Biosíntesis

La biosíntesis es un proceso de múltiples pasos, catalizado por enzimas, en el que los sustratos se convierten en productos más complejos en los organismos vivos.

Algunas macromoléculas biológicas importantes incluyen: proteínas, que están compuestas por monómeros de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos, y moléculas de ADN, que están compuestas por nucleótidos unidos por enlaces fosfodiéster.

Para que estas reacciones tengan lugar, son necesarios los siguientes elementos:[1]​ En el sentido más simple, las reacciones que ocurren en la biosíntesis tienen el siguiente formato:[2]​ Algunas variaciones de esta ecuación básica que se discutirán más adelante con más detalle son:[3]​ Muchas macromoléculas intrincadas se sintetizan en un patrón de estructuras simples y repetidas.

[4]​ Estos ácidos grasos crean componentes más grandes, que a su vez incorporan interacciones no covalentes para formar la bicapa lipídica.

[7]​ Estas últimas interacciones impulsan la estructura de dos capas que actúa como una barrera para los iones y las moléculas.

[9]​ Al igual que los fosfolípidos, estos derivados de ácidos grasos tienen una cabeza polar y colas no polares.

[10]​ Los esfingolípidos existen en las células eucariotas y son particularmente abundantes en el sistema nervioso central.

[9]​ Las etapas son las siguientes:[12]​ La biosíntesis de nucleótidos implica reacciones catalizadas por enzimas que convierten los sustratos en productos más complejos.

En contraste con el uracilo, las bases de timina se encuentran principalmente en el ADN, no en el ARN.

[21]​ La reacción de la timidilato sintasa, dUMP + 5,10-metilentetrahidrofolato ⇔ dTMP + dihidrofolato, se muestra a la derecha.

El ADN está compuesto de nucleótidos que están unidos por enlaces fosfodiéster.

[22]​ Los fragmentos de Okazaki se unen covalentemente por la ADN ligasa para formar una cadena continua.

Los otros aminoácidos, valina, metionina, leucina, isoleucina, fenilalanina, lisina, treonina y triptófano para adultos e histidina, y arginina para bebés se obtienen a través de la dieta.

Como resultado de los tres grupos diferentes unidos al carbono α, los aminoácidos son moléculas asimétricas.

La otra vía para incorporar nitrógeno en el carbono α de los aminoácidos es la enzima glutamato deshidrogenasa (GDH).

Las enzimas GOGAT y GDH catalizan las reacciones de asimilación del nitrógeno.

Esto resulta en la formación de glutamato semialdehído, que cicla espontáneamente a pirrolina-5-carboxilato.

La mayoría de los microorganismos y plantas obtienen el azufre para sintetizar la metionina a partir del aminoácido cisteína.

[27]​ Durante la biosíntesis de serina,[34]​ la enzima fosfoglicerato deshidrogenasa cataliza la reacción inicial que oxida el 3-fosfo-D-glicerato para producir 3-fosfonooxipiruvato.

[35]​ La siguiente reacción es catalizada por la enzima fosfoserina aminotransferasa, que transfiere un grupo amino del glutamato a 3-fosfonooxipiruvato para producir L-fosfoserina.

[36]​ El paso final es catalizado por la enzima fosfoserina fosfatasa, que desfosforila L-fosfoserina para producir L-serina.

En microorganismos y plantas, la enzima serina acetiltransferasa cataliza la transferencia del grupo acetilo de acetil-CoA a L-serina para producir O-acetil-L-serina.

Esta vía involucra nueve reacciones catalizadas por enzimas que convierten el aspartato en lisina.

[53]​ Durante la traducción, los ribosomas leen el material genético llamado ARNm para generar una cadena polipeptídica de proteínas.

[53]​ Este proceso requiere la transferencia de ARN (ARNt) que sirve como adaptador al unir los aminoácidos en un extremo e interactuar con el ARNm en el otro extremo; el último emparejamiento entre el ARNt y el ARNm asegura que se agregue el aminoácido correcto a la cadena.

[53]​ La síntesis de proteínas se produce en tres fases: iniciación, elongación y terminación.

[54]​ Además, esta enzima tiene regiones discriminadoras especiales para garantizar la correcta unión entre el ARNt y su aminoácido relacionado.

[55]​ Esta interacción es posible gracias al ribosoma, que sirve como sitio para la síntesis de proteínas.

[57]​ Como se mencionó anteriormente, la traducción ocurre en tres fases: iniciación, elongación y terminación.

La alineación correcta del ribosoma con el codón de inicio del ARNm Tras el inicio, la cadena polipeptídica se extiende a través de las interacciones anticodón: codón, y el ribosoma agrega aminoácidos a la cadena polipeptídica uno por uno.