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T.5.

ÁCIDOS NUCLÉICOS

1. Ácidos nucleicosBiopolímeros formados por unión de nucleótidos (polinucleótidos)

Composición química: C, H, O, N y P

• NUCLEÓTIDO: Unión de 3 componentes:

- Ácido fosfórico (Grupo fosfato)

- Azúcar (pentosa): β-D-ribosa (ARN) y β-D-desoxirribosa (ADN)

- Base Nitrogenada: Púricas (A,G) Pirimidínicas (C,T,U)

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1.1 Nucleósidos

Unión pentosa (ribosa o desoxirribosa) y una base nitrogenada (púrica o pirimidínica)

Solo intervienen 4 bases

- Ribonucleósido → Ribosa + A,G,C,U

- Desoxirribonucleósido → Desoxirribosa + A,G,C,T

Enlace N-glucosídico con pérdida de 1 molécula de agua:

OH hemiacetálico del C1 pentosa + N1 (pirimidinas)

N9 (púricas)

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1.2 Nucleótidos

• Unión (enlace éster) de un ácido fosfórico al nucleósido (–OH del C5’ de la pentosa)

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Tipos de nucleótidos y funciones:

- Nucleótidos difosfato (ADP) y trifosfato (ATP).

Transporta energía

- AMPc (Puente intramolecular con OH del C3’).

Segundo mensajero

- Nucleótidos NO nucléicos (FAD, NAD, CoA).

Coenzimas

- Cadenas de polinucleótidos (enlaces fosfodiester).

Ácidos nucleicos 6

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2.- ADN: ácido desoxirribonucleico

Cadena de polinucleótidos: pentosa (2´desoxirribosa) y las B N (A, G, C, T).

Carácter ácido (igual que el ARN): se tiñe con colorantes básicos.

Se encuentra en el núcleo de la célula eucariota, asociado a proteínas de carácter básico, histonas, y en mitocondrias, cloroplastos y citosol de células procariotas. Además puede formar parte de virus ADN.

En medio acuoso: Adquiere conformación espacial con estructura 1ª y 2ª

• 2.1.- Estructura Primaria

Cadenas lineales de nucleótidos.

Se forman mediante un enlace éster entre el OH del grupo fosfato situado en 5´ y el OH situado en 3´ de la pentosa, liberando 1 molécula de H2O. Encadenamientos 5’ → 3’ → 5’ …

Cada grupo fosfato forma un puente fosfodiéster entre 2 de desoxirribosa

La estructura es una cadena de pentosas y fosfatos de los que salen B N

Siempre presenta dos extremos 3´ y 5´.

5’ …AATTCGCCACGTAAGT…3’

La secuencia de bases tiene la información para la síntesis proteica

Cada cadena de ADN se caracteriza por la composición (% de cada base) y por la secuencia (orden distribución de las bases)

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2.2.- Estructura secundaria

• Doble hélice unidas por puente de H

Modelo de doble hélice ADN–B (propuesto por Watson y Crick)

• CARACTERÍSTICAS:

- Antiparalelas: 3’→5’ y 5’→3’

Ambas cadenas enfrentadas pos sus bases unidas por ptes de H

- Secuencias complementarias: A = T y C ≡ G (3 ptes de H)

La cadena con más C ≡ G será más estable

- Enrrollamiento dextrógiro y plectonémico (trenzadas)

Pares de bases casi horizontales (el eje atraviesa por su centro)

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Formas de ADN

ADN-B → Descrita por Watson y Crick

Dextrógira

ADN que interacciona con las proteínas del núcleo (en disolución)

ADN-A → Deshidratación de la forma B

Dextrógira

Solo observada en laboratorio

Doble hélice más ancha y corta

ADN-Z → En zonas de alterancia de numerosas GC

Levógira

Doble hélice más larga y estrecha en forma de zig-zag

Interviene en procesos de expresión del material genético

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2.3 Desnaturalización del ADN• Separación de las dos cadenas de ADN (rotura puentes de H entre

bases) sin afectar a los puentes fosfodiester

• Factores:

- Tª (fusión = Desnaturalización del ADN por ↑ Tª )

(Punto de fusión → Tª a la cual está desnaturalizado la mitad de las moléculas de ADN)

- Variaciones Ph

- Condiciones iónicas del medio

• Proceso reversible: Gran afinidad entre las bases complementarias. Recupera su forma inicial de doble hélice (renaturalización)

- Aplicaciones:

Hibridación: (ADN-ADN; ADN-ARN) → utilizada en tecnología de ADN recombinante Relación genética o parentesco entre dos ADN

Obtención de numerosas copias de ADN (Reacción en Cadena de la Polimerasa; PCR)

Elaboración de sondas (fragmentos ADN monocatenarios conocidos para detectar ADN complementario)

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Descubrimiento de la doble hélice del ADN

• 1869. J. Friedrich Miescher. Descubrió la nucleína al núcleo

• 1950 Alexander R. Todd. Establece composición del ADN

• 1951 Erwin Chargaff. Reglas de Chargaff (Relación cuantitativa de los nucleótidos)

A=T; G=C => A/T =1 y G/C =1 A+G=C+T A+T ≠ G+C

A+T / G+C => Distingue ADN de diferentes especies (Valores más parecidos → especies emparentadas)

• 1952 Rosaling Flanklin y Maurice Wilkins. Fotografía difracción de rayos X de la forma ADN-B

• 1953 James Watson y Francis Crick. Estructura secundaria del ADN (modelo de la doble hélice)

• 1962 Premio Nobel de Medicina para Wilkins, Watson y Crick

Fotografía 5113

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3. OTROS NIVELES DE COMPLEJIDAD DEL ADNAlmacenamiento del ADN en un volumen reducido, facilitando el acceso a la información que contiene.

• Empaquetamiento:

Varía según se trate de organismos procariotas o eucariotas:

• 3.1.- Empaquetamiento del ADN en procariotas:

En procariotas, mitocondrias y cloroplastos doble hélice circular.

Se pliega como una superhélice en forma de ochos (circular) y

asociada a una pequeña cantidad de proteínas.

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3.2.- Empaquetamiento del ADN en eucariotas: Cromatina y cromosomas

ADN unido a histonas (H1,H2A,H2B,H3,H4) (en espermatozoide, protaminas)

Niveles de organización estructural:

- Nucleosoma. (octámero de histonas + 2 vueltas de ADN)

- “Collar de perlas” (11 nm)

- Fibra cromatínica o de 30 nm (empaquetamiento de solenoide) núcleo en interfase → Célula activa

- Bucles o lazos radiales Rosetones (300 nm)

- Espiral de rosetones (empaquetamiento de cada cromátida; 700nm)

- Cromosoma (1400 nm)

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ADN. Forma

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4.- Ácido ribonucleico (ARN)

Ribonucleótidos unidos mediante enlaces fosfodiéster en sentido 5´-3´

Están formados por una sola cadena (excepto el ARN bicatenario de reovirus)

Niveles estructurales:

• Estructura primaria: Secuencia de las bases nitrogenadas que constituyen sus nucleótidos.

Diferencias ARN – ADN:

- Pentosa: Ribosa → OH en C 2’ libres → tensiones (menos estable que ADN)

ARN → 1ª molécula con capacidad de replicación necesaria para el origen de la vida

- B.N.: A,C,G y U. En ARNt otras bases (pseudouracilo, dimetilguanina, …)

• Estructura secundaria: Regiones con secuencias

complementarias capaces de aparearse

• Estructura terciaria: Plegamiento de la secundaria

4.1 Clases de ARN

• ARN vírico Forman parte del genoma de virus (Ej.- Retrovirus)

• ARN precursores ARN primarios o pre-ARN → se transforman (maduración) en otros ARN

ARN heterogéneo nuclear (ARNhn) → Se transforma en ARN mensajero

ARN nucleolar (ARNn) → Se sintetiza en nucleolo y se transforma en ARN ribosómico

• ARN reguladores Regulan expresión génica

ARN interferente (ARNi)→ Inhiben traducción ARNm → Controla desarrollo y diferenciación celular

• ARN con actividad catalítica Se comportan como enzimas (Ribozimas)

ARNr 28S Cataliza enlace peptídico en ribosomas

ARN pequeños nucleares (ARNpn) Maduración de cadenas de ARNm

• ARN implicados en síntesis de proteínas

ARN mensajero (ARNm): Copia la información del ADN

ARN ribosómico (ARNr): Forma estructuras de los ribosomas

ARN transferente (ARNt): Transporta aminoácidos hasta ribosomas

CLASIFICACIÓN

Se basa en coeficiente de sedimentación (Velocidad de sedimentación)

Se expresa en unidades Svedberg (S)

Mide masa molecular y dimensiones de la molécula

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4.2.- ARN mensajero (ARNm)

- Cadenas de largo tamaño con estructura primaria (lineal)

- Mensajero → transporta la información necesaria para la síntesis proteica.

- Se origina a partir de una de las cadenas del ADN.

- Su vida media es corta.

• Función: transmitir el mensaje codificado en el ADN.

• Características de los ARNm:

a) En procariotas el extremo 5´posee un grupo trifosfato

b) En eucariotas

En el extremo 5´ posee un grupo metil-guanosina unido al trifosfato (Cap; protege de degradación)

En el extremo 3´posee una cola de poli-A (transporte fuera del núcleo).

Además:

- Exones, secuencias de bases que codifican proteínas

- Intrones, secuencias sin información.

• En eucariotas sufre el proceso de maduración (eliminación de intrones) antes de hacerse funcional.

Antes de madurar, el ARNm recibe el nombre de ARN heterogeneonuclear (ARNhn ) o Transcrito primario (o pre-ARNm)

• Se encuentra en menor cantidad en la célula (5%).

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4.3.- ARN ribosómico (ARNr)

- Cada ARNr presenta cadena de diferente tamaño, con estructura secundaria y terciaria.

- Forma parte de las subunidades ribosómicas cuando se une con muchas proteínas.

- Están vinculados con la síntesis de proteínas.

Tipos:

- Procariotas: 23S (ribozima), 16S y 5S

- Eucariotas: 28S (ribozima), 18S, 5,8S y 5S

Estructura de un ribosoma bacteriano. El ARNr se aprecia en anaranjado,las proteínas de la subunidad menor en azul, y las de la subunidad mayor en verde.La pequeña estructura en rojo corresponde a una molécula de antibiótico unido a lasubunidad menor.

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4.4.- ARN transferente (ARNt)

• Moléculas de pequeño tamaño (80 – 100 nucleótidos)

• Presenta bases modificadas (p.e.- pseudouracilo)

• Función: unir aminoácidos y transportarlos hasta el ARNm para sintetizar proteínas.

• Estructura:

- Poseen estructura secundaria donde no hay bases complementarias → aspecto de bucles (hoja de trébol).

- Los plegamientos se llegan a hacer tan complejos que adquieren una estructura terciaria

• Características:

- Brazo aceptor: OH extremo 3’ → Unión con aminoácido

- Brazo TψC: Lugar de reconocimento del ribosoma

- Brazo D: Reconocimiento de aminoacil-ARNt sintetasa

- Anticodón: Lugar exacto para colocarse en el ARNm

(las complementarias en el ARNm se llaman codón).

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5. FUNCIONES ÁCIDOS NUCLEICOS

• Replicación o duplicación del ADN: Transmite la información de una generación celular a la siguiente.

- Expresión del mensaje genético: Almacena la información y controla la actividad de la célula.

• Transcripción del ADN para formar ARNm y otros ARN

• Traducción, en los ribosomas, del mensaje contenido en el ARNm a proteinas.

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