biomoleculas acidos nucleicos ulare 2006

Biomoléculas
Ácidos nucleicos
Prof: Ana Vallejo G.
Características generales

Los ácidos nucleicos fueron descubiertos
por Freidrich Miescher en 1869. .
Hay 2 tipos de ácidos nucleicos (AN):
 el ácido desoxirribonucleico (DNA)
 ácido ribonucleico (RNA)
 están presentes en todas las células.

Estructura química

Los AN son polímeros lineales en los que la
unidad repetitiva, llamada nucleótido
nucleótidos






Cada nucleótido está constituído por:
(1) una pentosa (la ribosa o la desoxirribosa),
(2) ácido fosfórico y
(3) una base nitrogenada (purina o pirimidina).
La unión de la pentosa con una base constituye
un nucleósido . La unión mediante un enlace
éster entre el nucleósido y el ácido fosfórico da
lugar al nucleótido.
NH2
N
N
O
-
O P O CH2
O-
N
O
H
H
OH
OH
N
H
Pentosa
Fosfato
Base
Nucleósido
Nucleótido
Estructura del nucleótido
Purinas
6
1
Pirimidinas
4
7
5
N
N
3
8
2
N
3
4
NH
9
5
N
2
6
N
1
NH2
N
N
N
NH
Adenina: 6-amino purina
O
N
HN
H2N
N
NH
Guanina: 2-amino 6-oxo purina
NH2
Citosina:
2-oxo 4-amino
pirimidina
N
O
N
O
Uracilo:
2,4-dioxo
pirimidina
HN
O
N
O
CH3
HN
O
N
Timina:
2,4-dioxo
5-metil
pirimidina





El DNA y el RNA se diferencian porque:
el peso molecular del DNA es generalmente
mayor que el del RNA
el azúcar del RNA es ribosa, y el del DNA es
desoxirribosa
el RNA contiene la base nitrogenada uracilo,
mientras que el DNA presenta timina
la configuración espacial del DNA es la de un
doble helicoide, mientras que el RNA es un
polinucleótido lineal, que ocasionalmente puede
presentar apareamientos intracatenarios
Nucleótidos cíclicos
NH2
N
N
O
N
N
O O
-
P
O
OH
O
3’,5’ Adenosin monofosfato cíclico, cAMP
NH2
N
O
-
O
O
N
O P O P O P O CH2
-
O
-
-
O
N
O
N
O
ATP
OH
OH
H 2O
G = -7.6 kcal/mol
NH2
Pi
O
O
N
O P O P O CH2
-
O
N
-
O
N
N
O
ADP
OH
OH
ATP como
donador de energía
NH2
N
O
-
O

O
N

O P O P O P O CH2
-
-
O
O
-
O
N
N
O
ATP
OH
O
O
O P O P O
-
O
OH
-
O
Configuración de alta energía (anhídrido)
O
O P O CH2
O-
Configuración de baja energía (éster)
NH2
5’-Adenosina
monofosfato, AMP
N
O
-
N
O P O CH2
-
N
O
N
O
OH
NH2
OH
N
O
O
O P O P O CH2
-
-
O
5’-Adenosina
difosfato, ADP
N
N
O
N
O
OH
NH2
OH
N
O
-
O
O
N
O P O P O P O CH2
-
O
-
O
-
O
N
O
OH
N
5’-Adenosina
trifosfato, ATP
OH
Nucleósido polifosfatos
Polinucleótidos
Extremo 5’
O
N
N
HOCH2
-
N
N
H
O
O
H
P
-
H
N
O
H
O
N
H
O
N
H 2C
O
-
O
Enlace
fosfodiéster
O
H 3C
O
H 2C
O
-
N
O
O
O
O
N
O
O
O
O
H
O
N
N
H 2C
O
Extremo 3’
N
N
P
-
H
N
O
Polinucleótido
O
H N
H 2C
-
H
N
P
-
O
O
O
P
-
N
OH
N
H
N
N
H
H
-
N
O
O
H
O
N
N
O
P
-
O
O
CH2
H
O
H 2C
O
H
O-
N
N
N
O
O
N
N
P
H
O-
O
N
-
O
O
H
P
-
O
N
H
O
N
H 2C
O
-
O
P
-
O
O
H 3C
O
O
H
O
O
O
N
O
H 3C
O-
N
N
N
N
N
O-
O
O
N
O
CH2
H
O
O
OP
H
O-
O
N
H
N
N
O
P
-
N
H
O
O
O
N
O
N
H 2C
-
N
H
N
P
-
O-
O
CH2
N
O
O
OP
H
N
H
O
P
H 2C
-
N
H
O
CH2
N
H
O
O
N
H
N
O
N
O
O
CH2
H
O
H 2C
O
O
N
O
N
N
H
N
O
N
H
OP
O
O-
DNA de Escherichia coli
Una sola molécula circular
cuya circunferencia mide
1 mm
Tiene un peso molecular de
aproximadamente 109
Composición en bases del DNA en algunas especies
A
G
C
T
Hombre, H.sapiens
0.29
0.18
0.18
0.31
Bovino, Bos taurus
0.26
0.24
0.23
0.27
Levadura, S.cerevisiae
0.30
0.18
0.15
0.29
Mycobacterium sp.
0.12
0.28
0.26
0.11
Reglas de Chargaff
1. La relación purinas/pirimidinas es igual a 1
Es decir, A+G = C+T
2. En todos los DNA estudiados, la proporción molar
de A es igual a la de T, y la de G igual a la de C.
Es decir, A = T y G = C
El DNA-B
1. Estructura helicoidal
2. Periodicidad a 3.4 nm
3. Periodicidad a 0.34 nm
4. R.E.Franklin sugiere que el eje
ribosa-fosfato está hacia fuera y
las bases hacia dentro. Igualmente
sugiere que se trata de una doble
hélice, y no triple
Con estos datos, y teniendo en cuenta las reglas de Chargaff,
Watson y Crick elaboraron su modelo en doble hélice
Modelo de Watson - Crick, A
3.4 nm
1. El DNA es una doble hélice
plectonémica y dextrógira,
con un paso de rosca de 3.4 nm
5’
3’
3’
Modelo de Watson-Crick, B
5’
2. Cada una de las dos hélices es un polinucleótido entrelazado con
el otro de manera que su polaridad es opuesta (es decir, corren en
sentido antiparalelo)
3. El eje ribosa-fosfato se sitúa
hacia el exterior de la doble hélice,
en contacto con el solvente
Modelo de Watson-Crick, C
4. Mientras que las bases nitrogenadas
(anillos planares) se sitúan, apiladas,
hacia el interior de la estructura, en un
entorno hidrofóbico
Modelo de Watson-Crick, D
0.34 nm
5. Las bases están situadas en planos aproximadamente
perpendiculares al eje mayor de la doble hélice. La distancia
entre planos es de 0.34 nm
Modelo de Watson-Crick, E
6. Cada base interacciona
con su opuesta a través de
enlaces de hidrógeno, y de
manera que:
CH3
H
A
N
N
H
N
O
H
T
N
N
O
N
N
(a) Adenina (A) sólo puede
interaccionar con timina (T)
(y viceversa), a través de dos
puentes de hidrógeno, y
H
G
O
N
N
H
N
N
(b) Guanina (G) sólo
puede interaccionar con
citosina (C) (y viceversa),
a través de tres puentes
de hidrógeno
C
N
H
N
H
N
H
N
O
Modelo de Watson-Crick, F
8. La desoxirribosa
en forma furanósica
5’
7. La base está situada
en posición anti-
1’
4’
3’
2’
9. El anillo furanósico está
en conformación endo-2’
Surco
estrecho
Surco
ancho
10. El eje de la doble hélice
no pasa por el centro geométrico
del par de bases. Esto determina
que la hélice presente un surco
ancho y un surco estrecho
Modelo de Watson-Crick, G
Geometría de la doble hélice (DNA-B)
3.4
0.34
2.4
Paso de rosca
3.4 nm
Distancia entre
planos de bases
0.34 nm
Pares de bases/vuelta
10
Anchura
2.4 nm
Interacciones débiles que mantienen la estructura del DNA
1. Enlaces de hidrógeno entre
bases complementarias
2. Interacciones hidrofóbicas
entre planos de bases contiguos
(int. de apilamiento, stacking)
3. Interacciones iónicas del fosfato
con moléculas electropositivas
(histonas, poliaminas, etc.)
H
-
N
O
O
H
O
N
N
O
P
-
O
O
CH2
H
O
H 2C
O
H
O-
N
N
N
O
O
N
N
P
H
O-
O
N
-
O
O
H
P
-
O
N
H
O
N
H 2C
O
-
O
P
-
O
O
H 3C
O
O
O
O
N
O
H 3C
O-
N
N
N
N
O
CH2
H
O
O
OP
H
O-
O
N
O
O-
O
O
N
H
N
N
O
P
-
N
H
N
O
O
O
N
O
H N
H 2C
-
N
H
N
P
-
O-
O
CH2
N
O
O
OP
H
N
H
O
P
H 2C
-
N
H
O
CH2
N
H
O
O
N
H
N
O
N
O
O
CH2
H
O
H 2C
O
O
N
O
N
N
H
N
O
N
H
OP
O
O-
Desnaturalización del DNA
% Incremento
Absorbancia a
260 nm
La desnaturalización
térmica del DNA sigue
una curva sigmoide. El
punto medio, Tm, está
relacionado con el contenido en G+C. Así, la muestra
B tiene un mayor contenido
en G+C que A.
T, ºC
Superhélices de DNA
El DNA se presenta habitualmente en forma de superhélices,
cuando la doble hélice, a su vez, se enrolla sobre sí misma. Esto
permite el empaquetamiento de la molécula en el interior de
la célula o del núcleo celular.
DNA circular, relajado
DNA circular, con
superhélice negativa
Se produce superhelicidad negativa cuando desenrollamos
unas cuantas vueltas de doble hélice en un DNA circular.
Principales características del DNA eucariótico
1. Cromatina en el núcleo celular
2. Nucleosomas e histonas
3. Secuencias repetidas
4. Genes repetidos y seudogenes
5. Discontinuidad en genes
7. Funciones y tipos de RNA, 1
Los distintos tipos de RNA permiten la expresión fenotípica
del DNA:
- Como mensaje genético que determina la secuencia de aminoácidos en la síntesis de proteína: RNA mensajero o mRNA
- Como molécula que activa a los aminoácidos para poder ser
incorporados en una nueva proteína: RNA de transferencia o
tRNA
- Como elemento estructural básico de las partículas encargadas
de llevar a cabo la síntesis proteica, los ribosomas: RNA ribosómico
o rRNA
7. Funciones y tipos de RNA, 2
- Participa en el procesado del transcrito primario (HnRNA)
para dar lugar al RNA mensajero o mRNA, mediante los snRNA
(RNAs nucleares pequeños)
- Opera como enzima (ribozimas) en el procesado del HnRNA y en
la formación de enlace peptídico en las proteínas.
- Es el material genético de algunos virus.
3’
Extremo aceptor
5’
Lazo T-Y-C
Lazo DHU
Lazo variable
tRNA
Lazo anticodon