5. ácidos nucleicos y genetica molecular

ÁCIDOS NUCLEICOS
1. ÁCIDOS NUCLEICOS
­Nucleótidos
­Estructura y composición de los ácidos nucleicos
­Funciones biológicas
2. GENÉTICA MOLECULAR
­El portador del mensaje genético
­Estructura del DNA
1. ÁCIDOS NUCLEICOS
Los ácidos nucleicos (DNA y RNA) son macromoléculas catenarias que actúan
como formas de almacenamiento y transferencia de la información genética.
1.1. NUCLEÓTIDOS
1.1.1. Composición
Los nucleótidos son las unidades monómeras de los ácidos nucleicos. Cada
nucleótido se compone de: base nitrogenada + pentosa + ácido fosfórico
Base nitrogenada + pentosa = nucleósido
Nucleósido + ácido fosfórico = nucleótido
Acido fosfórico
PO4H3
Pentosa
RNA: Ribosa
DNA: Desoxirribosa
Base nitrogenada heterocíclica: Púricas:
Adenina
Guanina
Pirimídicas: Citosina
Timina
Uracilo
Existen dos tipos de nucleótidos según la pentosa que contengan:
Ribonucleótidos, con ribosa
Desoxirribonucleótidos, con desoxirribosa
1.1.2. Estructura
Nucleótidos 5´­monofosfato
1.1.3. Nucleótidos que no forman parte de los ácidos nucleicos
­Nucleótidos difosfato y trifosfato
Son moléculas que contienen energía que puede ser liberada al hidrolizarse los
enlaces fosfodiéster. Se emplean en reacciones de transferencia de energía
química, fundamentalmente el ATP
ATP + H2O → ADP + Pi + E
ADP + Pi + E → ATP + H2O
E = 7,3 kcal/mol
Actúan también como coenzimas como transportadores energizados de tipos
específicos de moléculas sillares.
Son precursores de alto contenido energético de unidades mononucleótidas en la
biosíntesis de DNA y RNA.
­AMP­cíclico
Nucleótido de adenina, ribosa y un fosfato que se une a los carbono 3´ y 5´ de la
ribosa.
Es un mensajero químico intracelular al desencadenar reacciones metabólicas
como respuesta a la llegada de ciertas señales (hormonas) a la membrana.
­Coenzima A
Derivado del ADP. Contiene ácido pantoténico (Vitamina del grupo B).
Se une a grupos acilo (radicales de ácidos orgánicos), los transporta por la célula
y quedan activados para participar en reacciones metabólicas.
­NAD, NADP, FAD y FMN
Son coenzimas en reacciones de óxido­reducción en las células (procesos de
respiración celular y fotosíntesis).
NAD y NADP: Piridín nucleótidos, base nitrogenada nicotinamida (vitamina PP).
Piridina está formada por nicotinamida y ribosa.
FAD y FMN: Flavín nucleótidos, base nitrogenada flavina, su precursor es la
vitamina B2 (riboflavina).
1.2. ESTRUCTURA Y COMPOSICION DE
LOS ACIDOS NUCLEICOS
Cadenas de nucleótidos unidos covalentemente mediante puentes fosfodiéster
entre los grupos 5´hidroxilo de un nucleótido y el 3´­hidroxilo del siguiente
1.2.1. DNA
Compuesto por desoxirribonucleótidos de adenina, guanina, citosina y timina (a
veces hay pequeñas proporciones de derivados metilados de estas bases).
Normalmente está formado por dos hebras ordenadas en forma de doble hélice.
Procariotas: tienen un solo cromosoma (una macromolécula en doble hélice).
DNA extracromosómico en bacterias: plásmidos y episomas
Eucariotas: varios cromosomas en el núcleo celular.
DNA mitocondrial y plastidial
1.2.2. RNA
Compuesto por ribonucleótidos de adenina, guanina, citosina y uracilo.
Formado por cadenas simples.
Procariotas: RNA en el citoplasma.
Eucaritas: Ejemplo de célula hepática: 11% núcleo
15% mitocondrias
50% ribosomas
24% citosol
­RNA mensajero
Se sintetiza en el núcleo por transcripción.
DNA 2 cadenas trancripción→ RNAm 1 cadena
Pasa al citoplasma y en los ribosomas actúa como matriz para la ordenación
secuencial de los aminoácidos en la síntesis de proteínas.
RNAm traducción→ proteínas
­RNA de transferencia
Actúan como transportadores de aminoácidos en la síntesis proteica. Contienen
hasta un 10% de bases poco frecuentes.
Forma tres asas cada una de las cuales mantiene porciones de estructura de
doble hélice
­RNA ribosómico
Constituye hasta el 65% de la masa de los ribosomas. Se encuentran algunas
bases metiladas.
1.2.3. Funciones biológicas
­DNA
­Contiene la información genética para la síntesis de proteínas. Durante la
interfase celular el DNA se transcribe en RNA, llevando cada molécula de RNA la
información necesaria para sintetizar una proteína.
­Conservación del material hereditario de generación en generación. Durante la
mitosis los cromosomas aseguran el reparto equitativo del material hereditario
entre las células hijas, de modo que ambas células contengan exactamente la
misma información genética.
­RNA
­El RNAm transporta la información genética del DNA desde el núcleo hasta el
ribosoma.
­El RNAt aporta los aminoácidos para la síntesis de proteínas, actuando como el
adaptador entre el lenguaje genético, escrito en un código de bases
nitrogenadas, y el lenguaje proteico, escrito como secuencia de aminoácidos.
­El ribosoma es el orgánulo donde se realiza la traducción del RNAm y se
sintetiza la proteína.
2. GENETICA MOLECULAR
2.1. EL PORTADOR DEL MENSAJE GENETICO
2.1.1. Comprobación experimental
El DNA fue descubiero por F. Miescher en 1869.
Avery, McLeod y McCarty, en 1949, descubrieron su papel como portador de
los caracteres hereditarios.
La bacteria Diplococcus neumoniae puede presentar dos tipos de cepas: cepa
virulenta, productora de enfermedad, de cubierta lisa (S); y cepa no virulenta,
inofensiva, de cubierta rugosa (R).
La infección en ratones de células S muertas por calor, junto con células R, es
letal.
De los ratones infectados pueden aislarse y cultivarse células S.
Las células R han sido transformadas por algún componente presente en las
células S muertas.
El DNA aislado y purificado de células S muertas es capaz de producir la misma
transformación "in vitro". Esta Transformación es permanente y heredable.
Conclusión: el DNA puede ser portador de la información genética.
2.1.2. Datos bioquímicos de apoyo
­La cantidad de DNA por célula de una especie es constante.
­La cantidad de DNA por célula es proporcional a la cantidad de información
genética de dicha célula.
­Las células germinales de animales superiores, que son haploides, poseen la
mitad de la cantidad de DNA que las células somáticas, que son diploides.
­En los virus, el DNA penetra en la célula huésped y las proteínas no.
2.2. ESTRUCTURA DEL DNA
2.2.1. Estructura primaria
Secuencia de nucleótidos de una sola hebra.
Siendo el número de nucleótidos muy elevado, el número de combinaciones
posibles es enorme, siendo posible estructurar una determinada información: el
mensaje biológico.
Ejemplo: Con 10 nucleótidos podemos construir 410 = 1048576 moléculas de
DNA diferentes.
2.2.2. Estructura secundaria
Disposición espacial de dos hebras de DNA en forma de doble hélice. Modelo
elaborado por Watson y Crick en 1953.
El DNA está compuesto por dos hebras de polinucleótidos complementarias y
antiparalelas, enrolladas en forma de doble hélice.
­Complementarias: las bases nitrogenadas están enfrentadas y unidas por
puentes de hidrógeno. A=T y G=C
Proporciones A/T = G/C = 1.
­Antiparalelas: orientadas en sentido contrario
Las dos hebras contienen información complementaria. La replicación del DNA
se produce por replicación de las dos cadenas; cada cadena progenitora sirve
como patrón de la nueva hebra complementaria, formándose dos dobles hélices
hijas iguales a la progenitora.
2.2.3. Niveles de condensación del DNA
­Fibra de 100 Ǻ o collar de perlas
Doble hélice asociada a proteínas (histonas) de carácter básico.
Esta estructura se llama "collar de perlas" y es exclusiva de los cromosomas de
células eucariotas. Constituye la cromatina de células somáticas en interfase.
Es una sucesión de nucleosomas: partículas de 100 Ǻ de diámetro compuestas
por 8 moléculas de histonas y un fragmento de doble hélice de DNA de 200 pares
de nucleótidos, que da dos vueltas a cada grupo de histonas y une un nucleosoma
con otro
­Fibra de 300 Ǻ
El "collar de perlas" se repliega sobre sí mismo. La cadena de nucleosomas
adopta una forma helicoidal con 6 nucleosomas por vuelta
­Estructura del cromosoma metafásico
En el cromosoma el DNA está empaquetado entre 5000 y 10000 veces más
condensado que en la doble hélice. Se produce mediante un empaquetamiento
de la fibra de 20­30 nm. de grosor de la estructura cuaternaria. Una teoría
defiende que la estructura del cromosoma puede estar constituida por un armazón
central de proteínas no histónicas rodeado de DNA formando asas a su
alrededor.
Según las últimas observaciones parece que el cromosoma está estructurado por
sucesivos enrollamientos en diferentes niveles (la estructura cuaternaria de 20­30
nm. de grosor se enrolla formando bucles, los bucles forman rosetas y las rosetas
forman rodillos) hasta configurar un cromosoma lo suficientemente condensado
que es visible al microscopio óptico