ácidos nucleicos

Tema 4. Los Ácidos Nucleicos

1. Los ácidos nucleicos

2. Moléculas de los ácidos nucleicos

3. Nucleótidos que no forman ácidos nucleicos

4. Diferencias químicas ADN-ARN

5. El ADN

6. El ARN

7. Dogma de la Biología molecular

Hallan bases nitrogenadas en un meteorito

El descubrimiento hace pensar que parte del material necesario para la formación de las primeras moléculas de ADN y ARN en nuestro planeta podría haber procedido del espacio.

Diario de la Ciencia

Científicos de Europa y Estados Unidoshan publicado, en junio de 2008, losresultados de una investigación en laque se descubrieron precursores deácidos nucleicos en unos fragmentosde roca del meteorito Murchison, que seestrelló en Australia en 1969. Lasmoléculas descubiertas incluyen el uracilo y la xantina, precursores de las que forman el ácido desoxirribonucleico y el ácido ribonucleico, respectivamente. En investigaciones anteriores en estos mismos fragmentos se habían observado diversos aminoácidos, como la glicina o la alanina. Para descartar que las nuevas moléculas encontradas pudieran proceder de una posible contaminación terrestre, se han hecho diversos análisis que han mostrado la presencia de un isótopo de carbono-13, más pesado que el habitual, el carbono- 12, que hay en los organismos

terrestres y que principalmente se forma en el espacio. Los autores del estudio, el doctor Zita Martins y el profesor Mark Sephton, del Imperial College, han afirmado que la investigación puede proporcionar nuevas pistas que expliquen el origen de la vida en nuestro

planeta, ya que hace 4 500 a 3 800 millones de años numerosos meteoritos, muchos de ellos similares al meteorito Murchison, cayeron sobre la Tierra y podrían haber aportado el material orgánico necesario para la formación de los primeros ácidos nucleicos.

Tema 4. Los Ácidos NucleicosTema 4. Los Ácidos Nucleicos

–Los ácidos nucleicos son polímeros de nucleótidos.

–Su nombre procede de su carácter ácido y de que se encuentran en gran cantidad en el núcleo celular.

–Fueron descubiertos hace 150 años, pero hasta mediados del siglo XX no empezó a comprenderse su importancia biológica.

–Hay dos tipos de ácidos nucleicos: el ARN y el ADN.

4.1 Los ácidos nucleicos

PENTOSAS

β-D-RibosaARN

2’ desoxi β-D-RibosaADN

4.2 Las moléculas de los ácidos nucleicos

Los nucleótidos son moléculas orgánicas formadas por la unión de:

a) Un glúcido (pentosa)b) Una base nitrogenadac) Ácido ortofosfórico

Moléculas orgánicas formadas por la unión de:a) Un glúcido (pentosa)b) Una base nitrogenadac) Ácido ortofosfórico

BASES NITROGENADAS

A G C T U

–Se unen al carbono 1’ de la pentosa con un enlace N-glucosídico por el N9 de las purinas o por el N1 de las pirimidinas.

–PENTOSA + BASE NITROGENADA = NUCLEÓSIDO


Nucleótidos: su composición

Los nucleótidos son las piezas elementales que han ensamblarse forman los ácidos nucleicos.

En su composición intervienen:

• Ácido Fosfórico (H3PO4)

• Una pentosa: ribosa o desoxirribosa

• Una base nitrogenada



BASES NITROGENADAS

A G C T U

–Se unen al carbono 1’ de la pentosa con un enlace N-glucosídico por el N9 de las purinas o por el N1 de las pirimidinas.

–PENTOSA + BASE NITROGENADA = NUCLEÓSIDO



ÁCIDO ORTOFOSFÓRICO

–Se unen al carbono 5’ de la pentosa con un enlace éster.–Al primer fosfato se le puede añadir 1 o 2 fosfatos extra.–NUCLEÓSIDO + FOSFATO/S = NUCLEÓTIDO


Ion fosfato Pentosa Base nitrogenada

+ +PENTOSAS BASES NITROGENADAS


Ribosa Desoxirribosa

ARN ADN


+ +BASES NITROGENADAS

VOLVER


NUCLEÓSIDOS

• Son la unión de una base N con una pentosa (enlace N-glucosídico

o β).• Se nombran:

– Purinas: (desoxi-) + Base + -osina– Pirimidinas: (desoxi-) + Base + -idina

RIBOSA DESOXIRRIBOSA

A Adenosina Desoxiadenosina

G Guanosina Desoxiguanosina

C Citidina Desoxicitidina

T Timidina Desoxitimidina

U Uridina Desoxiuridina


Nucleótidos: su estructura

2.Nucleótidos



+ +

Adenina Guanina

Bases púricas Bases pirimidínicasUracilo

Citosina

Timina

ADN, ARN

ARN ADN

ADN, ARNADN, ARN

PENTOSAS VOLVER


Desoxirribosa

+Citosina

H2O

NUCLEÓSIDO

Desoxicitidina

5


• Son la unión de un nucleósido con 1, 2 o 3 ácidos fosfóricos. • Se nombran:

– (Desoxi-) + Base + -osín/ -idín Mono/ Di/ Tri + fosfato– Con siglas: AMP, dAMP, CDP, ATP, …

NUCLEÓTIDOS

ATP: Adenosín Trifosfato


NUCLEÓSIDO

1+ NUCLEÓTIDO

H2O

Desoxicitidina-5’-monofosfato

Ácido fosfórico


• Los nucleótidos trifosfato sirven para la síntesis de ADN y ARN.

• El ATP y, en menor medida, el GTP sirven de “moneda energética” celular (transportadores de energía).

• El AMPc y el GMPc actúan como un segundo mensajero, activando la acción de enzimas específicas.

• El UDP actúa como transportador de monosacáridos en la síntesis de almidón, glucógeno, etc.


Los nucleótidos se unen formando cadenas, con enlace fosfodiéster 5´-3´• En la cadena alternan Pentosa y Fosfato, con las bases hacia el lado.• Pueden ser polirribonucleótidos (ARN) o polidesoxirribonucleótidos (ADN).• Las bases y, por tanto, los ácidos nucleicos absorben luz de 260 nm (luz UV).


Nucleótidos: su función

Además de formar parte de los ácidos nucleicos, hay nucleótidos con funciones activas en las reacciones metabólicas:

• Intermediarios de energía: fosfatos de adenosina (AMP, ADP, ATP)

• Segundo mensajero de receptores hormonales: AMP cíclico• Transportadores de moléculas: UDP

• Coenzimas: flavinnucleótidos, piridin-nucleótidos, coenzima A


NUCLEÓTIDOS DE FLAVINA

– Son derivados de la riboflavina o Vit. B2.

– Actúan en reacciones rédox, pues pueden captar y ceder electrones.

FAD + 2H+ + 2e- FADH2

4.3 Nucleótidos fuera de los ác. nucleicos

• Algunos coenzimas contienen derivados nucleotídicos en su estructura.

NAD+ + H+ + e- NADH

NUCLEÓTIDOS DE PIRIDINA

-Proceden de la riboflavina o ácido nicotínico (Vit. B3).

-Formados por 2 nucleótidos (AMP + nicotínamida).

-Muy importantes en reacciones rédox.

-Son el NAD (usado en reacciones catabólicas) y el NADP (en reacciones anabólicas).


COENZIMA A

– Deriva del ADP y del Ácido Pantoténico (Vit. B5).

– Se usa para transferir grupos acetilos ( CH3-COO-), que se unen a su grupo sulfhidrilo terminal.

– Muy usado en el metabolismo de los lípidos y en el catabolismo de los glúcidos.


Nucleótidos: coenzimas

Las coenzimas son sustancias orgánicas que acompañan a las enzimas en su acción catalítica.

Son necesarias para que se produzcan las reacciones no tienen especificidad de sustrato.

Unas están presentes en centro activo durante la reacción

• Flavín nucleótidos y piridín nucleótidos: acompañan a oxidoreductasas capturando o cediendo electrones e hidrogeniones

NAD+ + H+ + 2e– NADH

forma oxidada forma reducida

Otras reaccionan con el sustrato, activándolo antes de la reacción enzimática:

• Coenzima a: activan los ácidos carboxilícos

R- COOH + CoA- SH R- CO- SCoA

ácido ácido activado


• Los nucleótidos se unen formando cadenas, con enlace fosfodiéster 5´-3´• En la cadena alternan Pentosa y Fosfato, con las bases hacia el lado.• Pueden ser polirribonucleótidos (ARN) o polidesoxirribonucleótidos (ADN).• Las bases y, por tanto, los ácidos nucleicos absorben luz de 260 nm (luz UV).

ADN ARNPentosa desoxirribosa Ribosa

Bases Sin U Sin T

Longitud --------------------- ---

Estructura Doble Simple *

Localiz. Núcleo, mit y clor. Nucleo y citop.

Estable Bastante Menos

4.4 Diferencias químicas ADN-ARN

-Polímero de desoxinucleótidos.

-Características de los nucleótidos:

•Pentosa: 2’ desoxi β-D-Ribosa

•Bases Nitrogenadas: A, C, G, T

-Suele ser bicatenario (2 cadenas), pero existen virus con ADN monohebra.

–El Ácido Desoxirribonucleico (ADN) es la molécula más importante de un ser vivo.

–Contiene la información genética de un ser vivo.

–Su estructura puede ser estudiada a varios niveles, apareciendo estructura primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria.

4.4 El ADN, portador de la información

-Polímero de desoxinucleótidos.


– Pentosa: 2’ desoxi β-D-Ribosa

– Bases Nitrogenadas: A, C, G, T

-Suele ser bicatenario (2 cadenas), pero existen virus con ADN monohebra.

–El Ácido Desoxirribonucleico (ADN) es la molécula más importante de un ser vivo.

–Contiene la información genética de un ser vivo.

–Su estructura puede ser estudiada a varios niveles, apareciendo estructura primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria.


• Su estructura primaria es la secuencia de nucleótidos, leída desde el extremo 5’ al 3’.


Extremo 5’

Extremo 3’


–Se basaron en:

• Imágenes de difracción de rayos X obtenidas por Rosalind Franklin.

• Proporciones de bases obtenidas por Chargaff.


–Doble hélice, estabilizada con puentes de hidrógeno entre bases complementarias de cadenas opuestas.

–Fue deducida por J. Watson y F. Crick en 1953.

Puente de hidrógeno

Extremo 3’

Extremo 5’Extremo 3’

Extremo 5’

Diámetro del ADN (20 Ǻ)

Lon

gitu

d d

e u

na

vuel

ta d

e h

élic

e (3

4 Ǻ

) Distan

cia entre u

n p

ar de b

ases (3 ,4 Ǻ)

MODELO DE LA DOBLE HÉLICE


• Las bases se colocan perpen- dicularmente al eje de la hélice.

• Se unen con puentes de H (A=T) (C≡G)

• Existe un surco menor y un surco mayor, en el que las bases son más accesibles.


– Su estructura secundaria es una doble cadena en hélice dextrógira (en el ADN-B)

– Con 10 pares de bases por vuelta (34 Å)

– Las cadenas son antiparalelas (una es 5´-3´ y la otra es 3´-5´)


ADN-Z. Hélice levógira. Frecuente en ADN inactivo (no se transcribe).

ADN-A. Hélice dextrógira más compacta. En moléculas híbridas ADN-ARN.

ADN-H. Triple hélice. Anecdótico, sólo en situaciones muy concretas.

Tipos de estructuras 2as

Parejas de bases

Parejas de bases

VOLVER A ESTRUCTURA DEL ADN

VOLVER


- Las dos cadenas de la doble hélice se separan al aumentar la Tª o variar el pH.

-Podemos renaturalizar la molécula si volvemos a bajar la Tª poco a poco.

Desnaturalización

- La doble hélice pierde casi toda su absorbancia a 260 nm, ya que las bases están protegidas en el interior de la doble hélice.

100 oC/5 min(NaOH) 0,1 M

65 oC, 12 h

Desnaturalización Renaturalización


Absorbancia

Desnaturalización


- La desnaturalización ocurre al romperse los puentes de H de las bases.

- Moléculas ricas en G y C se desnaturalizarán a mayor Tª, ya que cuesta más romper sus puentes de H que los de los pares A=T.

- Podemos estudiar la desnaturalización ya que produce un aumento de absorbancia al separarse las cadenas.

-Si tenemos muchas cadenas distintas la velocidad de renaturalización será menor que si todas las cadenas proceden de la misma hélice.

ESTRUCTURA PRIMARIA ESTRUCTURA SECUNDARIA ESTRUCTURA TERCIARIA

Secuencia de nucleótidos Doble hélice ADN superenrollado


• Es la sustancia que contiene al DNA en el núcleo de las células eucarióticas.

• Formada por DNA y proteínas

• Entre las proteínas destacan las histonas, de baja masa molecular relativa y que presentan carga positiva

• Las histonas neutralizan la acidez del DNA y lo arrollan permitiendo que quepa en el núcleo

• La unidad estructural de la cromatina es el nucleosoma, formado por un octámero de histonas, 176 pares de nucleótidos envolviéndolo, y una molécula de histona H1 neutralizando el DNA espaciador entre dos nucleosomas.


Fibra de cromatina compacta

Primer nivel de empaquetamiento

SEGUNDO NIVELDE EMPAQUETAMIENTO

TERCER NIVELDE EMPAQUETAMIENTO

NIVELES SUPERIORESDE EMPAQUETAMIENTO

LAS LUPAS AMPLÍAN LAS IMÁGENES

Histona H1

100

Ǻ4.4 El ADN, portador de la información

Primer nivel de empaquetamiento

Fibra de cromatina compacta


TERCER NIVELDE EMPAQUETAMIENTO


LAS LUPAS AMPLÍAN LAS IMÁGENES

Doble hélice de ADN

Histona H1

100

Ǻ4.4 El ADN, portador de la información

• La cromatina más activa es una fibra de 11 nm de diámetro formada por una sucesión de nucleosomas, en forma de rosario o collar de perlas.

• La cromatina menos activa es una fibra de 30 nm de diámetro formada por la fibra de 11nm arrollada en hélice.

• Hay proteínas no histonas que fijan la estructura de la cromatina de 30 nm.

• Hay proteínas no histonas que fijan el arrollamiento de la cromatina de 30 nm para formar los cromosomas

• En la cromatina hay también proteínas no histonas funcionales que regulan el funcionamiento.


Tipos de estructuras 2as

Tercer nivel de empaquetamiento

VOLVER A ESTRUCTURA DEL ADN



PRIMER NIVELDE EMPAQUETAMIENTO

Bucle

Andamio proteico


Adenosina-5’-monofosfato

Uridina-5’-monofosfato

Citidina-5’-monofosfato

+

+Enlace fosfodiéster

Extremo 5’

Extremo 3’

ARN de tres nucleótidos A-U-C

H2O

H2O

4.6 El ARN

-Polímero de nucleótidos.


•Pentosa: β-D-Ribosa

•Bases Nitrogenadas: A, C, G, U

-Suele ser monohebra (1 cadena), pero existen virus con ARN de doble cadena.

-Al igual que en las proteínas, hablamos de estructura primaria, secundaria y terciaria.

-Hay varios tipos de ARN:

-ARNm: ARN mensajero

-ARNr: ARN ribosómico

-ARNt: ARN transferente

-Otros (ARNsn, ARNhn, ARN vírico,…)

4.6 El ARN

BICATENARIO

Lineal Circular

Lineal

Circular

Superenrollado

Concatenado

Estructura primaria

• Es la secuencia de nucleótidos.

• Se lee desde el extremo 5’ al 3’.

Estructura secundaria

• Aparece por el establecimiento de puentes de hidrógeno entre bases complementarias.

• Bases complementarias: C ≡ G y A = U

Estructura terciaria

• Plegamiento en el espacio de la estructura secundaria.

• Algunos ARNs adquieren así actividad enzimática (ribozimas).

4.6 El ARN

4.6 El ARN

ARNm–ARN lineal que contiene la información para sintetizar una proteína.

–Se forma en el núcleo a partir de la secuencia de un gen del ADN (transcripción).

–Su secuencia es complementaria a la del gen del ADN, pero cambiando T por U.

–Se dirige hacia los ribosomas citoplasmáticos donde se leerá para fabricar una proteína (traducción).

–Procariotas: En ocasiones el ARNm lleva información de varios genes: ARN policistrónico.

–Eucariotas: El ARNm se sintetiza en forma de preARN que sufrirá una serie de modificaciones hasta convertirse en un ARNm funcional (eliminación de intrones y marcaje de extremos).

ARNm

Conjunto de proteínas

Codos y bucles debido a la complementariedad de las bases

4.6 El ARN

• Forma parte, junto a proteínas, de los ribosomas.

• Es el ARN más abundante de la célula.

• Son varias moléculas muy largas, de tamaños distintos, con fragmentos apareados.

• Su estructura terciaria es muy importante en la función de los ribosomas.

ARNr

4.6 El ARN

• Disperso en el citoplasma, es el más pequeño (unos 80 pb)

• Con algunas bases raras (metil-G, di-H-U, etc)

• Con estructura secundaria característica:

• Brazo aceptor: Con el extremo 3´ libre, para unirse al aminoácido correspondiente

• Anticodón: triplete de bases complementario al ARNm

4.6 El ARN

ARNt

Guanina (en el extremo 5’)

Brazo aceptor

Puentes de hidrógeno

Anticodón

Codón

Brazo D y su asaBrazo T y su asa

Ribotimidina

Alanina

Dihidrouridina

Brazo anticodón y su asa

ARNm

4.6 El ARN

ARNsn (ARN pequeño nuclear)

• Conjunto de ARNs de pequeño tamaño que participan en la maduración del ARNm, eliminando intrones.

ARN vírico

• Material genético de algunos virus (retrovirus).• Puede ser líneal o circular y simple o de doble cadena.• Su hallazgo supuso el replanteamiento del Dogma Central de la Biología Molecular.

4.6 El ARN

• ARN recién transcrito y sin modificar (transcrito primario).• Sufre una serie de modificaciones para transformarse en un ARN funcional (ARNm, ARNr, ARNt,…).

ARNhn (ARN heterogéneo nuclear)otros

• El ADN es el portador de la información genética• Debe pasar de una generación a otra REPLICACIÓN• Debe expresar el mensaje que contiene, en forma de proteínas:

• TRANSCRIPCIÓN o copia del mensaje en forma de ARN• TRADUCCIÓN o síntesis de la proteína especificada en el ARNm.

Transporta aminoácidos hasta los ribosomas para

formar proteínas.

Forma los ribosomas junto con ciertas proteínas.

ARN mensajeroARN transferente

ARN ribosómico

4.7 Dogma de la biología molecular

Copia la información de un gen y la lleva a los ribosomas.

Transcripción

AminoácidosADN

ARN mensajero

Ribosomas

Proteína

Traducción

4.7 Dogma de la biología molecular

Funciones de los ácidos nucleicos

Para realizar las funciones de los ácidos nucleicos hacen falta tres clases de RNA:

• RNA mensajero (mRNA), portador del mensaje genético

• RNA transferente (rRNA), que acerca aminoácidos al mRNA

• RNA ribosómico (rRNA), que ensambla los aminoácidos frente al mRNA para formar el polipéptido correspondiente.

4.6 El ARN4.7 Dogma de la biología molecular

ácidos nucleicos

Education

Transcript of ácidos nucleicos