TEMA 5.- ÁCIDOS NUCLEICOS 5.1.-Nucleótidos

 TEMA 5.- ÁCIDOS NUCLEICOS
Los ácidos nucleicos son grandes moléculas constituidas por la unión de monómeros llamados
nucleótidos. Los ácidos nucleicos son el ADN y el ARN.
5.1.-Nucleótidos
Los nucleótidos son moléculas que se pueden presentar libres en la naturaleza o
polimerizados, formando los ácidos nucleicos. También pueden formar parte de otras
moléculas que no son ácidos nucleicos como moléculas portadoras de energía o coenzimas.
Los nucleótidos están formados por una base nitrogenada, un azúcar y un ácido fosfórico.
A)
Bases nitrogenadas Son sustancias derivadas de dos compuestos químicos: la purina y
la pirimidina. Las que derivan de la purina son las bases púricas, existen dos bases
púricas, adenina (A) y guanina (G)​
. Las que derivan de la pirimidina se llaman
pirimidínicas​
son la​
citosin a (C), timina (T) y uracilo (U).
Azúcar.-​
El azúcar puede ser ribosa o desoxirribosa que en los nucleótidos se encuentra en
forma de furanosas.
Nucleósidos.-​
El azúcar y la base nitrogenada se unen entre sí formando un nucleósido.
Los Nucleótidos se forman por la unión de un ácido fosfórico a un nucleósido mediante un
enlace fosfoéster entre el OH del ácido fosfórico y el OH situado en el carbono 5 del
azúcar, con formación de una molécula de agua.
Según que el azúcar sea ribosa o desoxirribosa tendremos ribonucleótidos y
desoxirribonucleótidos.
Nucleótidos que intervienen en​
las transformaciones de energía
Son moléculas que captan o desprenden energía. Los más importantes son el ATP y el ADP que
actúan de la siguiente forma:
El ATP desprende energía cuando se hidroliza transformándose en ADP más fosfato
inorgánico. Por el contrario el ADP almacena energía cuando reacciona con el fosfato y se
transforma en ATP y agua. De esta forma se transporta la energía de reacciones exergónicas
a endergónicas.
5.2.- Ácido desoxirribonucleico (ADN)
Podemos distinguir tres niveles estructurales:
∙ Estructura 1ª: secuencia de nucleótidos.
∙ Estructura 2ª: la secuencia de nucleótidos forma una doble hélice.
∙ Estructura 3ª: el ADN se organiza para formar la cromatina .
Estructura 1ª​
.-​
Es la secuencia de nucleótidos de una cadena o hebra. Viene
determinada por el orden de los nucleótidos de la hebra o cadena de la molécula. Los
nucleótidos se unen mediante enlace fosfoéster, que se forma entre el OH del ácido
fosfórico de un nucleótido y el carbono 3 del azúcar de otro nucleótido con la
formación de una molécula de agua.
En las cadenas de polinucleótidos el OH libre del fosfato será el extremo 5‛ y el OH libre del
C3 será el extremo 3‛. Por lo tanto habrá cadenas en sentido 5‛
3‛ y otras en
sentido 3‛
5‛.
Para indicar la secuencia de una cadena de ADN se hace indicando el nombre de las bases en
su orden correcto y los extremos 5‛ y 3‛ de la cadena.
5‛- ACCCGAATCTGACTTGGGAGCTAATTCCATTCGC -3‛
La posibilidad de combinar cuatro nucleótidos diferentes y la gran longitud determina que el
ADN pueda contener el mensaje biológico o información genética y explica la diversidad del
mensaje genético de todos los seres vivos.
Estructura 2ª: modelo de Watson y Crick
A finales de los años 40​
Erwin​
Chargaff​
y colaboradores estudiaron los componentes del
ADN y obtuvieron los siguientes resultados:
– La proporción de A es igual que la de T (A=T) y la proporción de C es igual
que la de G (C=G).
– La proporción de las bases púricas es igual a la de bases pirimidínicas
(A+G=T+C).
– La proporción entre A+T y C+G es diferente en cada especie, esto indica que
el contenido de nucleótidos no es al azar, hay variabilidad
Posteriormente​
por difracción de rayos X, Franklin y Wilkins​
observaron una estructura
fibrilar de 20 A (Amstrongs) de diámetro, con repeticiones cada 3,4 A.
Watson y Crick​
postularon en 1953 un modelo tridimensional para la molécula de ADN
que coincidía con los datos anteriores, el modelo de doble hélice, este modelo además
de explicar cómo era el ADN, sugería los mecanismos que explicaban su función
biológica y la forma de replicarse.
Según este modelo en doble hélice:
∙
∙
∙
∙
∙
∙
La molécula de ADN está formada por dos cadenas de polinucleótidos que se enrollan
entre sí alrededor de un eje imaginario formando una doble hélice que tendrá 20Å de
diámetro. Esta disposición la adoptan los esqueletos de desoxirribosa-fosfato de
ambas cadenas, dejando en el interior las bases.
Las dos cadenas se unen mediante puentes de hidrógeno entre las bases de una cadena
y las bases de la otra, las bases quedarán enfrentadas y formarán un plano que se
conoce como par de bases (PB). Estas uniones no son al azar, la T se une a la A
mediante dos puentes de hidrógeno y la C a la G por tres puentes de hidrógeno.
El enrollamiento de la cadena es dextrógiro (hacia la derecha)
Los planos que forman las bases se disponen perpendicularmente al eje de la cadena.
Las dos cadenas son antiparalelas (una va de 5´--3´ y la otra de 3´--5´) y
complementarias (como las uniones entre bases siempre es igual, si tenemos una hebra
podremos saber el orden de la otra).
La longitud de la cadena es variable pero en general es enorme en relación a su tamaño
Propiedades de la estructura 2ª del ADN
Desnaturalización
Cuando una disolución de ADN se calienta o se altera las condiciones de pH, las cadenas se
separan, ya que se rompen los enlaces de hidrógeno que unen las bases y el ADN se
desnaturaliza. La temperatura de desnaturalización depende de las bases, a mayor proporción
de C-G mayor temperatura, ya que se aparean por tres puentes de hidrógeno.
Si se reestablecen las condiciones originales el ADN se renaturaliza y ambas cadenas se unen
de nuevo. Por lo que la desnaturalización del ADN a diferencia de la de las proteínas es
reversible.
Técnicas de hibridación
Igual que dos hebras de un mismo ADN se pueden renaturalizar lo pueden hacer dos hebras
de ADN de distinta procedencia.
Así se pueden obtener moléculas híbridas de ADN o ARN, siempre que exista
complementariedad de bases.
El grado de renaturalización dependerá del grado de parentesco que existe entre las dos
especies. La hibridación se utiliza para diferentes utilidades de ingeniería genética, como
detectar secuencias complementarias, localizar genes y detectar enfermedades.
Estructura Terciaria del ADN
Estructura terciaria en procariotas​
: El ADN de procariotas, mitocondrias y cloroplastos
está formado, generalmente, por una doble hélice circular, esta molécula se une a un
pequeño número de proteínas que le ayudan a plegarse y retorcerse para formar una
superhélice en forma de ochos que reducen mucho su tamaño. Este empaquetamiento se
conoce como ADN superenrollado.
En las células eucariotas, el ADN presenta diferentes niveles de empaquetamiento
gracias a su unión con las histonas:
a) Primer nivel o fibra de cromatina de 11 nm.- llamado “​
collar de perlas”.​
Formada
por la doble hélice asociada a partículas llamadas nucleosomas
b) Segundo nivel de empaquetamiento o fibra de cromatina de 30 nm, también
llamado solenoide,​
formada por el enrollamiento sobre si misma de la fibra de 11
nm condensada
c) Tercer nivel de empaquetamiento o dominios en forma de bucle que se
enrollan sobre si mismos dando lugar a supersolenoides ,espirales o rosetas
que en niveles superiores darán lugar al cromosoma
(​
graficos el mundo)
Función biológica del ADN
Como ya se ha comentado, la molécula de ADN contiene toda la información para construir a
los organismos, esto es posible porque la secuencia de bases se puede traducir a una
secuencia de aa para formar proteínas, responsables de toda la actividad de la célula.
Además, es capaz de realizar copias de sí misma para transmitir su información a las células
hijas, esto se hace gracias a la complementariedad de las bases.
Si la secuencia se modifica (mutación) el organismo sufrirá cambios que se transmitirán de
generación en generación, permitiendo así la evolución de las especies.
Hay que diferenciar entre lal ongitud de la cadena y la complejidad evolutiva de los
organismos que forma que no siempre se cumple esta relación, muchas especies de anfibios
tienen mayor contenido genético que los mamíferos y en general las plantas son las que tienen
mayor cantidad de ADN.
5.3.- Ácido Ribonucleico (ARN)
El ARN está formado por la unión de nucleótidos formados por ribosa, bases nitrogenadas que
son adenina, Guanina, citosina y uracilo. A diferencia del ADN no presenta timina y el azúcar
es ribosa.
Los nucleótidos se unen en dirección 5‛
3‛
En la mayor parte de los organismos el ARN es monocatenario, excepto en los virus que lo
pueden presentar monocatenario o bicatenario. Sin embargo los ARN monocatenarios pueden
presentar zonas de doble hélice que se denominan horquillas y bucles (regiones no
complementarias). Existen cuatro tipos de ARN diferentes con distinta estructura y función:
a)
ARN mensajero (ARNm)
Formado por una cadena de polinucleótidos lineal, corta y monocatenaria (estructura
primaria) de tamaño variable. Constituye entre el 2 y el 5% del total de ARN y se trata de
una copia complementaria de un segmento de una de las dos hebras del ADN (transcripción).
Las secuencias copiadas corresponden a genes que tendrán la información necesaria para
sintetizar una proteína.
El ARNm se sintetiza en el núcleo y saldrá al citoplasma para unirse a los ribosomas
que serán los responsables de pasar la secuencia de nucleótidos a una secuencia de
aminoácidos
b)ARN ribosómico (ARNr)
Es el ARN que forma los ribosomas y constituye hasta el 80% del total del ARN de una célula.
Las moléculas de ARNr son largas y monocatenarias, aunque presentan regiones de doble
cadena por el apareamiento de las bases.
También se le denomina ARN estructural, ya que se asocia a proteínas y forma los ribosomas.
Tienen lugares de unión para los ARNm
c) ARN transferente (ARNt)
Es un ARN lineal, en él se observan tramos de doble hélice intracatenaria, entre las bases
complementarias dentro de una misma cadena mediante puentes de hidrógeno. Presenta
además de las bases A, C, G y U otros nucleótidos con bases modificadas que generan bucles.
La función del ARNt consiste en llevar un aminoácido específico al ribosoma. En él se une a la
secuencia complementaria del ARNm, mediante el anticodon. A la vez, transfiere el
aminoácido correspondiente a la secuencia de aminoácidos que está formándose en el
ribosoma.