hace que sea de doble cadena. El segundo es la carga negativa de la cadena principal de fosfato y azúcar. La repulsión causada por esto (al igual que las cargas se repelen) mantiene las columnas vertebrales a cierta distancia. El tercero es el apilamiento de base. Mientras que el modelo de bola y palo muestra una gran cantidad de espacio vacío, el modelo de relleno de espacio es una representación más realista. Las bases ocupan todo el espacio y se excluye toda el agua enjaulada. Simplemente sucede que una doble hélice es la conformación más estable termodinámicamente dados estos factores.
¿Por qué las proteínas hacen estructuras secundarias?
Hay 4 formas de describir una proteína:
De lo que estás hablando es de la estructura secundaria . Esto también está determinado termodinámicamente. Dos de las estructuras secundarias más comunes son la hélice alfa y la hoja beta . El que se forma depende de la secuencia primaria (es decir, qué aminoácidos está usando). Todos los aminoácidos tienen la misma estructura, por lo que son las cadenas laterales las que importan.
Las hélices alfa están formadas por aminoácidos con pequeñas cadenas laterales (esos son ángulos de enlace para la columna vertebral en la imagen a continuación). Esto se debe a que serán forzados relativamente cerca el uno del otro y las interacciones estéricas entre las cadenas laterales grandes se interpondrían en el camino.
Las láminas beta están formadas por aminoácidos con cadenas laterales más grandes porque las cadenas están hacia afuera y alejadas unas de otras. Imagine una pieza, un papel que yace plano. Las cadenas laterales sobresaldrían por encima y por debajo del papel.
También hay giros que conectan un capítulo de una hoja beta con otra. Recuerde, todo esto sucede dentro de una sola proteína. Tome la hoja de papel de antes y dóblela por la mitad. El doblez / plegado sería el turno. Estos giros a menudo incluyen glicina debido a su flexibilidad o prolina debido a sus ángulos de enlace tipo “D”.
También tengo algunas notas sobre ángulos phi y psi y tramas de Ramachandrian:
La respuesta a por qué las proteínas y el ADN forman una hélice es sorprendentemente simple. Tanto el ADN como las proteínas son estructuras repetitivas formadas por bloques de construcción más pequeños que comparten la misma estructura básica entre sí. Cuando unes estos simples bloques de construcción juntos, se rotarán uno con relación al otro. La rotación entre dos bloques de construcción puede ser cualquier ángulo de 0 a 360 grados. Cualquiera que sea el ángulo que elijas, si luego repites la adición de más bloques utilizando el mismo ángulo de rotación obtendrás una hélice en todos los casos, excepto si el ángulo es exactamente 0 o 180 grados. Entonces, el ADN y las proteínas forman hélices porque son estructuras repetidas.
Hay un poco más para comprender la complejidad de las estructuras secundarias (como se describe en las otras grandes respuestas, sin embargo, fundamentalmente, la hélice es la estructura por defecto para cualquier estructura repetitiva.
Para que el ADN se vuelva estable.
