BLOQUE 2 LOS ACIDOS NUCLEICOS

Estos biopolímeros están formados por unidades llamadas monómeros, que son los nucleótidos.

Los nucleótidos están formados por la unión de:

a) Una pentosa, que puede ser la D-ribosa en el ARN; o la D-2- desoxirribosa en el ADN

b) Una base nitrogenada, que puede ser:

- Púrica, como la Guanina (G) y la Adenina (A)

- Pirimidínica, como la Timina (T), Citosina (C) y Uracilo (U)

c) Ácido fosfórico, que en la cadena de ácido nucleico une dos pentosas a través de una unión fosfodiester. Esta

unión se hace entre el C-3´de la pentosa, con el C-5´de la segunda.

1.- COMPOSICIÓN QUIMICA DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS

Los ácidos nucleicos son biomoléculas orgánicas formadas por C,H,O,N y P;

son las más complejas y de enorme peso molecular. Por hidrólisis se pueden

separar sus constituyentes que son el ácido fosfórico, la pentosa y las llamadas

bases nitrogenadas

A la unión de una pentosa con una base nitrogenada se le llama nucleósido. Esta unión se hace mediante un

enlace -glucosídico.

- Si la pentosa es una ribosa, tenemos un ribonucleósido. Estos tienen como bases nitrogenadas la adenina, guanina,

citosina y uracilo.

- Si la pentosa es un desoxirribosa, tenemos un desoxirribonucleósido. Estos tienen como bases nitrogenadas la

adenina, citosina, guanina y timina.

El enlace -glucosídico se hace entre el

a) C-1´de la pentosa y el N-9 de la base púrica, como la guanina y la adenina.

b) C-1´de la pentosa y el N-1 de la base pìrimidínica, como la timina ycitosina

2.- TIPOS DE ÁCIDOS NUCLEICOS

Los ácidos nucleicos están formados, como ya se ha dicho anteriormente, por la polimerización de muchos

nucleótidos, los cuales se unen de la siguiente manera: 3´-pentosa-5´-fosfato---3´-pentosa-5´fosfato-----

Cada molécula tiene una orientación definida, por lo que la cadena es 5´-> 3´.

Atendiendo a su estructura y composición existen dos tipos de ácidos nucleicos que son:

a) Ácido desoxirribonucleico o ADN o DNA

b) Ácido ribonucleico o ARN o RNA

ACIDO DESOXIRRIBONUCLEICO, ADN O DNA HISTORIA, MODELO DE WATSON Y CRICK

,COMPOSICIÓN, ESTRUCTURA Y PROPIEDADES Y FUNCIONES BIOLOGICAS.

El ADN, o ácido desoxirribonucleico, está presente en todos los organismos y en algunos virus. En las células eucariotas se encuentra localizado en el núcleo celular y, en menor cantidad, en las mitocondrias y en los cloroplastos. En la mayoría de los organismos procariotas, el ADN se encuentra en el citoplasma celular en forma de una molécula única llamada cromosoma

HISTORIA DEL ADN

El ADN fue por primera vez aislado por un biólogo suizo

llamado Frierich Miescher en el año 1869. Este científico que

estudiaba la composición química de los leucocitos (glóbulos

blancos), describió de sus experimentos que las propiedades de

la sustancia aislada rica en fosfatos, sin azufre y resistente a

proteasas no correspondía a lípidos ni proteínas. A esta nueva

molécula, presente en todos los núcleos celulares, Miescher la

llamó nucleína. Luego, con la identificación de su naturaleza

acídica se le asignó el nombre genérico de ácido nucleico.

En los años 20, Phoebus Levene, en sus estudios de la

estructura y función de los ácidos nucleicos, logró determinar

la existencia de ADN y ARN, además de que el ADN está

formado por 4 bases nitrogenadas Timina y Citosina

(pirimidinas), Guanina y Adenina (purinas), un azúcar

(desoxirribosa) y un grupo fosfato. Determinó que la unidad

básica del ADN estaba conformada por fosfato-azúcar-base

nitrogenada a la cual llamó nucleótido.

Luego con los aportes de Griffith en 1928, los hallazgos de

Avery en 1944 y los experimentos de Hershey-Chase en 1952,

se logró determinar que el ADN es la molécula responsable de

la herencia. Un año después Rosalind Franklin y Maurice

Wilkins, Francis Crick y James Watson lograron dilucidar

mediante estudios de difracción de rayos X, la estructura

molecular de doble hélice del ADN, lo que les valió el premio

Novel de fisiología y medicina en 1962.

Ya en el siglo 21, los avances en la tecnología del ADN

específicamente en los métodos de secuenciación, han

conducido al conocimiento de toda la información genética de

una variedad de organismos, como el humano, ratón, pez cebra

y A. thaliana, posibilitando enormes avances en disciplinas tan

diversas como la biomedicina, paleontología, agricultura,

medicina forense entre otras.

Hoy en día los avances continúan a pasos agigantados con

grandes proyecciones en beneficio del hombre y el planeta.

MODELO DE WATSON Y CRICK.

Francis Crick y James Watson descubrieron en 1953 que la

molécula de ADN tiene una estructura de doble hélice, parecida a

una escalera de caracol. Las subunidades repetidas de

desoxirribosa unidas al grupo fosfato forman lo que serían las

barandas y la bases nitrogenadas serían los escalones. Las

bases nitrogenadas siempre van aparejadas de la misma manera:

la adenina con la timina y la guanina con la citosina. Las bases se

mantienen unidas por puentes de hidrógeno, que hacen que las

dos cadenas de la doble hélice se mantengan unidas.

La información genética contenida en la molécula viene dada por

la secuencia en que se disponen las bases nitrogenadas. Esa

información puede transmitirse, ya que la molécula de ADN tiene la capacidad de replicarse y producir

dos copias idénticas entre ellas y la molécula original. La información pasa a la descendencia según la

teoría cromosómica de la herencia.

COMPOSICIÓN QUÍMICA:

El ADN está constituido por dos largas cadenas de nucleótidos. Cada nucleótido consta de tres partes:

una molécula de azúcar, la desoxirribosa; un grupo fosfato constituido por un átomo de fósforo rodeado

de otros átomos de oxígeno, y una base nitrogenada. El azúcar y el grupo fosfato son iguales en todos

los nucleótidos de ADN. En cambio, la base nitrogenada puede ser adenina, guanina, citosina o timina,

que se representan con sus iniciales, en mayúsculas: A, G, C y T, respectivamente. La adenina se une

con la timina, y la guanina con la citosina, para configurar la estructura de la molécula en forma de doble

hélice.

ESTRUCTURA DEL ADN

En el ADN se distinguen 3 niveles estructurales. Además, para conseguir que el ADN quepa dentro del

núcleo, se encuentra muy empaquetado, y aún mas cuando se condensa para formar un cromosoma. Se

distinguen varios niveles de empaquetamiento: el collar de perlas, fibra de cromatina de 100A, solenoide,

fibra de cromatina de 300ª.

ESTRUCTURA PRIMARIA DEL ADN

Se trata de la secuencia de desoxirribonucleótidos de una de las cadenas. La información genética está contenida en

el orden exacto de los nucleótidos.

La adenina enlaza con la timina, mediante dos puentes de hidrógeno, mientras que la citosina enlaza con la guanina,

mediante tres puentes de hidrógeno.

El ADN es el portador de la informacion genética, se puede decir por tanto, que los genes están compuestos por

ADN.

ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN

Es una estructura en doble hélice. Permite explicar el almacenamiento de la información genética y el mecanismo de

duplicación del ADN. Fué postulada por Watson y Crick,basandose en:

- La difracción de rayos X que habían realizado Franklin y Wilkins

- La equivalencia de bases de Chargaff,que dice que la suma de adeninas más guaninas es igual a la suma de timinas

más citosinas.

Es una cadena doble, dextrógira o levógira, según el tipo de ADN. Ambas cadenas son complementarias, pues la

adenina de una se une a la timina de la otra, y la guanina de una a la citosina de la otra. Ambas cadenas son

antiparalelas, pues el extremo 3´de una se enfrenta al extremo 5´de la otra.

Existen tres modelos de ADN. El ADN de tipo B es el más abundante y es el descubierto por Watson y Crick.

ESTRUCTURA TERCIARIA DEL ADN.

Se refiere a como se almacena el ADN en un volumen reducido. Varía según se trate de organismos procariontes o

eucariontes:

a) En procariontes se pliega como una super-hélice en forma, generalmente, circular y asociada a una pequeña

cantidad de proteinas. Lo mismo ocurre en la mitocondrias y en los plastos. b) En eucariontes el empaquetamiento

ha de ser más complejo y compacto y para esto necesita la presencia de proteinas, como son las histonas y otras de

naturaleza no histona (en los espermatozoides las proteinas son las protaminas). A esta unión de ADN y proteinas se

conoce como cromatina, en la cual se distinguen diferentes niveles de organización:

- Nucleosoma

- Collar de perlas

- Fibra cromatínica

- Bucles radiales

- Cromosoma.

PROPIEDADES BIOLÓGICAS DEL DNA (1)

En las células eucariotas, el DNA está presente en el núcleo, así como en mitocondrias y cloroplastos. En

procariotas, el DNA se encuentra en el citoplasma celular. La molécula de DNA es el soporte material de

los caracteres hereditarios de una especie y es trasmitida íntegramente a la progenie. Cada cromosoma

eucariota contiene una sóla molécula de DNA. Su masa molecular es enorme. El peso molecular por

unidad de longitud de la hélice es aproximadamente de 2 x 106 dalton por µm.

El modelo de Watson y Crick explica las propiedades biológicas del DNA:

Resistencia a la alteración de las bases (mutación)

Duplicación del material genético

Transcripción de la información genética

RESISTENCIA A LA ALTERACIÓN DE LAS BASES (MUTACIÓN)

Mutación

¿Qué es una mutación y cuál es su importancia?

Mutación

Las mutaciones son cambios o modificaciones que se

producen en la información genética, generalmente

por errores en el proceso de replicación, originando

variaciones hereditarias.

Pueden ocurrir a diferentes niveles:

En los genes (mutaciones génicas) - Alteran la secuencia de bases nitrogenadas del ADN.

En los cromosomas (mutaciones cromosómicas) - Alteran el orden de los genes en el cromosoma.

En el genoma (mutaciones genómicas) - Alteran el número de cromosomas del genoma.

Si aparece una base incorrecta, su emparejamiento se

ve impedido, y la doble hélice se altera. Estos errores

pueden ser reparados por medio de diversos

mecanismos celulares. En la Figura de la derecha se

representa una proteína (en color azul) en pleno

proceso de reemplazar una base incorrecta del DNA

(de color rojo). La base correcta (en amarillo en la

figura) es la que se aparea correctamente con la

hebra complementaria.

DUPLICACIÓN DEL MATERIAL GENÉTICO

Las células hijas deben tener la misma dotación genética que su

progenitora. Para obtener esta duplicación exacta, basta la

separación de las dos cadenas de la doble hélice progenitora (en

azul en la figura de la derecha) y la síntesis de las hebras

complementarias (en color rosado en la figura).

En 1958, Meselson y Stahl realizaron un experimento en el que

demostraron que la replicación del DNA se ajustaba al modelo

de replicación semiconservativa(separación de las hebras y síntesis

de las complementarias).

La replicación o duplicación de la molécula de ADN se produce en la

interfase de la división celular, más precisamente en la fase S, con el

objetivo de conservar la información genética. Los puentes de

hidrógeno que unen las dos hileras de polinucleótidos se rompen, con lo cual ambas cadenas se

separan, sirviendo cada una de molde para fabricar una nueva hilera complementaria. La enzima ADN

polimerasa se encarga de agregar nucleótidos fabricados por la célula que están esparcidos en el núcleo.

Dicha enzima los va añadiendo a cada hilera separada conforme con la secuencia adenosina-timina y

citosina-guanina (A-T y C-G). Al terminar la duplicación se obtienen dos moléculas idénticas de ADN de

forma helicoidal, cada una con una hilera original y otra hilera neoformada. El núcleo tiene ahora el

doble del ADN y de proteínas que al principio. De esta manera, la información genética de la célula

madre será transmitida a las células hijas al producirse la mitosis.

La transmisión de la información genética se produce cuando la célula se divide por mitosis, si son células somáticas, o por meiosis en el caso de las células germinales que dan origen a gametos o esporas haploides que intervienen en la reproducción sexual.

Los cromosomas trasmiten los caracteres hereditarios, ya que son los portadores de la información genética contenida en las moléculas de ADN que los constituyen.

Cada vez que la célula se divide en células hijas, previo a la división celular durante la interfase del ciclo celular, el genoma o conjunto total de genes se duplica, lo que tiene su base molecular en la replicación semiconservativa de las moléculas de ADN.

¿Qué características distinguen a la replicación del ADN?

Replicación

• Es un proceso metabólico de síntesis que ocurre en el núcleo,

durante la interfase del ciclo celular.

• Es un proceso molecular que se inicia con la separación de las

cadenas de ADN, en el que participan enzimas específicas.

• Cada una de las cadenas de ADN sirve de molde en la síntesis

de una cadena nueva de forma semiconservativa, con la

participación de enzimas específicas.

• Se obtiene como resultado dos moléculas de ADN con la misma

secuencia de nucleótidos y por consiguiente con la misma

información genética, iguales entre si e idénticas a la original. De

acuerdo a sus resultados la replicación semiconservativa del ADN es de granimportancia

http://biologia.cubaeduca.cu/medias/interactividades/ADN/co/mo

dulo_Raz_13.html .

TRANSCRIPCIÓN DE LA

INFORMACIÓN GENÉTICA

La complementariedad de

bases permite a la célula

sintetizar una molécula de

RNAm con una secuencia

complementaria a la de una de

las hebras del DNA (Parte

superior de la Figura de la

derecha). Este proceso se

denomina transcripción. La

molécula de RNAm recién

sintetizada servirá como

molde para la síntesis de

proteínas en un proceso

denominado traducción (Parte

inferior de la Figura de la

derecha). Esta serie de

procesos se conoce como

el dogma central de la

Biología.

En el desarrollo de los organismo se mantiene una estrecha relación entre los cromosomas que contienen las moléculas de ADN portadoras de la información genética o hereditaria en su secuencia de nucleótidos, donde se localizan los genes, y los procesos moleculares que permiten la expresión de la información genética en los caracteres hereditarios en interacción con el medio interno del organismo y el medio ambiente.

Estos procesos son la transcripción a ARN y la biosíntesis de proteínas.

En el proceso de transcripción, se sintetizan tres tipos de ARN, que participan en la biosíntesis de proteínas que ocurre en los ribosomas libres del citoplasma y en el retículo endoplasmático rugoso, donde se traduce el mensaje genético en secuencias de aminoácidos.

¿Qué características distinguen a la transcripción del ADN al ARN?

Transcripción

Es un proceso metabólico de síntesis que ocurre en el núcleo, durante la interfase del ciclo celular.

Es un proceso molecular que se inicia con la separación de las cadenas de ADN, en el que

participan enzimas específicas.

Una de las cadenas de ADN sirve de molde en la síntesis de una molécula de ARN.

Se obtiene como resultado una molécula de ARN que contiene la copia de la información genética.

DESNATURALIZACIÓN DEL ADN.

Cuando la temperatura alcanza el punto de fusión del ADN, la agitación térmica es capaz de separar las dos

hebras y producir una desnaturalización. Este es un proceso reversible, ya que al bajar la temperatura se puede

producir una renaturalización. En este proceso se rompen los puentes de hidrógeno que unen las cadenas y se

produce la separación de las mismas, pero no se rompen los enlaces fosfodiester covalentes que forman la

secuencia de la cadena.

La desnaturalización del ADN puede ocurrir, también, por variaciones en el pH.

Al enfriar lentamente puede renaturalizarse.

4.- ARN O ÁCIDOS RIBONUCLEICO O RNA

A.- ESTRUCTUR

A

Está formado por la unión de muchos ribonucleótidos, los cuales se unen entre ellos mediante enlaces

fosfodiester en sentido 5´-3´( igual que en el ADN

Están formados por una sola cadena, a excepción del ARN bicatenario de los reovirus.

ESTRUCTURA PRIMARIA DEL ARN

Al igual que el ADN, se refiere a la secuencia de las bases nitrogenadas que constituyen sus nucleótidos.

ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ARN

Alguna vez, en una misma cadena, existen regiones con secuencias complementarias capaces de aparearse.

ESTRUCTURA TERCIARIA DE ARN

Es un plegamiento, complicado, sobre al estructura secundaria.

B.- CLASIFICACIÓN DE LOS ARN.

Para clasificarlos se adopta la masa molecular media de sus cadenas, cuyo valor se deduce de la velocidad de

sedimentación. La masa molecular y por tanto sus dimensiones se miden en svedberg (S). Según esto tenemos:

ARN MENSAJERO (ARNm)

Sus características son la siguientes:

Cadenas de largo tamaño con estructura primaria.

Se le llama mensajero porque transporta la información necesaria para la síntesis proteica.

Cada ARNm tiene información para sintetizar una proteina determinada.

Su vida media es corta.

En procariontes el extremo 5´posee un grupo trifosfato

En eucariontes en el extremo 5´posee un grupo metil-guanosina unido al trifosfato, y el el extremo

3´posee una cola de poli-A

En los eucariontes se puede distinguir también:

Exones, secuencias de bases que codifican proteinas

Intrones, secuencias sin información.

Un ARNm de este tipo ha de madurar (eliminación de intrones) antes de hacerse funcional. Antes de madurar,

el ARNm recibe el nombre de ARN heterogeneonuclear (ARNhn ).

ARN RIBOSÓMICO (ARNr)

Sus principales características son:

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

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

Están vinculados con la síntesis de proteinas.

ARN NUCLEOLAR (ARNn)

Sus características principales son:

Se sintetiza en el nucleolo.

Posee una masa molecular de 45 S, que actua como recursor de parte del ARNr,

concretamente de los ARNr28 S (de la subunidad mayor), los ARNr 5,8 S (de la subunidad

mayor) y los ARNr 18 S (de la subunidad menor)

ARNu

Sus principales características son:

Son moléculas de pequeño tamaño

Se les denomina de esta manera por poseer mucho uracilo en su composición

Se asocia a proteinas del núcleo y forma ribonucleoproteinas pequeño nucleares (RNPpn) que

intervienen en:

Corte y empalme de ARN

Maduración en los ARNm de los eucariontes

Obtención de ARNr a partir de ARNn 45 S.

ARN TRANSFERENTE (ARNt)

Sus principales características son.

Son moléculas de pequeño tamaño

Poseen en algunas zonas estructura secundaria, lo que va hacer que en las zonas donde no hay

bases complementarias adquieran un aspecto de bucles, como una hoja de trebol.

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

Su misión es unir aminoácidos y transportarlos hasta el ARNm para sintetizar proteinas.

El lugar exacto para colocarse en el ARNm lo hace gracias a tres bases, a cuyo conjunto se llaman anticodón

(las complementarias en el ARNm se llaman codón).

C.- SINTESIS Y LOCALIZACIÓN DE LOS ARN

En la célula eucarionte los ARN se sintetizan gracias a tres tipos de enzimas:

ARN polimerasa I, localizada en el nucleolo y se encarga de la sinteis de los ARNr 18 S, 5,8 S y 28 S.

ARN polimerasa II, localizada en el nucleoplasma y se encarga de la síntesis de los ARNhn, es decir de los

precursores de los ARNm

ARN polimerasa III, localizada en el nucleoplasma y se encarga de sintetizar los ARNr 5 S y los ARNm.

FUNCIONES DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS.

Entre las principales funciones de estos ácidos tenemos:

-Almacenamiento de la información genética

-Replicación de su propia molécula

-Síntesis de ARN (transcripción)

-Transferencia de la información genética.

Causa de la enorme variabilidad del mundo vivo (debido a la información que almacena y su capacidad de transmitirla

Duplicación del ADN

Expresión del mensaje genético:

Transcripción del ADN para formar ARNm y otros

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

FIN.

BIOSÍNTESIS DE PROTEÍNAS

En el proceso de biosíntesis de proteínas participan numerosas moléculas y estructuras celulares, como:

Moléculas:

ADN , ARNm, ARNt y ARNr, Enzimas, ATP

Estructuras celulares:

Núcleo, Cromosomas, Ribosomas

Las proteínas se sintetizan en los ribosomas a partir del ADN y consta de varios

pasos (Fig. 1).

Fig. 1: Pasos de la síntesis de proteínas.

Duplicación del ADN

El dogma central de la genética molecular es que la información fluye del ADN al ARN y a través de este a

la proteína.

La replicación del ADN es una propiedad esencial del material genético. Es la única molécula capaz de de

hacer copias idénticas de ella misma y ocurre una vez en cada ciclo celular durante la fase S previa a

la mitosis o meiosis, mientras que la transcripción y traducción ocurren repetidamente durante toda la interfase.

La duplicación del ADN es un proceso notablemente rápido, a razón de 50 nucleótidos por segundo. Este

proceso comienza cuando unas enzimas conocidas como helicasas rompen uniones entre las bases

nitrogenadsa de las dos cadenas de nucleótidos que conforman la molécula de ADN, de esta manera se abre

la doble hélice.

Una vez que las dos cadenas se separan, proteínas adicionales, conocidas como proteínas de unión a cadena

simple, se unen a las cadenas individuales, manteniéndolas separadas y evitando que se retuerzan. Esto

posibilita el siguiente paso, la síntesis real de las nuevas cadenas, catalizadas por enzimas conocidas

como ADN polimerasas. Además es necesaria otra enzima, la ARN polimerasa. Una vez que se han

sintetizados las cadenas nuevas, actúa otro grupo de enzimas, las ADN ligasas que une las cadenas.

Transcripción del ADN

Las instrucciones para fabricar una proteína están en la molécula de ADN, pero esta no la puede fabricar, para

ello es necesario el ARN. El ARN se sintetiza a partir de la molécula de ADN mediante el proceso conocido

como transcripción.

La transcripción comienza cuando la enzima ARN polimerasa, toma contacto con el ADN y lo abre y, a medida

que la enzima se mueve a lo largo de la molécula de ADN, se separan las dos cadenas de la molécula. Los

nucleótidos que constituyen los bloques estructurales, se ensamblan en el ARN, siendo esta última cadena

complementaria a la del ADN que tomo como molde (Fig. 3)

La molécula de ARNm formada abandona el núcleo y se dirige hacia los ribosomas que se hallan en el

citoplasma libres o adheridos al retículo endoplasmático.

Traducción

La traducción ocurre en varias etapas:

Primero está la iniciación. Esta comienza cuando la molécula de ARNm se une a la subunidad ribosómica más

pequeña. La primera molécula de ARNt, que lleva el aminoácido se acopla con el codón iniciador AUG de la

molécula de ARNm. Luego se acopla la subunidad ribosómica más grande. Un segundo ARNt, con su

aminoácido unido, se coloca en el sitio A y su anticodón se acopla con el ARNm. Se forma un enlace peptídico

entre los dos aminoácidos reunidos en el ribosoma. Al mismo tiempo, se rompe el enlace entre el primer

aminoácido y su ARNt (Fig. 4).

El ribosoma se mueve a lo largo de la cadena de ARNm en una dirección 5' a 3', y el segundo ARNt, con el

dipéptido unido, se mueve desde el sitio A al sitio P, a medida que el primer ARNt se desprende del ribosoma.

Un tercer ARNt se coloca en el sitio A y se forma otro enlace peptídico. La cadena peptídica naciente siempre

está unida al ARNt que se está moviendo del sitio A al sitio P y el ARNt entrante que lleva el siguiente

aminoácido siempre ocupa el sitio A. Este paso se repite una y otra vez hasta que se completa el polipéptido. A

esta parte del proceso se la llama elongación (Fig. 5).

Cuando el ribosoma alcanza un codón de terminación en este ejemplo UGA, el polipéptido se escinde del

último ARNt y el ARNt se desprende del sitio P. El sitio A es ocupado por un factor de liberación que produce

la disociación de las dos subunidades del ribosoma. A este proceso se lo llama terminación (Fig. 6).