ÁCIDOS NUCLEICOS apuntes

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WIX PROFESOR JANO
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ÁCIDOS NUCLEICOS
ÍNDICE
1. Estructura de los nucleótidos
2. Nucleótidos no nucleicos
3. Unión de nucleótidos
4. EL ADN: estructura y función.
5. EL ARN: estructura, tipos y función
• ARNr
• ARNt
• ARNm
• ARNsnp
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Los ácidos nucleicos son las moléculas que contienen la información
que la célula necesita para su funcionamiento y para transmitir a sus
descendientes de manera que se mantengan las características
específicas de cada individuo y especie.
Sus unidades (monómeros) son los nucleótidos, moléculas por las que
se comienza a desarrollar el tema.
1. LOS NUCLEÓTIDOS
Los nucleótidos son moléculas formadas por una pentosa, un grupo
fosfato y unas moléculas orgánica cíclica llamadas bases
nitrogenadas.
Las funciones que desempeñan en el organismo son:
• Actúan como transmisores de
energía (ATP)
• Actúan como mensajeros
químicos intracelulares ante
señales que llegan a las
membranas de la célula
(AMPc)
• Son componentes
extracelulares de una serie
de coenzimas e
intermediarios metabólicos
(NAD + , FAD + , NADP + )
• Son los monómeros de los
ácidos nucleicos: ADN y ARN
Composición química y
estructura
Como ya se ha dicho, los nucleótidos estás compuestos por:
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Las bases nitrogenadas
se dice que son
“heterocíclicas” porque
en sus anillos hay otros
elementos además de
carbono. Las furanosas y
piranosas también son
heterociclos.
• Una pentosa que en el caso de que formen parte del ARN será
ribosa y si lo hacen del ADN será desoxirribosa.
• Uno, dos o tres grupos fosfato.
• Una base nitrogenada.
Las bases nitrogenadas son moléculas planas, aromáticas y
heterocíclicas que se derivan de la purina o de la pirimidina. Las
bases púricas más comunes son la adenina (A) y la guanina (G).
Ambas aparecen tanto en el ADN como en el ARN. Las bases
pirimidínicas principales son la citosina (C), el uracilo (U) y la
timina (T). El uracilo sólo se encuentra en el ARN y el timina en el
ADN aunque también puede localizarse en el ARNt.
Las bases nitrogenadas se unen a la pentosa mediante el N1 de la
base a la C’1 de la pentosa mediante enalce N--glucosídico. (date
cuenta de que los átomos de la pentosa se les marca con una ‘ para
distinguirlos de los de la base nitrogenada.
El grupo fosfato se une a la posición 5’ de la pentosa aunque hay que
casos en los que seune al 2’ o al 3’.
Según el nucleótido tenga ribosa o desoxirribosa se denominan
ribonucleótidos y desoxirribonucleótidos.
Por lo tanto existen cuatro ribonucleótidos distintos para el ARN y
otros cuatro para el ADN aunque hay excepciones.
Un nucleósido es igual que un nucleótido pero sin grupo fosfato.
Antes de presentar los ácidos nucleicos, las macromoléculas que se
forman por unión de nucleótidos monofosfato, vamos a profundizar
en algunos nucleótidos no nucleicos, es decir que no forman parate
de los ácidos nucleicos.
2. LOS NUCLEÓTIDOS NO NUCLEICOS
El ATP es la biomolécula de intercambio energético y está
constituido por adenina, ribosa y tres grupos fosfato (adenosín
trifosfato) unidos por enlace fosfoéster.
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La importancia biológica del ATP radica en la cantidad
de energía libre que acompaña a la rotura de los enlaces
fosfoéster. Esto sucede cuando un grupo fosfato se
transfiere a otro compuesto transformándose el ATP en
ADP. La reacción es.
La variación de energía libre que acompaña a esta rotura
es G o = - 30’5 kJ/mol
El ATP se está formando constantemente en las células a
partir de ADP+Pi y también consumiéndose según la
reacción señalada. La energia liberada por la hidrólisis
del ATP en ADP + Pi se utiliza para el movimiento, para el
transporte de sustancias y para los procesos de biosíntesis celular.
En algunos casos, otros ribonucleótidos trifosfato como el GTP o UTP
también desempeñan es función de transferencia de energía.
NUCLEÓTIDOS QUE ACTÚAN COMO COENZIMAS
Diversas enzimas catalizan reacciones de oxidación y de
reducción en la célula, es decir, reacciones de
transferencia de electrones.
Siempre que hay una oxidación debe de haber una
reducción simultánea y viceversa. Esto significa que si un
enzima, por ejemplo, provoca la oxidación de una
biomolécula, otra deberá reducirse, y es ahí en donde
entran en juego estos coenzimas.
Estos coenzimas presentan dos formas, reducida
(representada con más hidrógenos) y otra oxidada.
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Las formas reducidas se
presentan con más H ya
que añadir un hidrógeno
es añadir un protón y un
ELECTRÓN más y las
formas con más
electrones son las
reducidas.
NAD + y NADP +
El NAD + es el dinucleótido de nicotinamida y adenina cuya forma
reducida se representa como NADH+H + . Su versión fosfatada es el
NADP (NADPH+H + en su forma reducida). Estos compuestos provienen
de la vitamina niacina o B3.
FAD + y FMN
Su diferencia es que el
primero es un dinucleótido de
flavina y el segundo un
mononucleótido. Sus formas
reducidas se representan por
FADH2 y FMNH2.
A diferencia de los coenzimas
de nicotinamida, los de
flavina están fuertemente
unidos a los enzimas en cuyas
reacciones redox intervienen.
A los coenzimas que tienen
esta característica se les
denomina grupos prostéticos.
Estos nucleótidos derivan de la riboflavina o vitamina B2.
AMPC
Actúa como segundo mensajero. Esto significa que cuando una célula
recibe una señal química externa (el primer mensajero) , por ejemplo
cuando le llega una hormona, la célula aumenta los niveles
citoplasmáticos de AMPc que son los que provocarán los efectos
intracelulares ya que activan a un grupo de enzimas llamadas proteín
quinasas. A este proceso se le llama “transducción de señales”
El AMPc se forma a partir de la acción del
enzima adenilato ciclasa sobre el ATP.
Coenzima A (CoA)
Es una de la moléculas más importantes en
el metabolismo de las células. Transporta
grupos acetilo (cadenas hidrocarbonadas
de dos carbonos) y grupos acilo (cadenas
hidrocarbonadas de “n” carbonos). Su
centro reactivo es un grupo sulfhidrilo (-
SH) mediante el cual el Coenzima A se une a
los grupos acilo o acetilo que transporta
gracias a un enlace tioéster.
3. UNIÓN DE NUCLEÓTIDOS
Comprueba tu capacidad de
indentificación de nucleótidos
no nucleicos
Los nucleótidos se unen entre sí para formar largas cadenas que son
los ácidos nucleicos.
Esta unión se realiza mediante “puentes” de grupos fosfato que
unen:
. El OH de la posición 5’ de primero.
. El OH de la posición 3’ del siguiente.
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A este enlace se le llama fosfodiéster
Como consecuencia una hebra (cadena) de ácido nucléico tendrá un
extremo con el carbono 5’ libre (extremo 5’) y otro con el extremo 3’
libre (extremo 5’).
Por convención, la secuencia de residuos nucleotídicos en un ácido
nucleico se escribe , de izquierda a derecha, desde el extremo 5’
hasta el 3’.
Un ácido nucleico de cadena corta se denomina oligonucleótido
(generalmente hasta 50 nucleótidos) y si tienen mayor longitud
polinucleótidos.
4. ADN: ESTRUCTURA Y FUNCIÓN
La existencia del ADN fue descubierta por Friedrich Miescher en 1868
en restos de vendajes quirúrgicos y lo denominó nucleína, pero no
fue hasta 1944 cuando Oswald Avery, Colin Macleod y Maclyn McCarty
descubrieron que el ADN era molécula portadora de los caracteres
hereditarios.
A finales de los años 40, Erwin Chargaff y colaboradores encontraron
unas reglas importantísimas para determinar la estructura del ADN
1. Las cantidades de las cuatro bases nitrogenadas de un ADN
variaban de una especie a otra.
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2. Las muestras de ADN aisladas de los diferentes tejidos de la
misma especie se componen de las mismas bases.
3. La composición de bases del ADN de una determinada especie no
varía con la edad del organismo, ni con su estado nutricional ni
con la variedades ambientales (sin embargo, hoy día se han
detectado pequeños cambios en este sentido. De este fenómeno
se ocupa la epigenética)
4. En todos los ADn de diferentes especies, el número de los
residuos de adenina es igual al de los residuos de timina (A = T), y
el número de los residuos de timina es igual a los de citosina. Por
lo tanto el porcentaje de bases púricas es igual al de
pirimidínicas. A este fenómeno se le denomina
complementariedad de bases.
En 1953, Watson, Crick y con los datos de
difracción de rayos X que ofrecieron
Rosalind Franklin y Maurice Wilkins,
determinadon que la estructura del ADN es
de DOBLE HELICOIDE.
El modelo de Watson y Crick se caracteriza
por:
1.Existen dos cadena polinucleótidas
enrrolladas alrededor de un eje común
formando una doble hélice.
2.Cada vuelta de hélice contiene 10’5 pb y
en cada vuelta la hélice avanza 3’6 nm.
3.Las dos cadenas de ADN son
antiparalelas, es decir, una en sentido 5’3’
y la otra en sentido 3’5’.
4.Las bases se orientan hacia el centro de
la hélice formando un ángulo de 90 o con el
eje mayor del doble helicoide. Esto
minimiza las repulsiones entre los grupos fosfato cargados. La
superficie de la doble hélice contiene dos hendiduras de ancho
desigual: los surcos mayor y menor.
5. Cada base está unida mediante puentes de hidrógeno a su
complementaria, de modo que la adenina y la timina se unen
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mediante dos puentes de hidrógeno y la citosina y la guanina lo
hacen mediante tres.
La existencia de los puentes de hidrógeno entre las cadenas
antiparalelas explica las dificultades para separar las dos hebras de
ADN. Además, lógicamente, cuanto mayor sea la relación de pares de
bases (G C) con respecto a (A=T), más difícil será su separación. Al
proceso de separación del ADN en sus dos cadenas se le llama
desnaturalización del ADN ya, al igual de lo que sucedía con las
proteínas, consiste en la pérdida de la estructura terciaria (espacial)
del ADN.
A este modelo de organización del ADN se le denomina B-
ADN.
OTRAS FORMAS TRIDIMENSIONALES DEL ADN
Además de la forma descubierta por Watson y Crick conocida
como B-ADN y que es la más estabe en condiciones
fisiológicas, existen otros dobles helicoides que se pueden
encontrar en el ADN.
La forma A del ADN predomina en medios deshidratados. Su
doble hélice también es dextrógira pero su diámetro es maor
y el número de pares de bases por vuelta de hélice es 11. La
inclinación de las bases con respecto al eje de la hélice
también es diferente y pasa a ser de unos 20o. En
consecuencia el surco mayor es más profundo.
El Z ADN presenta mayores diferencias con respecto a la
forma B. La hélice es levógira y contiene 12 pb por vuelta
siendo una cadena más alargada y estrecha. Este ADN suele
presentar un plegamiento en ZIG-ZAG. Estas regiones de Z
ADN se suelen encontrar en zonas del genoma que se
encargan de la regulación y recombinación génica.
La función del ADN es albergar la información genética de la
célula de una manera estable y protegida que también es la que
utiliza para el control sus funciones vitales.
El ADN EN LOS SERES VIVOS
EL ADN EN LOS DIFERENTES TIPOS DE ORGANIZACIÓN CELULAR
PROCARIOTAS
Es una ADN circular bicatenario que no está unido a proteínas
histonas. Se encuentra flotando en el citoplasma.
EUCARIOTAS
Es un ADN lineal bicatenario unido a histonas que se encuentra
dentro del núcleo con diferentes grados de empaquetamiento.
Durante la división celular se organiza en cromosomas alcanzando un
alto grado de condensación.
VIRUS
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Adopta múltiples formas ya sea lineal o circular y monocatanrio o
bicatenario. Además, algunos virus pueden tener ARN como material
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hereditario.

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5. ARN: ESTRUCTURA, TIPOS Y FUNCIONES
El Svedberg es una
unidad de sedimentación
de partículas por
ultrcentrifugación. No se
encuentra en el SI. Tiene
dimensiones de tiempo: 1
svedberg equivale a 10 -13
segundos.
El ARN es la molécula que se encarga de ejercutar la información
contenida en el ADN mediante el proceso de síntesis de proteínas
que, a la postre, serán los “obreros celulares” que provocarán las
adaptaciones necesarias de la célula a las señales recibidas o al
medio en el que se encuentra.
Los distintos tipos de ARN intervienen de diferente manera pero
definitiva, en el proceso de biosíntesis de proteínas.
Los ARNs son cadenas de poliribonucléotidos unidos mediante enlace
fosfodiéster. Algunos tipos de ARN presentan en algunas zonas
plegamientos que permiten la complementariedad de bases.
ARN ribosómico (ARNr)
Es el componente principal de los ribosomas, constituyendo hasta un
65 % de su peso total, Estas moléculas suelen ser muy grandes en
comparación con el resto de ARNs. Sus tamaños varían según el
ribosoma del que formen parte sea eucariota procariota.
• Ribosoma procariota (60 S)
✴Subunidad menor (30 S): ARNr de 16 S + 21 proteínas
✴Subunidad mayor (50 S): ARNr de 5 S y 23 S + 36 proteínas
• Ribosma eucariota (80 S)
✴Subunidad menor (40 S): ARNr de 18 S + 33 proteínas
✴Subunidad mayor (60 S): ARNr de 5S, 28S y 5’8S + 49 proteínas
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ARN transferente (ARNt)
Es un ARN de unos 75 nucleótidos. Su misión es transportar los
aminoácidos al ribosoma de manera específica para para
fabricar la proteína en la secuencia correcta. Existe al menos
un tipo de ARNt para cada aminoácido, diferenciándose unos de
otros en la secuencia de uno de sus “brazos” llamado brazo
“anticodón”. Estos brazos son:
.Brazo del aminoácido en el que se encuentran los extremos 5’ y
3’ del ARNt. Al extremo 3’ que suele contener una A, se une el
aminoácido que transporta. El extremos 5’ suele tener una G y
el fosfato libre.
. Brazo anticodón: por el que se une específicamente al codón
específico del ARNm
. Brazo D, llamado así por contener la base dihidrouridina. A
este brazo se une la aminoacil ARNt-transferasa enzima que
une el aminoácido al ARNt
. Brazo T, que recibe ese nombre por poseer la “anomalía” de
contar con Timina en uno de sus ribonucleótidos. Este es el
brazo por el que el ANRt se une al ribosoma.
ARN mensajero (ARNm)
Es el ARN menos abundate y constituye entre el 5-10 % del ARN. Se
forma por transcripción de una de las cadenas del ADN y sirve de
molde para su lectura por parte del ribosoma en la síntesis proteica.
En definitiva, es el que lleva el mensaje para fabricar una proteína
determnada y no otra.
En eucariotas, el RNAm formado por transcripción es más grande ya
que contiene largas secuencias sin información relevante para la
biosíntesis de proteínas llamadas intrones. Mediante un proceso de
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maduración por corte y empalme de los fragmentos útiles reduce su
tamaño y sale del núcleo.
ARN nuclear pequeño (ARNsn)
Es una molécula de ARN pequeña, de entre 100 y 200 nucleótidos, que
se une rápidamente a proteínas constituyendo las partículas
nucleares pequeñas de ribonucleoproteínas (snRNP). Se localizan en
el núcleo y su función eshacer poisble el proceso de maduración del
ARNm para que pueda ser exportado al citoplasma para su lectura en
la síntesis de proteínas.
Video sobre
maduración ARNm
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