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
4.2 Las moléculas de los ácidos nucleicos
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
4.2 Las moléculas de los ácidos nucleicos
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
4.2 Las moléculas de los ácidos nucleicos
Moléculas orgánicas formadas por la unión de:a) Un glúcido (pentosa)b) Una base nitrogenadac) Ácido ortofosfórico
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
4.2 Las moléculas de los ácidos nucleicos
Ion fosfato Pentosa Base nitrogenada
+ +PENTOSAS BASES NITROGENADAS
4.2 Las moléculas de los ácidos nucleicos
Ribosa Desoxirribosa
ARN ADN
Ion fosfato Pentosa Base nitrogenada
+ +BASES NITROGENADAS
VOLVER
4.2 Las moléculas de los ácidos nucleicos
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
4.2 Las moléculas de los ácidos nucleicos
Nucleótidos: su estructura
2.Nucleótidos
4.2 Las moléculas de los ácidos nucleicos
Ion fosfato Pentosa Base nitrogenada
+ +
Adenina Guanina
Bases púricas Bases pirimidínicasUracilo
Citosina
Timina
ADN, ARN
ARN ADN
ADN, ARNADN, ARN
PENTOSAS VOLVER
4.2 Las moléculas de los ácidos nucleicos
Desoxirribosa
+Citosina
H2O
NUCLEÓSIDO
Desoxicitidina
5
4.2 Las moléculas de los ácidos nucleicos
• 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
4.2 Las moléculas de los ácidos nucleicos
4.2 Las moléculas de los ácidos nucleicos
NUCLEÓSIDO
1+ NUCLEÓTIDO
H2O
Desoxicitidina-5’-monofosfato
Ácido fosfórico
4.2 Las moléculas de los ácidos nucleicos
• 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.
4.2 Las moléculas de los ácidos nucleicos
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).
4.2 Las moléculas de los ácidos nucleicos
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
4.2 Las moléculas de los ácidos nucleicos
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).
4.3 Nucleótidos fuera de los ác. nucleicos
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.
4.3 Nucleótidos fuera de los ác. nucleicos
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
4.3 Nucleótidos fuera de los ác. nucleicos
• 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.
-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
• Su estructura primaria es la secuencia de nucleótidos, leída desde el extremo 5’ al 3’.
4.4 El ADN, portador de la información
Extremo 5’
Extremo 3’
4.2 Las moléculas de los ácidos nucleicos
–Se basaron en:
• Imágenes de difracción de rayos X obtenidas por Rosalind Franklin.
• Proporciones de bases obtenidas por Chargaff.
4.4 El ADN, portador de la información
–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
4.4 El ADN, portador de la información
• 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.
4.4 El ADN, portador de la información
– 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´)
4.4 El ADN, portador de la información
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
4.4 El ADN, portador de la información
- 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
4.4 El ADN, portador de la información
Absorbancia
Desnaturalización
4.4 El ADN, portador de la información
- 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
4.4 El ADN, portador de la información
• 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.
4.4 El ADN, portador de la información
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
SEGUNDO NIVELDE EMPAQUETAMIENTO
TERCER NIVELDE EMPAQUETAMIENTO
NIVELES SUPERIORESDE 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.
4.4 El ADN, portador de la información
Tipos de estructuras 2as
Tercer nivel de empaquetamiento
VOLVER A ESTRUCTURA DEL ADN
SEGUNDO NIVELDE EMPAQUETAMIENTO
NIVELES SUPERIORESDE EMPAQUETAMIENTO
PRIMER NIVELDE EMPAQUETAMIENTO
Bucle
Andamio proteico
4.4 El ADN, portador de la información
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.
-Características de los 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