BIOQUIMICA Los Ácidos Nucléicos. S

BIOQUIMICA
Los Ácidos Nucléicos. Son grandes
moléculas formadas por la repetición de
una molécula unidad que es llama
NUCLEOTIDO. Los nucleótidos están
compuestos por tres moléculas:

Un azúcar pentosa (de 5 carbonos),
que puede ser Desoxiribosa (ADN)
o Ribosa (ARN).

Un grupo fosfato (ácido fosfórico).

Una base nitrogenada: Adenina
(A), Guanina (G), Citosina (C),
Timina (T), Uracilo (U).
Los ácidos nucléicos
están formados por
largas cadenas de
nucleótidos, enlazados
entre si por el grupo
fosfato.
Son
las
moléculas que tienen
la información genética de los organismos y son los responsables de la transmisión de
la herencia. Existen dos clases de ácidos nucléicos: ADN y 1ARN, que se diferencian
por el azúcar que llevan, y por las bases que contienen : ADN (A,G,C,T), ARN
(A,G,C,U). Estructuralmente, el ADN es de dos cadenas enlazadas en hélice y el ARN
es una cadena sencilla.
Lectura de la información genética para sintetizar proteínas. La trascripción y la
traducción son los medios por los
cuales las células leen o expresan las
instrucciones genéticas de sus genes.
Debido a que muchas copias
idénticas de ARN pueden ser hechas
a partir del mismo gen y a que cada
molécula de RNA puede dirigir la
síntesis de muchas moléculas
idénticas de proteína, las células
pueden sintetizar rápidamente una
gran cantidad de proteína cuando es
necesario. Pero cada gen también
puede ser trascrito y traducido con
una eficiencia diferente, permitiendo
a la célula hacer una vasta cantidad
de algunas proteínas y pequeñas cantidades de otras. Además, una célula puede
regular la expresión de cada uno de sus genes de acuerdo a sus necesidades
Trascripción. En un primer paso una célula toma para leer una parte de sus
instrucciones genéticas y hace una copia de una porción particular de su secuencia de
nucleótidos del ADN (llamada un gen) en una clase especial de ARN denominada
RNA mensajero (mARN). La información en el mRNA (ribosa, AGCU), aunque
copiada en otra forma química, esta escrita en esencia en el mismo lenguaje (el
lenguaje de nucleótidos) en el que estaba en el DNA (desoxiribosa, AGCT). De ahí su
nombre de trascripción.
Igual que el DNA, el RNA es un polímero lineal hecho de cuatro diferentes tipos de
subunidades de nucleótido unidas entre si por enlaces fosfodiéster. Este difiere
químicamente del DNA en 2 aspectos:
 Los nucleótidos en el RNA son ribonucleótidos, esto es, que contienen el
azúcar ribosa en vez de desoxirribosa.
 Aunque el RNA igual que el DNA contienen las bases nitrogenadas adenina
(A), guanina (G) y citosina (C), el RNA contiene la base uracilo (U) en vez de
la base timina (T) del DNA.
A pesar de estas pequeñas diferencias
químicas, el DNA y el RNA difieren
dramáticamente en la estructura global.
Mientras que el DNA existe en la célula
como dos hebras en hélice, el RNA es una
sola hebra. Las cadenas de RNA se pliegan
en una variedad de formas, y esta habilidad
de plegarse en formas 3-D complejas, le
permite a algunas moléculas de RNA tener
estructura y funciones catalíticas.
El proceso se inicia cuando unas enzimas desenrollan una sección de la doble hebra
helical de DNA y rompe los enlaces entre los pares de bases complementarias.
Después, una hebra complementaria de mRNA es sintetizada, usando como plantilla
una hebra de DNA. Por ejemplo: Si una hebra desenrollada de DNA se lee como
GATCAT, la secuencia complementaria de mRNA se leerá como CUAGUA.
Finalmente, después de que el mRNA complementario es sintetizado, la sección de
DNA es enrollada en su conformación original de doble hélice.
A diferencia del ADN, las moléculas de mARN pueden flotar y salir del núcleo hacia
el citoplasma a través de poros de la membrana nuclear. Durante este paso, el mARN
pasa a través de diferentes tipos de maduración, incluyendo uno llamado splicing, en
donde son eliminadas las secuencias no codificantes. Es en el citoplasma en donde
tiene lugar el segundo paso, la traducción.
Traducción. Una vez que un mARN ha sido producido por trascripción, la
información presente en su secuencia de nucleótidos es usada para sintetizar una
proteína. La conversión de la información del mARN en una proteína se denomina
traducción, porque la información en uno (el mARN con nucleótidos) y otra (la
proteína con aminoácidos) esta expresada en lenguajes diferentes que usan diferentes
símbolos. Más aun, hay solo 4 nucleótidos diferentes en el mARN (CGAU) y 20 tipos
U
C
A
U
UUU Phe
UUC
UUA Leu
UUG
CUU Leu
CUC
CUA
CUG
AUU Ile
AUC
AUA
AUG Met
GUU Val
GUC
GUA
GUG
C
UCU Ser
UCC
UCA
UCG
CCU Pro
CCC
CCA
CCG
ACU Thr
ACC
ACA
ACG
GCU Ala
GCC
GCA
GCG
A
UAU Tyr
UAC
UAA End
UAG End
CAU His
CAC
CAA Gln
CAG
AAU Asn
AAC
AAA Lys
AAG
GAU Asp
GAC
GAA Glu
GAG
G
UGU Cys
UGC
UGA End
UGG Trp
CGU Arg
CGC
CGA
CGG
AGU Ser
AGC
AGA Arg
AGG
GGU Gly
GGC
GGA
GGG
de aminoácidos en una proteína.
Esta traducción no se lleva a cabo
por una correspondencia 1 a 1
entre un nucleótido del mRNA y
un aminoácido de la proteína, sino
que es traducido siguiendo unas
reglas conocidas como el Código
Genético, el cual fue descifrado a
principios de la década de los 60s.
La secuencia de nucleótidos del
mRNA es leída en grupos de 3.
Solo hay 20 AA diferentes y 64
posibles (4x4x4) combinaciones
de 3 nucleótidos. Cada grupo de 3
nucleótidos en el mARN es llamado un Codón, y cada uno es específico para un
aminoácido o para una Parada (END).
G
La traducción se desarrolla siguiendo un proceso ordenado. Primero ocurre una
iniciación eficiente, luego sigue una elongación de la cadena y finalmente la
terminación de la traducción. Estos tres procesos requieren enzimas específicas,
algunas de las cuales están asociadas con el ribosoma.
Los ribosomas, las maquinas biológicas
que llevan a cabo la síntesis de proteínas,
se unen a los mRNA en el Codón de
inicio (AUG, Met), y se desplazan a lo
largo de la hebra del mRNA, leyendo la
secuencia de nucleótidos.
Los Codones de un mRNA no
reconocen
directamente
los
aminoácidos. La traducción del
mRNA en una proteína depende de
moléculas adaptadoras que pueden
reconocer y unir tanto al Codón por
un lado y a un aminoácido por otro
lado.
Este adaptador se conoce como ARN
de transferencia o t-ARN. Una de
estas regiones del t-ARN forma el
Anticodón, el cual tiene una tripleta
de nucleótidos complementarios con
el Codón del mRNA. La otra región
es una hebra corta en el extremo 3’
de la molécula que es donde el
aminoácido es unido al tRNA.
El proceso lo podemos resumir así:
1. La síntesis se realiza del extremo amino al carboxilo de la proteína.
2. Los ribosomas leen el mRNA de 5’ a 3’.
3. Más de un ribosoma puede unirse al mRNA para leerlo.
4. La elongación de la cadena ocurre por la adición de aminoácidos al extremo
carboxilo de la cadena peptídica unida al ribosoma.
Plegamiento de Proteínas. El proceso de expresión del gen no termina cuando el
código genético ha sido usado para crear la secuencia de aminoácidos que constituyen
la proteína. Para que sea útil a la célula, esta nueva cadena polipeptídica se debe
plegar en una conformación 3-D apropiada, unirse a cofactores pequeños requeridos
para su actividad, ser apropiadamente modificada por proteín-quinazas u otras
enzimas modificadoras y ensamblarse correctamente con otras subunidades proteicas
con las cuales funciona.
La información necesaria para los pasos de maduración de la proteína antes
mencionados está en la secuencia leída por el ribosoma en el mRNA. Cuando una
proteína se pliega en una estructura compacta, esconde la mayoría de sus residuos
hidrofóbicos en su interior. Además, se forman una gran cantidad de interacciones nocovalentes entre varias partes de la molécula. La suma de todos estos arreglos
energéticamente favorecidos son los que determinan el patrón de plegamiento de la
cadena polipeptídica.
El plegamiento de muchas proteínas es llevada a cabo mas eficientemente por una
clase especial de proteínas llamadas chaperonas moleculares. En el paso final de la
síntesis de proteínas, dos tipos característicos de chaperonas moleculares guían el
plegamiento de las cadenas polipeptídicas: hsp60 y hsp70 (heat shock protein); estas
reconocen los segmentos hidrofóbicos y previenen la agregación de moléculas, lo cual
podría competir con el proceso de plegamiento.
Estructura 3-D de las Proteínas.
3. Niveles de estructura en proteínas






Estructura 1ª. > Secuencia de a.a. (Ptes. S-S)
Estructura 2ª. > Arreglo 3-D local (no cadena lateral)
Super-2ª. (motif) > Asoc. Elementos 2ª. (cad. Lateral)
Dominio > Asoc. Estr. Orden mas bajo
Estructura 3ª. > Arreglo 3-D total
Estructura 4ª. > Asoc. Subunidades > función
____La formación del ARNm comienza en el núcleo con la separación, en una
porción de su longitud, de las 2 cadenas que forman la molécula de ADN. Cada
triplete, es decir, cada secuencia de 3 bases en la cadena de ADN, codifica para
uno de los 20 aminoácidos constituyentes de las proteínas.
Transcripcion
Una de las 2 cadenas que forman la molécula de ADN actúa como plantilla o
molde para producir una molécula de ARNm. En este proceso, que recibe el
nombre de transcripción, los nucleótidos de ARN, que se encuentran libres en el
núcleo celular, se emparejan con las bases complementarias de la cadena modelo
de ADN. El ARN contiene uracilo (U) en lugar de timina (T) como una de sus
cuatro bases nitrogenadas. Las bases de ARN se emparejan con las bases del
ADN de la siguiente manera: el uracilo (U) del ARN se empareja con la adenina
(A) de la cadena de ADN, la adenina del ARN se empareja con la timina (T) del
ADN y la citosina se empareja con la guanina. Una vez que los nucleótidos de
ARN se han emparejado con las bases del ADN, los nucleótidos adyacentes se
unen entre sí para formar la cadena precursora del ARNm.
Arn al ribosoma:
Una vez formado el ARN maduro o funcional, sin intrones, sale del núcleo
celular y se acopla, en el citoplasma, a unos orgánulos celulares que reciben el
nombre de ribosomas. La síntesis proteica tiene lugar en los ribosomas.
Y lo que continua:
Dispersos por el citoplasma hay diferentes tipos de ARN de transferencia
(ARNt), cada uno de los cuales se combina específicamente con uno de los 20
aminoácidos que constituyen las proteínas. Uno de los extremos de la molécula
de ARNt se une a un aminoácido específico que viene determinado por el
anticodón presente en el otro extremo del ARNt. Un anticodón es una secuencia
de 3 bases complementaria con la secuencia del codón del ARNm que codifica
para ese aminoácido.
__________dentro del núcleo --_________________________________
_________________ Fuera del núcleo________________________
Traducción: El ARN de transferencia, que lleva unido el aminoácido, se dirige
hacia el complejo formado por el ARNm y el ribosoma. El anticodón del ARNt se
empareja con el codón presente en el ARNm. La secuencia de bases del codón
codifica para el aminoácido concreto que transporta el ARNt. Un segundo ARNt
se une a este complejo. El primer ARNt transfiere su aminoácido al segundo
ARNt antes de separarse del ribosoma. El segundo ARNt lleva ahora 2
aminoácidos unidos que constituyen el inicio de la cadena polipeptídica. Después,
el ribosoma mueve la cadena de ARNm de manera que el siguiente codón de
ARNm está disponible para unirse a un nuevo ARN de transferencia.
Y lo que sigue:
El ribosoma continúa desplazando la cadena de ARNm hasta que se termina de
formar la cadena polipeptídica. La síntesis de esta cadena se detiene cuando el
ribosoma llega a un codón de ARNm conocido como codón de parada.
Fin:
El ribosoma continúa desplazando la cadena de ARNm hasta que se termina de
formar la cadena polipeptídica. La síntesis de esta cadena se detiene cuando el
ribosoma llega a un codón de ARNm conocido como codón de parada.