Ácidos Nucleicos - Clases a la Carta

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Ácidos Nucleicos
Importancia de los Ácidos Nucleicos

Contienen las instrucciones para controlar todos los procesos vitales.

Contienen la información genética de cada individuo.

Dirigen y controlan la síntesis de proteínas.

Existen dos tipos:
 ADN o Ácido Desoxirribonucleico
 ARN o Ácido Ribonucleico
Componentes

Macromoléculas de carácter ácido.

Químicamente  polímeros  nucleótidos:
 Nucleótidos:

Nucleósido + ácido fosfórico  enlace fosfoéster: -OH ácido fosfórico y –OH C-5 azúcar: libera H2O.

fosfato---pentosa---base nitrogenada:

Ácido fosfórico: en forma de fosfato.

Azúcar  aldopentosa  -furanosa:
 ADN  desoxirribosa  C-2 –H  ribonucleótidos
 ARN  ribosa  C-2 –OH  desoxirribonucleótidos

Base nitrogenada:
 Púricas: derivan de la purina  adenina y guanina
 Pirimidínicas: derivan de la pirimidina  citosina, timina y uracilo.
 En algunos casos  bases diferentes  derivados metilados de ellas.
 Nucleósidos  azúcar (pentosa) + base nitrogenada.

Enlace N-glucosídico  carbono anomérico del azúcar (C-1):
 N-9 en las púricas
 N-1 en las pirimidínicas
Nucleótidos o Derivados de Nucleótidos con Interés Biológico
Nucleótidos que intervienen en las transferencias de energía

Moléculas  captan o desprenden energía al transformarse unas en otras.
 AMP: adenosina-5'-monofosfato
 ADP: adenosina-5'-difosfato
 ATP: adenosina-5'-trifosfato

AMP + Pi  ADP + Pi  ATP
 GDP: guanosidina-5'-difosfato
 GTP: guanosidina-5'-trifosfato

GDP + Pi  GTP
Nucleótidos que intervienen en los procesos de óxido-reducción


Captan electrones de moléculas a las que oxidan y los ceden a otras moléculas a las que a su vez reducen.
Transportan electrones de aquellas reacciones en las que se desprende a aquellas en las que se necesitan.
 NAD+ (oxidado) + 2 e-  NADH (reducido): Nicotinamida-adenina-dinucleótido
 NADP+ (oxidado) +1 e-  NADPH (reducido): Nicotinamida-adenina-dinucleótido-fosfato
 FAD+ (oxidado) + 2 e-  FADH2 (reducido): Flavin-adenina-dinucleótido
Nucleótidos reguladores de procesos metabólicos
AMPc (adenosina-3',5'-monofosfato) o AMP cíclico  2 -OH del fosfato esterifican los -OH en posiciones 3 y 5 de la ribosa
formando un ciclo  actúa en las células como intermediario de muchas hormonas.
Polinucleótidos

Nucleótido----enlace fosfoéster----Nucleótido  -OH ácido fosfórico y -OH C-3 pentosa  H2O + dinucleótido

Unión de más de 2 nucleótidos  polinucleótido

3’ OH(pentosa)--------P 5’ (ácido fosfórico)  direccionalidad en la cadena de polinucleótidos:
 Sentido: 5’  3’
 Sentido: 3’  5’
DNA

Químicamente  polinucleótido: d-AMP + d-GMP + d-CMP + d-TMP  ni uracilo, ni ribosa.

ADN celulares   masa molecular ( 106 Da) y  longitud  genoma humano  3·109 pares de nucleótidos  2,36 m si
sumamos todo el ADN de todos los cromosomas de una célula humana.

Núcleo  células eucariotas asociado a proteínas (histonas y otras)  cromatina  cromosomas  transcripción de la
información genética.

Orgánulos  cloroplastos y mitocondrias

Estructura

3 niveles estructurales:
 Estructura primaria: secuencia de los nucleótidos.
 Estructura secundaria: doble hélice.
 Estructura terciaria: collar de perlas, estructura cristalina, ADN superenrollado.

Células eucariotas  otros niveles de empaquetamiento de orden superior  cromosomas
Estructura Primaria


Secuencia de nucleótidos de una cadena o hebra.
 nº de DNA posibles:
 Posibilidad de combinar cuatro nucleótidos diferentes.
 Gran longitud que pueden tener las cadenas.

Determina  que el ADN contenga el mensaje biológico o información genética.

Explica  diversidad del mensaje genético de todos los seres vivos.
Estructura Secundaria

Ley de Chargaff:
 [A] = [T]
 [G] = [C]

[A+G] = [T+C] : [purinas] = [pirimidinas]

[bases] varía de una especie a otra.
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Una misma especie:
 % A, G, C y T  igual para todos los individuos.
 Tejidos diferentes  distinta composición en bases.
 Misma composición de bases  independiente de la edad, del estado nutricional y de las
variaciones ambientales.
Densidades y viscosidades  puentes de H2  -NH y -CO (bases nitrogenadas):

A=T

CG
Wilkins y Rosalind Franklin  primeros estudios físicos del DNA  difracción de rayos X:

La molécula de DNA es una cadena extendida con una estructura altamente ordenada

La molécula de DNA es helicoidal y tiene un diámetro de 20 Å

Las bases de los nucleótidos están apiladas con los planos separados por una distancia de 3,4 Å.
Watson y Crick  1953  modelo tridimensional  modelo de la doble hélice:

2 cadenas o hebras de polinucleótidos enrolladas helicoidalmente en sentido dextrógiro sobre un mismo eje  doble
hélice.

Cadenas antiparalelas  una en sentido 3'5' y la otra en sentido 5'3'

Grupos fosfato  hacia el exterior  cargas negativas interaccionan con los cationes del nucleoplasma  estabilidad

Bases nitrogenadas  hacia el interior  planos paralelos entre sí  bases 1 hebra interaccionan por puentes de H2
con las bases de la otra hebra:

A=T y GC

Par A-G  imposible  ambas bases demasiado grandes

Par C-T  imposible  demasiada distancia entre ellas

Estructura primaria de una cadena  determinada por la de la otra  cadenas complementarias

Complementariedad de las cadenas sugiere el mecanismo por el cual el ADN se replica  cadenas se pueden separar
parcialmente  servir de molde para la síntesis de una nueva cadena complementaria  síntesis semiconservativa.
Desnaturalización del ADN  rotura puentes H2  cadenas se separan

 Tª  rompen puentes  desnaturalización del ADN:

Temperatura de desnaturalización  depende de la proporción de bases:

 % CG   Tª de desnaturalización  hay que romper  nº de puentes H2.

Variando el pH

 [sales]
Renaturalización  se restablecen las condiciones  cadenas se unen de nuevo.






Estructura Terciaria


Células eucariotas:

ADN muy empaquetado  menos espacio en el núcleo  preserva su transcripción.

Doble hélice de ADN se enrolla alrededor  proteínas globulares  histonas  nucleosomas.

Nucleosoma  200 pb ADN:

Núcleo o core  octámero de histonas (2 HA, 2 HB, 2 H3 y 2 H4) + 140 Pb ADN (una vuelta y tres
cuartos).

Ligador o linker  60 pb de ADN + histona H1.

La cantidad de ADN asociado con un nucleosoma  varia entre especies  154 pb - 241 pb  ADN linker.
Doble hélice (20 Å)  nucleosomas (100 Å)  solenoide (300 Å)  supersolenoides (4.000 Å a 6.000 Å)  cromosomas
Niveles Superiores de Empaquetamiento


Cada fibra se vuelve a enrollar formando un bucle, cada bucle tiene 50 millones de pares de bases, 6 bucles se empaquetan
asociándose a un esqueleto nuclear produciéndose un rosetón, 30 rosetones forman una espiral y 20 espirales forman una
cromátida. Todo ello produce un gran acortamiento de las largas cadenas de ADN.
En los espermatozoides el ADN se encuentra aún mucho más empaquetado, se dice que tiene estructura cristalina. Los ADN
de las bacterias, virus, mitocondrias y cloroplastos no presentan estructuras tan complejas y no están asociados a histonas,
aunque sí están asociados a otras proteínas.
Tipos de ADN
Según su estructura se distinguen los siguientes tipos de ADN:


Monocatenarios: de una hebra o cadena, en algunos virus.
Bicatenarios: con dos hebras o cadenas, en algunos virus, en bacterias y en eucariotas
A su vez, y en ambos casos, el ADN puede ser:


Lineal: en el núcleo eucariota y en algunos virus
Circular: en mitocondrias, cloroplastos, bacterias y algunos virus
A RN
Es un polirribonucleótido que, a diferencia del ADN, no contiene ni desoxirribosa ni T, pero sí ribosa y U. El
ARN no forma dobles cadenas, salvo en ciertos virus, aunque su estructura espacial puede llegar a ser muy
compleja
Tipos de ARN
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En la célula eucariota aparecen cuatro tipos de ARN, con distintas funciones, que son el ARN mensajero, el
ARN ribosómico, el ARN transferente y el ARN heteronuclear.
ARN heteronuclear o heterogéneo nuclear (ARNhn)
Agrupa a todos los tipos de ARN que acaban de ser transcritos (pre-ARN). Son moléculas de diversos
tamaños. Se encuentra en el núcleo de las células eucariotas. En células procariotas no aparece. Su función
consiste en ser el precursor de los distintos tipos de ARN.
ARN mensajero (ARNm)
ARN lineal, que contiene la información, copiada del ADN, para sintetizar una proteína. Se forma en el
núcleo celular, a partir de una secuencia de ADN. Sale del núcleo y se asocia a ribosomas, donde se construye la
proteína.
A cada tres nucleótidos (codon) corresponde un aminoácido distinto. Así, la secuencia de aminoácidos de la
proteína está configurada a partir de la secuencia de los nucleótidos del ARNm
La duración de los ARNm en el citoplasma celular es de escasos minutos siendo degradados rápidamente por
enzimas específicas.
ARN transferente (ARNt)
Es un ARN no lineal. En él se pueden observar tramos de doble hélice intracatenaria, es decir, entre las
bases que son complementarias, dentro de la misma cadena. Esta estructura se estabiliza por puentes de
hidrógeno.
Está formado por entre 70 y 90 nucleótidos y constituye el 15 % del total del ARN de la célula. Se sintetiza en
el núcleo y sale hacia el citoplasma para realizar su función. En el ARNt podemos distinguir:


Un brazo aceptor de aminoácidos abierto en el extremo 3’ de la cadena
Un bucle anticodon, es una secuencia de 3 nucleótidos complementaria al codon del ARNm
Además de los nucleótidos de A, G, C y U, el ARNt tiene otros nucleótidos con bases modificada, éstos no
pueden emparejarse, y su existencia genera puntos de apertura en la hélice, produciendo bucles.
La función del ARNt consiste en llevar un aminoácido específico al ribosoma. En él se une a la secuencia
complementaria del ARNm, mediante el anticodon. A la vez, transfiere el aminoácido correspondiente a la
secuencia de aminoácidos que está formándose en el ribosoma.
ARN ribosómico (ARNr)
Está unido a proteínas de carácter básico, forma los ribosomas. Los ribosomas son las estructuras celulares
donde se ensamblan los aminoácidos para formar proteínas, a partir de la información que transmite el ARNm
desde el núcleo.
Hay dos tipos de ribosomas, el que se encuentra en células procariotas y en el interior de mitocondrias y
cloroplastos, y el que se encuentra en el hialoplasma o en el retículo endoplasmático rugoso de células eucariotas.