acidos nucleicos
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ÁCIDOS ÁCIDOS NUCLEICOS NUCLEICOS
Q.F. PATRICIA I. MINCHÁN HERRERAQ.F. PATRICIA I. MINCHÁN HERRERA
CONCEPTOCONCEPTO
Químicamente los Ácidos nucleicos son polímeros constituidos por la unión mediante enlaces químicos de unidades menores llamadas nucleótidos.
Los ácidos nucleicos son compuestos de elevado peso
molecular (son macromoléculas)
LOS NUCLEÓTIDOS: LOS NUCLEÓTIDOS: COMPONENTESCOMPONENTES
Los nucleótidos están formados por:
Una base nitrogenada: BN, Un azúcar (pentosa): A y Ácido fosfórico: P
Unidos en el siguiente orden:
P A BN
Los Ácidos Nucleicos están formados por:Los Ácidos Nucleicos están formados por:
La unión de La unión de bioelementos bioelementos tales como: tales como: C, H, O, NC, H, O, N y y PP..
Unidades Unidades estructurales estructurales que son los que son los nucleótidos.nucleótidos.
ESTRUCTURA DE UN ESTRUCTURA DE UN
NUCLEÓTIDONUCLEÓTIDO
ESTRUCTURA DE UN ESTRUCTURA DE UN NUCLEÓTIDONUCLEÓTIDO
Para formar un Para formar un nucleótido, el ácido nucleótido, el ácido fosfórico se une al fosfórico se une al carbono 5 del carbono 5 del azúcar mediante un azúcar mediante un enlace Fosfoésterenlace Fosfoéster y el azúcar se une a y el azúcar se une a la base nitrogenada la base nitrogenada mediante un mediante un enlace enlace N-glicosídico.N-glicosídico.
Enlace N-glicosídico
COMPONENTESCOMPONENTES
La pentosa puede ser:La pentosa puede ser:
RIBOSA DESOXIRRIBOSA.
La base Nitrogenada puede ser:La base Nitrogenada puede ser:
ADENINA A GUANINA G CITOSINA C TIMINA T URACILO U
BASES NITROGENADASBASES NITROGENADAS
Son sustancias derivadas de dos compuestos químicos: la purina y la pirimidina.
Las que derivan de la purina son las bases púricas: la adenina (A) y la guanina (G).
Las que derivan de la pirimidina se llaman pirimidínicas: la citosina (C), la timina (T) y el uracilo (U).
AZÚCAR (GLÚCIDO)AZÚCAR (GLÚCIDO)
El azúcar que interviene en los nucleótidos puede ser o la ribosa (R) o la desoxirribosa (DR).
Ambas son aldopentosas y las encontraremos en los nucleótidos como ß-furanosas.
Conviene destacar que la única diferencia entre ambas está en que en el carbono 2 de la desoxirribosa hay un hidrógeno (-H) en lugar del grupo alcohol (-OH).
PROPIEDADES
IONIZACIÓN:
El comportamiento ácido-base de los nucleótidos es una de las características más importantes.
Éste determina su carga, su estructura tautomérica y su habilidad de actuar como dador/aceptor de puentes de hidrógeno.
En el rango fisiológico de pH (5<pH<9), las bases nitrogenadas son neutras. Las pentosas, sólo pueden perder el protón del grupo hidroxilo en medios extremadamente básicos (pH>12). El grupo fosfato, en cambio, se encuentra con carga negativa (carga –1).
Cuando el grupo fosfato se une a dos nucleósidos, éste sólo tiene un único hidroxilo ionizable con un pKa≈1 y tan solo cuando se trata de un monoéster, puede perder un segundo protón a pH 6-7 25. Así que a pH fisiológico, los ácidos nucleicos son polianiones.
PROPIEDADES
TAUTOMERÍA
Un fenómeno que afecta a las bases es la tautomería y resulta ser una de las claves para entender la funcionalidad de los ácidos nucleicos.
El equilibrio tautomérico prototrópico implica estructuras alternativas que sólo difieren en la localización de los átomos de hidrógeno.
Las bases nitrogenadas de los ácidos nucleicos disponen de un equilibrio ceto-enol y de un equilibrio amino-imino
PROPIEDADES
DISTRIBUCIÓN DE CARGA:
Las bases nitrogenadas son estructuras polares que presentan una distribución de carga muy localizada en determinados átomos, presentando momentos dipolares elevados.
Esta distribución de carga justifica las interacciones no covalentes entre bases, tan importantes en el reconocimiento molecular, como son los puentes de hidrógeno.
Los grupos –NH de las bases nitrogenadas -donde se concentra las carga positiva- son buenos dadores de puentes de hidrógeno y los pares libres del oxígeno de los grupos –C=O y de los nitrógenos del anillo -donde se concentra las carga negativa- son buenos aceptores de puentes de hidrógenos.
REACTIVIDADREACTIVIDAD
PROTONACIÓN:
Las reacciones de protonación/desprotonación en las bases nitrogenadas son las de mayor transcendencia funcional.
Primero porque este tipo de reacciones es básico en numerosas reacciones enzimáticas.
Esta protonación tiene un papel importante para explicar determinados tipos de estructuras de ácidos nucleicos, como la triple hélice.
Además, se piensa que este tipo de reacción puede estar detrás de determinados procesos mutagénicos.
REACTIVIDADREACTIVIDAD
HIDRATACIÓN:
Las bases tienden a agregarse en agua mediante interacciones de apilamiento.
Pero en baja concentración presentan una muy buena capacidad de hidratación.
La reacción de hidratación es importante en la vida celular, ya que a menudo resulta una de las primeras etapas del proceso de degradación de nucleósidos no deseados.
REACTIVIDADREACTIVIDAD
SUSTITUCIÓN NUCLEÓFILA:
El ataque de grupos nucleófilos, generalmente con carga negativa, a las bases puede dar lugar a dos reacciones mayoritarias que compiten: la abstracción de un protón (normalmente unido a un átomo de N) o la sustitución nucleófila.
La primera es una reacción que tiene lugar en el plano molecular, mientras que la segunda es una reacción donde el nucleófilo ataca en el plano perpendicular a la molécula.
ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN O DNA)(ADN O DNA)
CONCEPTO.
Químicamente son polinucleótidos Químicamente son polinucleótidos constituidos por los ácidos constituidos por los ácidos desoxiadenílico, guanílico, citidílico y desoxiadenílico, guanílico, citidílico y timidílico unidos por enlaces de éster timidílico unidos por enlaces de éster fosfórico entre el 3’-OH de una D-ribosa y fosfórico entre el 3’-OH de una D-ribosa y el 5’-OH de la siguiente. el 5’-OH de la siguiente.
Aislado por primera vez en 1869, pero Aislado por primera vez en 1869, pero hasta 1950 no se empezó a conocer su hasta 1950 no se empezó a conocer su estructura. estructura.
ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN O DNA)(ADN O DNA)
En el núcleo de células eucariotas asociado a proteínas En el núcleo de células eucariotas asociado a proteínas (histonas y otras) formando la (histonas y otras) formando la cromatinacromatina. .
También hay ADN en ciertos orgánulos celulares También hay ADN en ciertos orgánulos celulares (plastos y mitocondrias).(plastos y mitocondrias).
Los ADN celulares tienen una elevada masa molecular, Los ADN celulares tienen una elevada masa molecular,
muchos millones de daltonsmuchos millones de daltons; por ejemplo: el genoma por ejemplo: el genoma humano está formado por 3x10 9 pares de nucleótidos.humano está formado por 3x10 9 pares de nucleótidos.
Figura 3: Estructura molecular básica del ADN.
ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN)
ESTRUCTURA:
Se pueden distinguir 3 niveles estructurales:Se pueden distinguir 3 niveles estructurales:
Estructura primaria: La secuencia de los nucleótidos.Estructura primaria: La secuencia de los nucleótidos. Estructura secundaria: La doble hélice.Estructura secundaria: La doble hélice. Estructura terciaria: Collar de perlas, estructura Estructura terciaria: Collar de perlas, estructura
cristalina, ADN superenrollado.cristalina, ADN superenrollado.
En las células eucariotas, a partir de la estructura 3ª, se En las células eucariotas, a partir de la estructura 3ª, se dan otros niveles de empaquetamiento de orden dan otros niveles de empaquetamiento de orden superior.superior.
ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN)
ESTRUCTURA PRIMARIA DEL ADN:
Es la secuencia de nucleótidos de una cadena o hebra. Es decir, la estructura primaria del ADN viene determinada por el orden de los nucleótidos en la hebra o cadena de la molécula.
Para indicar la secuencia de una cadena de ADN es suficiente con los nombres de las bases o su inicial (A, T, C, G) en su orden correcto y los extremos 5' y 3' de la cadena nucleotídica.
Así, por ejemplo:
5'ACGTTTAACGACAAGGACAAGTATTAA3'
ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN)
ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN:
La concentración de bases varía de una especie a otra.
El porcentaje de A, G, C y T es el mismo en los individuos de la misma especie y no por esto el mensaje es el mismo
Las densidades y viscosidades corresponden a la existencia de enlaces de hidrógeno entre los grupos NH y los grupos CO.
La concentración de Adenina es igual a la de Timina, y la de Citosina a la de Guanina.
ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN)
ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN:
Las dos primeras establecen dos puentes de hidrógeno entre ellas, y las últimas tres puentes.
La cantidad de purinas es igual a la cantidad de pirimidinas.
El ADN estaría constituido por dos cadenas o hebras de polinucleótidos enrolladas helicoidalmente en sentido dextrógiro sobre un mismo eje formando una doble hélice.
Ambas cadenas serían antiparalelas, una iría en sentido 3‘-5' y la otra en sentido inverso, 5' - 3'.
ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN)
ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN:
Los grupos fosfato estarían hacia el exterior y de este modo sus cargas negativas interaccionarían con los cationes presentes en el nucleoplasma dando más estabilidad a la molécula.
Las bases nitrogenadas estarían hacia el interior de la hélice con sus planos paralelos entre sí y las bases de cada una de las hélices estarían apareadas con las de la otra asociándose mediante puentes de hidrógeno.
El apareamiento se realizaría únicamente entre la adenina y la timina, por una parte, y la guanina Y la citosina, por la otra. Por lo tanto, la estructura primaria de una cadena estaría determinada por la de la otra, ambas cadenas serían complementarias.
ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN)
ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN)
ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN)
ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN)
ESTRUCTURA TERCIARIA DEL ADN EN LAS CÉLULAS EUCARIOTAS:
Las grandes moléculas de ADN de las células eucariotas están muy empaquetadas ocupando así menos espacio en el núcleo celular y además como mecanismo para preservar su transcripción.
En las células eucariotas el ADN se encuentra en el núcleo asociado a ciertas proteínas: nucleoproteínas, formando la cromatina.
ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN)
ESTRUCTURA TERCIARIA DEL ADN EN LAS CÉLULAS EUCARIOTAS:
En la cromatina, la doble hélice de ADN se enrolla alrededor de unas moléculas proteicas globulares, las histonas, formando los nucleosomas.
Cada nucleosoma contiene 8 histonas y la doble hélice de ADN da dos vueltas a su alrededor (200 pares de bases).
Si no está más empaquetado aún, forma una estructura arrosariada llamada collar de perlas.
Ahora bien, los nucleosomas pueden empaquetarse formando fibras de un grosor de 30 nm (fibra de 30 nm).
Según el modelo del solenoide las fibras se forman al enrollarse seis nucleosomas por vuelta alrededor de un eje formado por las histonas H1.
ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN)
ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN)
ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN)
Replicación del DNA: Replicación del DNA: replicación es el proceso por el cual el DNA sereplicación es el proceso por el cual el DNA secopia para poder ser transmitido a nuevos individuos. copia para poder ser transmitido a nuevos individuos.
a) Formación de una horquilla de replicacióna) Formación de una horquilla de replicaciónb) b) Síntesis por la DNA-polimerasa de la hebra conductora (izquierda) y de la Síntesis por la DNA-polimerasa de la hebra conductora (izquierda) y de la hebra seguidora en fragmentos de Okazaki (derecha)hebra seguidora en fragmentos de Okazaki (derecha)c) Unión de todos los fragmentos por la DNA-ligasac) Unión de todos los fragmentos por la DNA-ligasa
ÁCIDO RIBONUCLEICO (ARN)
CONCEPTO:
Son polímeros de los Son polímeros de los ribonucleótidos, cuya azúcar, la ribonucleótidos, cuya azúcar, la ribosa, tiene 3 grupos –OH libres ribosa, tiene 3 grupos –OH libres (2’, 4’ y 5’).(2’, 4’ y 5’).
La unión de los nucleósidos La unión de los nucleósidos con el fosfórico es entre 3’ y 5’, con el fosfórico es entre 3’ y 5’, como en el ADN, quedando libre como en el ADN, quedando libre el –OH 2’.el –OH 2’.
Un solo filamento Un solo filamento polinucleotidico.polinucleotidico.
Las bases usuales son: G, C y Las bases usuales son: G, C y A,U.A,U.
ÁCIDO RIBONUCLEICO (ARN)
Existen 3 tipos de RNA polimerasa:Existen 3 tipos de RNA polimerasa:
Tipo I: transcribe ARN ribosómico (ARNr)Tipo I: transcribe ARN ribosómico (ARNr)
Tipo II: transcribe ARN mensajero (ARNm)Tipo II: transcribe ARN mensajero (ARNm)
Tipo III: transcribe ARNt transferencia (ARNt)Tipo III: transcribe ARNt transferencia (ARNt)
Tipo IV: Tipo IV: ARN np- ARN nuclear pequeño: Con proteínas, forma complejos ARN np- ARN nuclear pequeño: Con proteínas, forma complejos que son usados en el proceso de ARN en las célulasque son usados en el proceso de ARN en las células eucarióticas (no se eucarióticas (no se encuentra en las células procarióticas).encuentra en las células procarióticas).
Es sintetizado por una plantilla o molde de DNA por Es sintetizado por una plantilla o molde de DNA por acción de la RNA polimerasa.acción de la RNA polimerasa.
ÁCIDO RIBONUCLEICO (ARN)
ÁCIDO RIBONUCLEICO (ARN)
ESTRUCTURA:ESTRUCTURA:
Cadena sencilla plegada sobre sí misma
No tienen aplicación las reglas de Chargaff
Distintos tipos de estructura secundaria• Bucles, horquillas, brazos• Regiones dúplex con apareamientos C-G (tres enlaces de H) y A=U (dos enlaces de H) entre zonas palindrómicas de complementariedad–Forman hélices dextrógiras similares a las del DNA
Globalmente adoptan una estructura terciaria compleja, por asociación de hélices y bucles
MECANISMO DE REPLICACIÓN, MECANISMO DE REPLICACIÓN,
TRANSCRIPCIÓN Y TRADUCCIÓNTRANSCRIPCIÓN Y TRADUCCIÓN
CUADRO COMPARATIVO ENTRE EL ADN Y ARNCUADRO COMPARATIVO ENTRE EL ADN Y ARN
Caracteres pentosa DNA Desoxirribosa RNA Ribosa
Bases nitrogenadas Adenina, GuaninaCitosina, Timina
Adenina, GuaninaCitosina, Uracilo
Numero de polinucleotidos 2 1
Función Almacena la información biológica de los seres vivos
Permite la expresión de la información biológica
Ubicación Núcleo, mitocondrias, cromatina, cloroplastos, cromosoma
Núcleo, ribosomas.
Estructura Doble hélice Lineal, globular y trébol
NUCLEÓTIDOS DE INTERÉS BIOLÓGICO
1. NUCLEÓTIDOS QUE INTERVIENEN EN LAS TRANSFERENCIAS DE ENERGÍA:
AMP (adenosina-5'-monofosfato) A-R-P ADP (adenosina-5'-difosfato) A-R-P-P ATP (adenosina-5'-trifosfato) A-R-P-P-P GDP (guanosidina-5'-difosfato) G-R-P-P GTP (guanosidina-5'-trifosfato) G-R-P-P-P
NUCLEÓTIDOS DE INTERÉS BIOLÓGICO
2. NUCLEÓTIDOS QUE INTERVIENEN EN LOS PROCESOS DE ÓXIDO-REDUCCIÓN:
NAD+ /NADH (Nicotinamida-adenina-dinucleótido) oxidado y reducido, respectivamente.
NADP+ /NADPH (Nicotinamida-adenina-dinucleótido-fosfato), oxidado y reducido.
FAD/FADH2 (Flavina-adenina-dinucleótido), oxidado y reducido.
3. NUCLEÓTIDOS REGULADORES DE PROCESOS METABÓLICOS.
AMPc (adenosina-3',5'-monofosfato) o AMP cíclico,
IMPORTANCIA BIOLÓGICA DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS:
Principalmente se encuentran en Principalmente se encuentran en el núcleo celular, el núcleo celular, contienen los contienen los genes responsables de los rasgos genes responsables de los rasgos biológicos y son capaces de biológicos y son capaces de transmitirlos de una generación a transmitirlos de una generación a otraotra. También se encuentran . También se encuentran libres en las células.libres en las células.
Constituyen la Constituyen la base de los base de los cromosomascromosomas y el y el fundamento de fundamento de la forma de expresarse la la forma de expresarse la información genética en la síntesis información genética en la síntesis de las proteínasde las proteínas de cada de cada individuo.individuo.
Pueden sufrir Pueden sufrir cambios o cambios o mutacionesmutaciones, lo cual permite la , lo cual permite la evolución continua de los seres evolución continua de los seres vivosvivos. Las especies que tienen . Las especies que tienen estructuras y funciones estructuras y funciones similares quizás tengan un similares quizás tengan un origen o antecesor común.origen o antecesor común.
La utilización de La utilización de técnicas para técnicas para comparar ácidos nucleicoscomparar ácidos nucleicos permiten permiten determinar el determinar el parentesco familiar y la parentesco familiar y la investigación.investigación.
ES IMPORTANTE RECORDAR QUE:ES IMPORTANTE RECORDAR QUE:
Los polinucleótidos son polímeros Los polinucleótidos son polímeros de nucleótidos que presentan de nucleótidos que presentan extremos 5’ y 3’.extremos 5’ y 3’.
El flujo de la información genética El flujo de la información genética obedece a la secuencia DNA → obedece a la secuencia DNA → RNA →proteina. La información RNA →proteina. La información genética de la región estructural genética de la región estructural de un gen se transcribe en una de un gen se transcribe en una molécula de RNA de modo que la molécula de RNA de modo que la secuencia de este último es secuencia de este último es complementaria de la del ADN.complementaria de la del ADN.
La información genética de cada La información genética de cada célula somática es prácticamente célula somática es prácticamente idéntica. La distinción entre una idéntica. La distinción entre una célula cerebral, muscular o célula cerebral, muscular o hepática depende del patrón de hepática depende del patrón de genes expresados en estas genes expresados en estas células, las así llamada expresión células, las así llamada expresión especifica de tejido.especifica de tejido.
La capacidad de un organismo La capacidad de un organismo para responder a retos del medio para responder a retos del medio ambiente dependen de su ambiente dependen de su habilidad para regular, en forma habilidad para regular, en forma positiva o negativa, cuales genes positiva o negativa, cuales genes serán expresados.serán expresados.
GRACIASGRACIAS