ácidos nucleicos - Telesforo Zabala

BLOQUE I: LAS MOLÉCULAS DE LA VIDA
BIOLOGÍA
COLEGIO ECOS
2º BACHILLERATO
ÁCIDOS NUCLEICOS
1.-
Concepto e importancia biológica.
2.-
Nucleótidos. Enlace fosfodiéster. Funciones de los
nucleótidos.
3.-
Tipos de ácidos nucleicos. Estructura. Localización.
Funciones.
4.-
Bibliografía.
5.- Preguntas selectividad.
Arquitectura del ADN
Base físico-química
Ácidos nucleicos
Página 1 de 9
BLOQUE I: LAS MOLÉCULAS DE LA VIDA
BIOLOGÍA
COLEGIO ECOS
2º BACHILLERATO
1.- Concepto e importancia.
Todos los organismos poseen unas moléculas que dirigen y controlan la síntesis de sus proteínas,
proporcionando la información que determina su especificidad y características biológicas. Estas moléculas, que
reciben el nombre de ácidos nucleicos, contienen las instrucciones necesarias para realizar los procesos vitales y
son las responsables de todas las funciones básicas de los seres vivos.
Los ácidos nucleicos (el ADN y el ARN) son macromoléculas biológicas formadas por la unión de
muchos monómeros denominados nucleótidos. Son las encargadas de almacenar, transmitir y expresar la
información genética.
2.- Nucleótidos. Enlace fosfodiéster. Funciones de los nucleótidos.
Los nucleótidos son las unidades monómeras
que forman los ácidos nucleicos. Se trata de una
molécula relativamente compleja, compuesta por la
unión de tres componentes característicos: un
monosacárido (una pentosa), una base nitrogenada y
uno o más grupos fosfatos. Tanto la base nitrogenada
como los grupos fosfato se encuentran unidos a la
pentosa.
La pentosa siempre es una aldopentosa, ya sea
ribosa, y en este caso el nucleótido se denomina
ribonucleótido, o desoxirribosa, constituyente de los
desoxirribonucleótidos.
La base nitrogenada presenta una estructura cíclica que contiene carbono, nitrógeno, hidrógeno y oxígeno.
Puede ser de dos tipos: púrica, derivada de la purina (dos anillos), o pirimidínica, derivada del anillo de la
pirimidina (un anillo).
La presencia de los átomos de nitrógeno comunica, en ambos casos, carácter básico a estos compuestos.
La existencia de distintos radicales hace que puedan aparecer varias bases nitrogenadas; concretamente, las
presentes en los ácidos nucleicos son dos bases derivadas de la purina, la adenina (A) y la guanina (G), y tres
derivadas de la pirimidina, la citosina (C), la timina (T) y el uracilo (U).
Base físico-química
Ácidos nucleicos
Página 2 de 9
BLOQUE I: LAS MOLÉCULAS DE LA VIDA
BIOLOGÍA
COLEGIO ECOS
2º BACHILLERATO
La porción constituida por la pentosa y la base nitrogenada se denomina nucleósido. En su constitución, el
átomo de carbono C-1’ de la pentosa se une al nitrógeno N-1 de la pirimidina o al N-9 de la purina, liberándose una
molécula de agua. El enlace resultante es de tipo N-glucosídico.
La unión de un nucleósido con una molécula de ácido fosfórico, da lugar a un nucleótido. El grupo fosfato le
confiere cierto carácter ácido al compuesto. El enlace éster se produce, generalmente, entre el grupo hidroxilo del
C-5’ de la pentosa y el ácido fosfórico liberándose una molécula de agua.
Enlace fosfodiéster.
La existencia de grupos hidroxilo, tanto en la pentosa como en el fosfato, permite la unión de los
nucleótidos mediante la formación de enlaces covalentes entre ambos grupos.
La unión es una esterificación que se realiza entre
el grupo fosfato situado en el carbono 5’ de un
nucleótido y el grupo hidroxilo (-OH) que se encuentra
en el carbono 3’ de otro nucleótido.
Se trata de una condensación en la que se obtiene
un compuesto denominado dinucleótido y se libera
una molécula de agua. El nuevo enlace, de tipo éster
fosfórico – fosfodiéster –, se denomina enlace
nucleotídico. La hidrólisis del dinucleótido libera dos
nucleótidos.
Base físico-química
Ácidos nucleicos
Página 3 de 9
BLOQUE I: LAS MOLÉCULAS DE LA VIDA
BIOLOGÍA
COLEGIO ECOS
2º BACHILLERATO
Dado que existen aún más grupos hidroxilo libres, el dinucleótido se puede unir a más nucleótidos dando
lugar a largas cadenas de nucleótidos que constituyen los ácidos nucleicos o polinucleótidos: moléculas
gigantescas con elevado peso molecular. La reacción de polimerización está catalizada por la enzima ADN
polimerasa.
Como la unión entre los nucleótidos se
produce entre pentosas y fosfatos, las bases
nitrogenadas no participan en los enlaces. Se
establecen, por tanto, largas cadenas sin
ramificar formadas por la secuencia pentosafosfato-pentosa-fosfato..., en la que las bases
nitrogenadas quedan “colgando” lateralmente
de las pentosas. La secuencia de estas
bases nitrogenadas es la que proporciona la
especificidad a una cadena polinucleotídica
determinada.
En todos los polinucleótidos existe un
extremo, denominado extremo 3’, con una
pentosa con el grupo –OH del carbono 3’ libre, y otro extremo, llamado extremo 5’, donde se localiza un grupo
fosfato libre unido al carbono 5’ de otra pentosa. Es decir, ambos extremos son distintos.
Funciones de los nucleótidos.
Los nucleótidos, además de constituir los ácidos nucleicos – nucleótidos nucleicos –, son moléculas que
poseen un gran interés biológico por las funciones que llevan a cabo y que no están directamente relacionadas
con la formación de ácidos nucleicos – nucleótidos no nucleicos –:
Moléculas acumuladoras y donantes de energía.
Ciertas reacciones bioquímicas propias de los seres vivos tienen como finalidad la producción de energía.
Algunos nucleótidos (fundamentalmente de adenosina y, en menor medida, también de guanosina) con
más de un grupo fosfato desempeñan esta función.
Cuando existe energía disponible, una molécula de adenosín difosfato (ADP) la emplea en unir un tercer
grupo fosfato a los otros dos para obtener adenosín trifosfato (ATP).
El enlace así constituido es altamente energético, luego la rotura de este enlace liberará gran cantidad de
energía.
Todas las células utilizan como combustible el adenosín trifosfato (ATP). Menos conocido es el hecho de
que el ATP constituye una molécula señalizadora crucial, que permite la conexión entre células y tejidos
de cualquier organismo [INVESTIGACIÓN y CIENCIA, febrero, 2010].
Moléculas con función coenzimática.
Ciertos dinucleótidos intervienen como coenzimas (moléculas orgánicas no proteicas que intervienen en
las reacciones catalizadas por enzimas). Es el caso de:
a)
Nicotinamín adenín dinucleótido (NAD+).
b)
Nicotinamín adenín dinucleótido fosfato (NADP+).
c)
Flavín adenín dinucleótido (FAD).
Las tres coenzimas participan en reacciones de deshidrogenación. Toman protones (H+) y electrones (e-)
de algunas moléculas y quedan como NADH, NADPH y FADH2, respectivamente. Estas coenzimas, en
estado reducido, pueden ceder fácilmente electrones y protones a otras moléculas.
Adenosín monofosfato cíclico (AMPc).
Base físico-química
Ácidos nucleicos
Página 4 de 9
BLOQUE I: LAS MOLÉCULAS DE LA VIDA
BIOLOGÍA
COLEGIO ECOS
2º BACHILLERATO
Permite la ejecución de varios procesos bioquímicos que, en última instancia, originan la respuesta celular.
Actúa así como mediador entre la información externa y la respuesta final. Por esta razón, también se
denomina segundo mensajero.
3.-
Tipos de ácidos nucleicos.
Existen dos tipos de ácidos nucleicos: el ADN y el ARN.
3.1.- Ácido desoxirribonucleico (ADN).
El ADN está formado por la unión de desoxirribonucleótidos. En cuanto a las bases nitrogenadas
pueden ser adenina, guanina, timina y citosina, pero nunca uracilo.
Suele estar constituido por dos cadenas polinucleotídicas unidas entre sí en toda su longitud. Esta
doble cadena puede disponerse en forma lineal (ADN del núcleo de las células eucariotas) o en forma
circular (ADN de las células procariotas, de ciertos virus y de algunos orgánulos citoplasmáticos de las
células eucariotas: cloroplastos y mitocondrias).
La molécula de ADN porta la información necesaria para el desarrollo de las características
biológicas de un individuo y contiene los mensajes e instrucciones para que las células realicen sus
funciones.
 ESTRUCTURA DEL ADN.
El ADN es una molécula altamente estructurada en la que se distinguen varios niveles de
complejidad:
I.
Estructura primaria.
Está formada por la secuencia de desoxirribonucleótidos, unidos por enlaces fosfodiéster,
en cuyo extremo 5’ de la cadena existe un fosfato y en el extremo 3’ un –OH libre. La diferencia
entre las moléculas de ADN de los distintos organismos radica únicamente en el orden de las
bases nitrogenadas que cuelgan de las pentosas.
II.
Estructura secundaria.
A partir de diversos estudios, en 1953, J. Watson y
F. Crick elaboraron un modelo de estructura
tridimensional del ADN, con las siguientes
características:
El ADN está constituido por dos cadenas
polinucleotídicas – enlaces fosfodiéster – unidas
entre sí – puentes de hidrógeno – en toda su
longitud.
Las cadenas están enrolladas en espiral formando
una doble hélice alrededor de un eje imaginario.
Las bases nitrogenadas quedan en el interior de la
doble hélice, mientras que los esqueletos pentosafosfato se sitúan en la parte externa.
Los planos de las bases nitrogenadas enfrentadas
son paralelos entre sí y perpendiculares al eje de la
hélice.
Base físico-química
Ácidos nucleicos
Página 5 de 9
BLOQUE I: LAS MOLÉCULAS DE LA VIDA
BIOLOGÍA
COLEGIO ECOS
2º BACHILLERATO
La doble hélice es dextrógira, es decir, su enrollamiento gira en el sentido de las agujas del
reloj.
El enrollamiento de la doble hélice posee cierto carácter plectonémico, es decir, las
cadenas no se pueden separar sin desenrollarlas.
La anchura de la hélice es de 2 nm, la longitud de cada vuelta es de 3,4 nm y cada 0,34
nm se muestra un par de bases complementarias. Existen, por tanto, 10 pares de
nucleótidos por cada vuelta.
Las dos cadenas son antiparalelas, lo que significa que el extremo 3’ de una de ellas se
enfrenta al extremo 5’ de la otra. Sus puentes fosfodiéster 3’,5’-internucleotídicos van en
direcciones opuestas.
La unión entre las cadenas se realiza por medio de puentes de hidrógeno entre las bases
de ambas: A=T; GΞC. Resulta evidente que las dos cadenas no son idénticas, sino
complementarias, ya que una de ellas tiene la secuencia de bases complementaria de la
otra.
[...La estructura descrita corresponde a la denominada
forma B de la doble hélice del ADN; sin embargo se
conocen otros dos tipos: forma A y forma Z...]
III.
Estructura terciaria.
La estructura en doble hélice sufre nuevos plegamientos
que dan lugar a un tercer nivel estructural más complejo y el
cual todavía no ha sido elucidado, aunque se sabe que existen
proteínas asociadas al ADN que organizan la estructura. Como
resultado final, el ADN aparece constituyendo la cromatina o
los cromosomas.
3.2.- Ácido ribonucleico (ARN).
El ARN es un polinucleótido simple no ramificado compuesto por una serie de nucleótidos unidos por
enlaces éster fosfóricos. Difiere del ADN en que la pentosa de los nucleótidos constituyentes es la ribosa,
en lugar de la desoxirribosa, y en que en las cuatro bases nitrogenadas mayoritarias presentes aparece
uracilo en lugar de timina.
Las cadenas de ARN son más cortas que las de ADN y pueden aparecer tanto en el núcleo (células
eucariotas) como en el citoplasma celular (células eucariotas y procariotas) y en ciertos orgánulos de la
célula eucariota (mitocondrias, cloroplastos y ribosomas).
El ARN está constituido por una única cadena. Además, es la molécula encargada de sintetizar las
proteínas específicas de un organismo realizando el mensaje genético codificado por el ADN.
Existen varios tipos de ARN con la misma composición química, pero distinta estructura y función.
Destacamos:
1. ARN mensajero (ARNm).
Es una copia lineal de hebra única, monocatenaria, de una parte del ADN que será utilizada por
los ribosomas como información para poder unir los aminoácidos en el orden adecuado y constituir
una proteína concreta. Es decir, traslada la información genética del ADN al citoplasma para la
síntesis de proteínas.
Las cadenas de ARN mensajero tienen una vida muy corta, ya que si no fueran destruidas la
síntesis proteica se prolongaría indefinidamente originándose una superproducción de proteínas.
Constituye, aproximadamente, entre el 3 y el 5% del total del ARN celular.
Base físico-química
Ácidos nucleicos
Página 6 de 9
BLOQUE I: LAS MOLÉCULAS DE LA VIDA
BIOLOGÍA
COLEGIO ECOS
2º BACHILLERATO
2. ARN ribosómico (ARNr).
Se sintetiza en el nucleolo y se transporta asociado a proteínas al citoplasma. Forma parte de los
ribosomas y participa, por tanto, en el proceso de unión de los aminoácidos para sintetizar las
proteínas.
Presenta una estructura monocatenaria con regiones de apareamiento interno.
Existen varias cadenas distintas de ARN ribosómico, que se diferencian por su coeficiente de
sedimentación.
El ARN ribosómico es el tipo más abundante del ARN celular total (80-85%).
3. ARN transferente (ARNt).
Se encarga de transportar los aminoácidos presentes en el citoplasma hasta los ribosomas,
donde se unirán para constituir las proteínas. Cada molécula de ARN transferente transporta un
aminoácido específico. Esto es debido a una secuencia de bases nitrogenadas, denominada
anticodón, que varía entre los distintos ARN transferentes. Existen hasta 50 tipos de ARN
transferente diferentes, pero todos con características similares: poseen una estructura secundaria
en la que existen tramos de doble cadena, por emparejamiento intracatenario. Estos tramos se
denominan brazos y hay cuatro en cada molécula, aunque también puede aparecer un quinto brazo
más corto que los otros. En los extremos de los brazos existen zonas sin emparejar que componen
los llamados bucles.
- En el extremo 5’ hay un triplete de bases nitrogenadas en el que siempre existe guanina y un
ácido fosfórico libre.
- El extremo 3’ de la
cadena tiene siempre la
secuencia de bases CCA,
siendo este el lugar por
donde el ARN transferente
se une al aminoácido que
va a ser transportado.
- En el brazo A existe un
triplete de bases
nitrogenadas diferente para
cada ARN transferente en
función del aminoácido que
va a transportar. A este
triplete se le denomina
anticodón y es
complementario del
correspondiente triplete
codón del ARN mensajero.
- El brazo T, es el lugar
por donde se fija al
ribosoma.
- El brazo D, constituye
la zona por donde se une la
enzima que cataliza su unión con el aminoácido.
La estructura extendida del ARN transferente tiene forma de “hoja de trébol”, aunque en realidad
los brazos se disponen plegados, constituyendo una estructura de “boomerang”.
El ARN transferente constituye, aproximadamente, el 10% del ARN celular total.
Base físico-química
Ácidos nucleicos
Página 7 de 9
BLOQUE I: LAS MOLÉCULAS DE LA VIDA
BIOLOGÍA
COLEGIO ECOS
2º BACHILLERATO
4. ARN nucleolar (ARNn).
Se localiza en el núcleo, unido a diferentes proteínas constituyendo el nucléolo. Posee una gran
variedad de tamaños. Se origina en el núcleo a partir de diferentes segmentos del ADN
(organizadores nucleares). Una vez formado, se fragmenta y da lugar a los diferentes ARN
ribosómicos.
ADN
Almacenamiento de la información, disponible en
cualquier momento. Se encarga de transmitir la
información de generación en generación.
ARN
Considerado generalmente, como el intermediario entre la
información almacenada en la secuencia de nucleótidos
del ADN y las proteínas.
En comparación con el ADN es muy fácilmente
Presenta una mayor estabilidad que el ARN. Forma
degradado por enzimas lo que le confiere poca
cadenas dobles (bicatenario) que adopta una morfología
estabilidad. Se presenta en forma de una sola cadena
de hélice
(monocatenario).
Se localiza, en le célula eucariota, en el citoplasma
Se localiza, en la célula eucariota, en el núcleo y algo en
(ARNm, ARNr y ARNt) aunque también aparece en el
las mitocondrias y cloroplastos.
núcleo el ARNm y el ARNr.
El azúcar que lo constituye es la pentosa desoxirribosa
El azúcar que lo constituye es la pentosa ribosa que
que carece de un oxígeno en el carbono 2, de ahí el
posee un OH en el carbono 2.
nombre de ácido.
Bases nitrogenadas
Bases Nitrogenadas
Purinas: Adenina, Guanina.
Purinas: Adenina, Guanina.
Pirimidinas: Timina, Citosina.
Pirimidinas: Uracilo, Citosina.
Diferencias entre ADN y ARN
4.-
5.-
Bibliografía.

J. ALCAMÍ y colaboradores. “BIOLOGÍA 2”. Editorial SM. 2003.

CARLOS PULIDO y colaboradores. “BIOLOGÍA 2”. Editorial ANAYA. 2003.

JULIA MANSO y colaboradores. “BIOLOGÍA 2”. Editorial EDELVIVES. 2003.

MIGUEL SANZ y colaboradores. “BIOLOGÍA 2”. Editorial OXFORD. 1999.

STRYER. “BIOQUÍMICA”. Editorial REVERTÉ. 1995.

A. LEHNINGER. “BIOQUÍMICA”. Ediciones Omega, S. A. 1978.
Preguntas selectividad.
1.- Describa las funciones más relevantes de los nucleótidos. Cite un ejemplo de nucleótido que participe en cada
una de ellas.
2.- En relación con los ácidos nucleicos, indique: ¿Cuáles son los componentes de un nucleótido? ¿Cuáles son las
bases nitrogenadas derivadas de la purina? ¿Y de la pirimidina? ¿Qué bases nitrogenadas entran a formar parte en
la composición del RNA y del DNA? ¿Qué tipo de enlaces soportan la estructura de los ácidos nucleicos?
3.- El análisis del ácido nucleico de un virus ha dado los siguientes resultados: A 24%, G 31%, T 33% y C 12%.
¿Qué conclusiones se pueden obtener acerca del tipo de ácido nucleico del virus? Razone la respuesta.
Base físico-química
Ácidos nucleicos
Página 8 de 9
BLOQUE I: LAS MOLÉCULAS DE LA VIDA
BIOLOGÍA
COLEGIO ECOS
2º BACHILLERATO
4.- Describa de forma detallada la composición y estructura general de los nucleótidos y enumere tres de sus
funciones biológicas.
5.- En relación con la figura adjunta, conteste las siguientes cuestiones:
a).- ¿Qué macromolécula representa la figura? ¿Qué tipos de monómeros la forman y cuáles son los componentes
de los mismos? Nombre los enlaces que se establecen entre los monómeros.
b).- Describa la estructura secundaria de esta macromolécula.
6.- Describa la fórmula general de los nucleótidos que forman los ácidos nucleicos y cite las diferencias básicas de
composición química entre los nucleótidos del ARN y del ADN.
Base físico-química
Ácidos nucleicos
Página 9 de 9