TEMA 6. LOS ÁCIDOS NUCLEICOS 1

TEMA 6. LOS ÁCIDOS NUCLEICOS
1. COMPOSICIÓN QUÍMICA
2. NUCLEOTIDOS DE INTERÉS
3. ESTRUCTURA
a. Estructura primaria
b. Estructura secundaria
c. Estructura terciaria
d. Estructura cuaternaria
4. TIPOS DE ÁCIDOS NUCLEICOS
a. Tipos de ADN
b. Tipos de ARN
b.1 ARN mensajero
b.2 ARN ribosómico
b.3 ARN transferente
b.4 ARN heterogéneo nucleolar
1. COMPOSICION QUIMICA.
Los ácidos nucleicos son unas biomoléculas fundamentales, ya que en ellas reside
la información hereditaria de los seres vivos, aunque no son tan abundantes como
las proteínas.
Están formadas por los siguientes bioelementos: C, O, H, N, P.
Se constituyen a partir de unas unidades básicas, que se repiten y a partir de las
cuales se forman las cadenas de ácidos nucleicos, son los NUCLEOTIDOS.
Vamos a estudiar en primer lugar cual es la estructura química de estas unidades.
En la formación de los nucleótidos intervienen tres tipos de sustancias:
1. El acido fosfórico
2. Una pentosa, que puede ser la ribosa o la desoxirribosa,
3. Bases nitrogenadas, que pueden ser de dos tipos:
· Bases púricas: Adenina, Guanina.
· Bases pirimidinicas: Citosina, Timina, Uracilo.
Las bases púricas derivan del anillo de purina y las pirimidinicas del anillo de pirimidina.
NUCLEÓSIDO
Es la unión de una pentosa con una base nitrogenada mediante enlace N-glucosídico.
En el enlace se unen los siguientes elementos:
-
en el caso de que sea una base púrica entre el C1´de la pentosa y el N9 de la
base nitrogenada;
- cuando es una base pirimidinica entre el C1´de la pentosa y el N1 de la base
nitrogenada, formándose un NUCLEOSIDO.
Estos se nombran añadiendo al nombre de la base el sufijo – osina, cuando es una
base purica y el sufijo –idina, cuando es una base pirimidinica, por ejemplo: adenosina,
timidina.
NUCLEÓTIDO
Es la unión de un nucleósido con una molécula de ácido fosfórico mediante
enlace éster-fosfórico.
Los nucleótidos se nombran añadiendo al nombre del nucleósido, fosfórico, por
ejemplo: adenosín fosfato, timidín fosfato;
Los nucleótidos tienen un fuerte carácter ácido, debido a su unión con el ácido
fosfórico, que cuando se encuentra en disolución esta ionizado, con carga negativa.
2. NUCLEÓTIDOS DE INTERÉS.
Los nucleótidos son moléculas que tienen una gran importancia biológica, ya
que además de formar parte de los ácidos nucleicos, llevan a cabo algunas funciones
fundamentales en los seres vivos.
a. Moléculas acumuladoras de energía
Existen moléculas capaces de acumular energía en ciertos enlaces de manera que
pueda ser utilizada con posterioridad en el momento preciso. Estas moléculas son
fundamentalmente el ATP (adenosintrifosfato) y en menor medida el GTP (guanosin
trifosfato).
Cuando existe energía disponible una molécula de ADP la emplea en formar un
enlace de alta energia (~) con un tercer grupo fosfato para formar ATP. Este enlace es
altamente energético, lo que quiere decir que para su formación se requiere una
cantidad considerable de energía (7 kcal/mol) y su rotura libera también esta energía
en su momento.
Por ello, el sistema ADP/ATP constituye una forma de “almacenar” la energía liberada
en reacciones biológicas
b. Moléculas con función coenzimática
Existen ciertos dinucleótidos, que unidos a vitaminas, son necesarios para
que funcionen las enzimas del metabolismo celular.
Ejemplos:
Nicotinamin adenin dinucleótido (NAD + ) : es un derivado de la vitamina B3 o
nicotinamida. Actúan metabolismo oxidativo de glucidos y proteinas.
Nicotinamin adenin dinucleotido fosfato (NADP+): es igual que el anterior pero
fosforilado. En reacciones químicas en plantas.
Flavin adenin dinucleotido: es un derivado de la riboflavina o vitamina B2. Participan
en la respiración celular
c. Adenosin monofosfato ciclico (AMPc)
Esta molécula actúa como intermediario entre moléculas que llegan a la célula
desde otros lugares (hormonas, neurotransmisores) y procesos que deben
desencadenarse en su interior, por ello se le denomina segundo mensajero y es de
gran importancia en la respuesta celular.
Actividad1:
Escribe un nucleótido que forma parte del ADN y otro del ARN .¿Qué diferencias hay
entre ellos?
Actividad2:
.¿Que es un enlace fosfodiéster? Pon un ejemplo.
Actividad3:
¿Tiene alguna semejanza el enlace nucleotídico con otros enlaces existentes en
algunas moléculas? Pon un ejemplo
Actividad4:
¿Sabrías explicar por qué suele denominarse al ATP “moneda energética”?
Actividad5:
¿Por qué los ácidos nucleicos tienen carácter ácido?
3. ESTRUCTURA
a) ESTRUCTURA PRIMARIA
La estructura primaria se corresponde con la unión de nucleótidos entre si,
para formar una larga cadena de polinucleótidos.
La unión se establece entre el –OH que ocupa el C3 de un nucleótido con el –
OH del ácido fosfórico del nucleótido siguiente que se encuentra en la posición 5´,
mediante un enlace éster fosfórico, liberándose una molécula de agua, llamado
enlace nucleotídico.
En la estructura primaria, como sucedía en las proteínas, es muy importante el
orden en el que se unen los nucleótidos a lo largo de la cadena, es decir, la
SECUENCIA DE NUCLEOTIDOS.
Si observara una cadena de ADN, por ejemplo, nos daríamos cuenta que el esqueleto
de la cadena es siempre igual, es decir, una sucesión de pentosa y acido fosfórico
continuamente, y que lo único que varia a lo largo de la cadena son las bases
nitrogenadas, es por ello que lo que marca las diferentes secuencias es la disposición
de las diferentes bases a lo largo de la cadena.
Esta estructura primaria es común tanto para el ADN como para el ARN, una
cadena lineal de nucleótidos unidos entre si.
Antes de continuar con el resto de las estructuras vamos a hacer un cuadro con
las diferencias entre un ácido nucleico y otro.
Características
Composición
pentosa
Bases
Estructura
Tamaño
Localización
Función
.
¨
ADN
ARN
Desoxirribosa
Ribosa
A,T,G,C
Formado por dos cadenas
de nucleótidos. Estructura
compleja, alcanza hasta la
estructura cuaternaria
A,U,G,C
Formado por una cadena de
nucleótidos. Estructura
sencilla llega hasta la
terciara, pero de manera
reducida.
Elevado peso molecular
Núcleo
celular,
mitocondrias, cloroplastos
Lleva
la
información
hereditaria
de
los
organismos
Bajo peso molecular
Núcleo y citoplasma
Cumple las órdenes que
dicta el ADN, ya que este no
puede salir del núcleo
b) ESTRUCTURA SECUNDARIA.
Esta estructura se alcanza cuando se unen dos cadenas de nucleótidos entre
sí.
Lo hacen de tal manera que se enfrentan dos cadenas de manera antiparalela,
una cadena en la dirección 5´- 3´y la otra 3´- 5´, además las bases se colocan también
enfrentadas pero de una manera particular, de tal forma que la A se enfrente con la T, y
la C se enfrente con la G, cumpliendo el principio de equivalencia que se resume:
A =T
G=C
Así , según el principio de equivalencia, siempre que en una cadena halla una A
en la complementaria habrá una T, y siempre que en una halla C en la complementaria
habrá G; de tal manera que conociendo la cantidad de una de las bases en la molécula
conoceremos la proporción de las restantes.
Esto se cumple únicamente cuando la molécula conste de dos cadenas de nucleótidos.
Entre la Adenina y la Timina se establecen 2 puentes de hidrogeno y entre la Citosina y
la Guanina se establecen 3 puentes de hidrógeno, debido a las atracciones polares que
se pueden formar entre estas bases.
Estos enlaces son los únicos que mantienen unidas las dos cadenas, en toda la
molécula de ADN.
BASES PÚRICAS = BASES PIRIMIDÍNICAS
Una vez que se ha formado la doble cadena, esta sufre un giro en el espacio
adoptando una configuracion en hélice, que sería la forma más estable de
presentarse en el espacio, descrita por Watson y Crick.
Esta hélice puede girar hacia la derecha siendo en este caso dextrógira o puede girar
hacia la izquierda, siendo levógira y denominada Z, ya que adopta una forma en zigzag. La más común es la dextrogira y plectonémica, es decir como si estuvieran
trenzadas, lo cual significa que para desenrollarlas tendrían que girar una con respecto
de la otra. Por este descubrimiento les dieron el premio Nobel.
La configuración defendida por Watson y Crick es la hélice B, con los pares de
bases horizontales con respecto al eje de la molécula y giro dextrógiro. Esta hélice
tiene unas medidas determinadas: Una vuelta de hélice completa mide 34 A, el
diámetro mide 20 A y la distancia entre un par de bases y el siguiente mide 3,4 A.
El ADN depositario de la información genética
Durante mucho tiempo se creyó que los genes debían ser proteínas, puesto
que eran mucho más complejas y variadas que las sencillas moléculas de ADN,
compuestas tan solo por cuatro nucleótidos distintos y la teoría del tetranucleótido
(errónea) suponía que cualquier región del ADN era exactamente igual a otra, por lo
que o podía contener genes distintos.
1.
La primera prueba de que los genes estaban formados por ADN procede
de los experimentos de transformación bacteriana realizados en 1928 por F.
Griffith.
Griffith comprobó que una cepa bacteriana de Steptococcus pneumoniae que es
inocua cuando se inyecta en ratones, se transforma en virulenta, capaz de
provocar la muerte de estos si previamente ha estado en contacto con bacterias
virulentas muertas y destruidas por el calor. Estos cultivos de bacterias
destruidas por el calor contenían un factor transformante (ADN) que
transformaban algunas bacterias inocuas en bacterias virulentas, matando a los
ratones inoculados.
2.
En 1952 Alfred Hershey y Martha Chase comprobaron de manera
irrefutable que ese material era ADN y no proteínas.
3.
Una vez conocida la naturaleza química del gen, el siguiente paso fue
descubrir su estructura, para conocer como están codificados los mensajes
genéticos. Maurice Wilkins y Rosalind Franklin demostraron mediante análisis
cristalográfico, que el ADN es una molécula muy larga, delgada y helicoidal.
Por otro lado, E. Chargaff comprobó que la cantidad de adenina era igual a la de
timina y la de citosina igual a la de guanina.
Con toda esta informacion J. Watson y F. Crack publicaron en 1953 el modelo
de la doble hélice de ADN en la revista Nature, que hemos estudiado anteriormente.
Actividad6:
Representa (ayudándote de las formulas anteriores) un fragmento de ADN con tres
nucleotidos y señala sus extremos 5’ y 3’.
Actividad7:
¿Que significa que las cadenas son antiparalelas? .¿A que se llama extremo 5’?
Actividad8:
Si una molécula de ADN posee un 30% de guanina, ¿qué proporción del resto de
bases tendrá?
Actividad9:
La elaboración del modelo de Watson y Crick fue posible gracias a ciertos
descubrimientos previos, ¿cuáles fueron dichos descubrimientos?.
Actividad10:
Compara la estructura química de la ribosa y de la desoxirribosa y señala si hay algún
detalle diferente que pueda justificar el hecho de que el ADN pueda adoptar estructuras
más compactas y estables que el ARN.
Activiidad11:
En la purificación de un fragmento de ADN se ha perdido una porción de una de las dos
hebras quedando la secuencia de bases nitrogenadas como se indica a continuación.
Completa lo que falta y explica en que te basas para reconstruirla.
ATTACC……………………………………….
TAATGGGCCGAATTTGGGCCTTAATAGG
c) ESTRUCTURA TERCIARIA.
La estructura terciaria se adquiere cuando la doble hélice se asocia a proteínas con
el fin de alcanzar un nivel máximo de empaquetamiento. Los niveles de
empaquetamiento son los siguientes:
1. NUCLEOSOMA
Asociación de histonas (proteínas básicas) al ADN en el núcleo celular (por
tanto células eucariotas) para dar lugar a la fibra de cromatina, que es como se
encuentra el ADN en el núcleo en interfase, es decir,cuando no se está dividiendo.
Primero se forma una partícula mas o menos esférica formada por la unión de 8
histonas denominada octámero, alrededor del octámero la hélice de ADN da dos
vueltas formando lo que se denomina partícula nuclear, si añadimos a esta partícula
nuclear el ADN que lo separa de otra partícula nuclear o ADN espaciador, tendríamos
un nucleosoma.
De tal manera que la cadena se convierte en una estructura que tiene el aspecto
de un collar de perlas y que se denomina FIBRA DE CROMATINA DE 10nm en su
forma laxa, ya que el diámetro de la cadena al enrollarse alrededor del octámero a
aumentado de 20 A a 100 A a la vez que la cadena se acorta.
A continuación la partícula nuclear se asocia a otra histona, la denominada H1,
formando lo que se denomina un cromatosoma, que acortara todavía más la cadena,
pero sin modificar su diámetro, formara la FIBRA DE CROMATINA DE 10 nm en su
forma condensada.
2. SOLENOIDE O FIBRA DE CROMATINA 30 nm
A partir de la fibra de cromatina de 10 nm condensada, se produce el
siguiente nivel de empaquetamiento, en el que 6 cromatosomas se enroscan
sobre sí mismos para formar una estructura en forma de solenoide, en la
que en su eje se sitúan las moléculas de histona H1, lo que hemos
conseguido es una fibra más gruesa pero más corta también, que se
denomina FIBRA DE CROMATINA DE 30 nm.
3. DOMINIOS EN FORMA DE BUCLE
Esta estructura la alcanza el ADN cuando debe llegar a formar los cromosomas
para comenzar la división celular, para ello debe empaquetarse hasta unos niveles
muy superiores.
Los dominios en forma de bucle se forman a partir del empaquetamiento de la
fibra de 30 nm, la cual se enrolla formando estas estructuras (bucles), estabilizados por
un armazón proteíco (proteínas de andamiaje). Estas estructuras pueden tener un
grosor 600 A.
4. NIVELES SUPERIORES DE EMPAQUETAMIENTO.
Se corresponde con el mayor nivel de empaquetamiento, el de los
cromosomas, que consiguen un nivel de empaquetamiento 10000 veces
(frente a la fibra de 30 nm que conseguía un empaquetamiento de 40 veces).
Esto se consigue porque el cromosoma tiene un eje de proteínas SMC
(Structural Maintenance of Chromosomes). Dichas proteínas son vitales para
la condensación del ADN (también se las llama condensinas) y estarían
formadas por histonas y topoisomerasas.
.
DESNATURALIZACION DEL ADN
Cuando el ADN se somete a una temperatura de 100 ºC se separan sus dos
cadenas y se desnaturaliza.
Cuando se le somete a un cambio brusco de pH se rompen los puentes de hidrógeno.
Se denomina Tª de fusión (Tm) a aquella en que el 50% de la doble hélice está
separada.
La Tª de fusión depende de la composición de bases del ADN, puesto que las
moléculas ricas en parejas de G- C poseen un valor más elevado, ya que su unión se
realiza mediante 3 puentes de hidrogeno y la unión de T- A se hace mediante 2
puentes de hidrógeno, se necesita por tanta mas energía para romper la unión C-G.
4.TIPOS DE ACIDOS NUCLEICOS
a. TIPOS DE ADN
- BICATENARIO LINEAL: es el más frecuente, siendo exclusivo de las células
eucariotas y presentándose también en muchos virus.
- ADN BICATENARIO CIRCULAR: cuya doble hélice se cierra en anillo. Lo
presentan las bacterias y se encuentra también en mitocondrias y cloroplastos
de las células eucariotas.
- ADN MONOCATENARIO: es el formado por una sola hebra de nucleótidos. Es
muy raro y solo ha sido descubierto en algún tipo de virus bacteriófagos, tanto
en su forma lineal como circular.
a. ¨ TIPOS DE ARN
Ácido ribonucleico formado por las bases citadas (A,U,G,C) y además puede
contener otras, como bases metiladas: metilguanina, metilcitosina o derivados de
bases como la seudouridina o la inosina.
Aunque posee una cadena sencilla, forma lazos o bucles, que resultan del
apareamiento de bases complementarias dentro de la misma cadena, dando así zonas
de doble hélice, también puede asociarse a proteínas formando entonces una
estructura terciaria.
- b.1 ARN MENSAJERO
Su misión es la de transmitir el mensaje genético recibido del ADN, ya que el ADN
está recluido en el núcleo de donde no puede salir y ese mensaje genético tiene que
ser expresado en los ribosomas que están en el citoplasma, de tal manera que se
necesita una molécula que actúe como intermediario.
Su vida media es corta.
El mensaje genético viene expresado por la secuencia de bases en el ADN y para
pasar la información al ARNm se sintetiza una molécula complementaria en sus
bases a un fragmento del ADN que contenga información para sintetizar una
proteína, lo que denominamos GEN. Existen diferencias entre los ARN-m entre
procariotas y eucariotas.
 ARN m -eucariotas.
.
En eucariontes en el extremo 5´ posee un grupo metilguanosina unido al
trifosfato, y el extremo 3´ posee una cola de poli-A.
En los eucariontes se puede distinguir también los exones, secuencias de bases que
codifican proteínas y los intrones, secuencias sin información. Un ARNm de este tipo
ha de madurar (eliminación de intrones) antes de hacerse funcional. Antes de madurar,
el ARNm recibe el nombre de ARN heterogéneo nuclear (ARNhn ). Posteriormente, el
ARN hn elimina sus intrones y queda el ARN maduro . El ARN-m además, es
monocistrónico (sintetiza una proteína).

ARNm -procariotas.
En el extremo 5´ tiene un nucleótido trifosfato, pero no tiene capucha de
metilguanosina ni cola de poli A en el extremo 3´.
Es policistrónico (codifica para dos ó más cadenas polipeptídicas).
b.2 ARN DE TRANSFERENCIA
Tiene también una sola hebra pero adquiere estructura secundaria por la
formación de puentes de hidrógeno entre las bases complementarias formando bucles
y asas, presenta así mismo entre 7 a 15 bases poco comunes, como pseudouracilo o
Timina.
La misión es la de transportar los aminoácidos en el citoplasma hasta los
ribosomas, colocándolos como indique el ARNm.
Cada aa tiene un ARNt especifico que se une por medio de un enlace éster en el
extremo 3´ a su grupo hidroxilo terminal.
En su extremo 3´ hay una secuencia de bases constante, en esta se une el
aminoácido fosforilado: CCA.
b.3 ARN RIBOSÓMICO
Son moléculas de diferentes tamaños, con estructura secundaria y terciaria en
algunas regiones de su molécula, que forman las subunidades de los ribosomas. Es el
más abundante en la célula.
b.4 ARN NUCLEOLAR
Se encuentra en el núcleo.Principal componente del nucléolo. Es el precursor
de los ARNr, en los que se transforma después de eliminar secuencias no codificantes
y romperse en moléculas más pequeñas.