ácidos nucleicos - Joaquín Rodríguez Piaya

Losácidosnucleicos
ÁCIDOSNUCLEICOS
Son compuestos formados por C, H, O, N y P. Están formados por ácido fosfórico, una pentosa (ribosa o
desoxirribosa)yunabasenitrogenada(adenina,guanina,citosina,timinayuracilo).
Pentosa+base=NUCLEÓSIDO
Nucleósido+acido.fosfórico=NUCLEÓTIDO
Losácidosnucleicossonpolímerosdelosnucleótidos.
NUCLEÓSIDOS
Seformanmediantelaunióndeunapentosa(beta–D–ribofuranosaobeta–D–desoxirribofuranosa)conuna
basenitrogenada,estableciéndoseunenlaceN–glucosídicoentreelcarbono1delapentosayelnitrógeno1dela
basenitrogenadasiestaespirimidínica,oelN9siespúrica.
Senombranañadiendolaterminación–osinaalnombredelabasepúricaylaterminación–idinaenelcasodelas
basespirimidínicas(adenosina,guanosina,citidina,uridinaytimidina).
Silapentosaesladesoxirribosa,seanteponeelprefijodesoxi(ej.:desoxiadenosina).
Ribosa
Desoxirribosa
Adenosina
Desoxiadenosina
Adenina
Guanosina
Desoxiguanosina
Guanina
Citidina
Desoxicitidina
Citosina
Uridina
Desoxiuridina
Uracilo
Timidina
Desoxitimidina
Timina
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NUCLEÓTIDOS
Seformanmediantelaunióndeunamoléculadeácidofosfóricoyunnucleósido,atravésdelgrupohidroxilodelC
5´delapentosa.
Se nombran anteponiendo la palabra ácido al nombre de la base y añadiendo la terminación – ílico (ej.: ácido
adenílico).
Con frecuencia se emplea solamente las siglas del nombre completo (AMP, CMP, dTMP = desoxitimidín
monofosfato).
NUCLEÓTIDO
RIBONUCLEÓTIDO
Mono ~
Di~
Tri~
AMP
ADP
ATP
GMP
GDP
GTP
CMP
CDP
CTP
UMP
UDP
UTP
DESOXIRRIBONUCLEÓTIDO
Mono ~
Di~
Tri~
dAMP
dADP
dATP
dGMP
dGDP
dGTP
dCMP
dCDP
dCTP
dUMP
dUDP
dUTP
ÁCIDOSNUCLEICOS
Sonpolímerosdelosnucleótidos.SeunenentresíatravésdelradicalfosfatosituadoenelC5´deunnucleótidoyel
radicalhidroxilo(OH)delcarbono3´delotronucleótido.Launiónserealizamedianteenlacesfosfodiéster.Existen
dostipos:ADNyARN.
ADN
EstáformadopornucleótidosdeA,C,GyT,unidosentresípormediodeenlacesfosfodiésterenelsentido5´--3´
(entreelC3´deunoyelC5´delsiguiente).
Tieneunpesomolecularmuyelevado.
En las células eucarióticas, el ADN se encuentra principalmente en el núcleo, pero también en mitocondrias y
cloroplastos. El ADN nuclear está asociado a proteínas (nucleoproteínas), siendo básicamente histonas. El ADN de
mitocondriasycloroplastosessimilaraldec.procariotas.AquíseasociaaARN,histonasyproteínasnohistónicas,
formandounnucleoide(sinenvoltura).
EnelADNsedistinguen3nivelesestructurales:
ESTRUCTURAPRIMARIA
Es la secuencia de nucleótidos. Las diferentes combinaciones constituyen la información genética, información
necesaria para la síntesis de proteínas. El primer nucleótido de la cadena es el que tiene libre el extremo 5´ y el
últimoelquetienelibreelextremo3´.
ESTRUCTURASECUNDARIA
Esladisposiciónenelespaciodedoshebrasocadenasdepolinucleótidosen
doble hélice, con las bases nitrogenadas enfrentadas y unidas mediante
puentes de H. Entre A y T dos puentes; entre C y G, tres. En cada vuelta de
hélice,10paresdebases.
Cadaparejadenucleótidosestáseparadadelasiguienteporunadistanciade
0,34 nm y cada vuelta de la doble hélice está formada por 10 pares de
nucleótidos,loquesuponeunalongitudde3,40nmporvueltadehélice.
WatsonyCrickelaboraronen1953elmodelodeladoblehélice.ElADN,
según este modelo, estaría formado por dos cadenas de polinucleótidos
queseríanantiparalelas,esdecir,tendríanlosextremos5´y3´orientados
en diferente sentido, complementarios y enrollados una sobre la otra en
formaplectonémicaodedoblehélice.
LEYDECHARGAFFA+G=T+C.
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LadoblehélicedeADNenestadonaturalesmuyestable.Sisecalienta,alacercarsealatemperaturadelos100ºC
seseparanlashebras(desnaturalización).SisebajalaTªysemantieneaunos65ºCduranteuntiempoprolongado,
sevuelvenaunir(renaturalizaciónohibridacióndelADN).
Sellamatemperaturadefusión(Tm)aaquellaenlacualel50%deladoble
héliceestáseparada.DependedelnúmerodeparesC–G.
LarenaturalizaciónsepuedeconseguirtantoconhebrasdeunmismoADN
comoconhebrasdedistintaprocedencia.
Se pueden obtener moléculas híbridas a partir de dos hebras de cualquier
tipo de ácido nucleico (ADN o ARN), siempre que exista una secuencia
complementaria.CuantomásrelacionadosesténlosADN,mayorporcentaje
derenaturalizaciónseproducirá.
Seconocentrestiposdeestructurasendoblehélice:B,AyZ.
Ø B:esdextrógira,conlasbasesenplanoshorizontales.Eslanormal.
Ø A: es dextrógira, con las bases en planos inclinados. Se da por
deshidratacióndelaanterior.
Ø Z:eslevógira,enzig–zag.SedadondesealternanmuchosG–C.
ESTRUCTURATERCIARIA
SonlosempaquetamientosquesufreelADN,asociadoaproteínas.
a- Primerniveldeempaquetamiento
En el núcleo de células eucariotas. Consiste en la asociación de la doble hélice de
ADNconproteínasnucleares,lashistonasylasprotaminas.Segúnlasproteínasyla
estructuraseconocendostiposdeempaquetamiento:
1- “Collardeperlas”:tambiénsellamafibradecromatinade100Å.Estáen
losnúcleosenreposodelascélulassomáticas,formandolacromatina.Se
colorea intensamente. Está constituido por una sucesión de partículas de
100 Å de diámetro enlazadas por una doble hélice de ADN. El conjunto,
que continuamente se va repitiendo, formado por la partícula de 100 Å
más el ADN espaciador se denomina nucleosoma. Las partículas están
constituidasporungrupode8histonas(octámero),yporunsegmentode
ADNde146paresdebasesquedescribe1,75vueltassobreeloctámero.El
ADNespaciadoroADNLinkertiene54paresdebases,porloqueelADN
totaldelnucleosomaesde200paresdebases.
Cada nucleosoma se puede asociar a una molécula de una
nueva histona, la H1. Esta queda fijada por los 10 primeros
pares de nucleótidos de cada uno de los dos extremos de
ADN que salen de la partícula nuclear. El conjunto formado
por el octámero, la histona H1 y el ADN se le llama
cromatosoma. La H1 no es imprescindible. Su presencia
implicacondensacionesde8omáscromatosomas.
2- Estructura cristalina: resulta de la asociación del ADN con
protaminas. Aparecen en el núcleo de los espermatozoides.
Lasprotaminassonproteínasmáspequeñasybásicasquelas
histonas, lo que implica mayor grado de empaquetamiento
(favorecelamovilidad).
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b- Segundoniveldeempaquetamiento
Eslafibradecromatinade300Å.Seformaporenrollamientosobresímismadelafibradecromatinade100Å.
Según el modelo del solenoide, se invierten unos 6 nucleosomas por vuelta, formando un eje de 300 Å,
acortándose5veceslalongituddelcollardeperlas.Enelnúcleo,lamayorpartedelacromatinaestáenforma
defibrade100y300Å.
c- Nivelessuperioresdeempaquetamiento
Con el empaquetamiento de la fibra de 300 Å sólo se consigue un acortamiento entre 35 y 40 veces. Un
cromosoma humano mide sólo 5,5 micras de longitud y posee 4 cm de fibra de ADN, lo que supone una
reducción del orden de 7000 veces. Aún no se conoce bien la estructura de los cromosomas. Es posible la
existenciadeunarmazónoandamioproteínicodondesefijanbuclesdeADN,formadosporlafibrade300Å.
El tercer nivel de empaquetamiento lo constituirían los bucles. Estos formarían estructuras de 600 Å de
diámetro.Luego6buclesformaríanunaestructuraretorcida(roseta),y30rosetasseguidasunrodillo(4ºnivel
de empaquetamiento). Por último, el 5º y último nivel de empaquetamiento lo formarían los cromosomas,
constituidosporunasucesiónderodillos.
ADNSUPERENROLLADO
El ADN adopta en ocasiones una disposición especial, sin el concurso de
histonas;elADNsuperenrollado.Seproducecuandovaríaelnºdevueltasde
doble hélice. Ejm.: el ADN en forma B presenta una vuelta a la derecha cada
10,4 pares de bases. Si el nº aumenta o disminuye, se obtiene el ADN
superenrolladopositivaonegativamente.ElsuperenrollamientodelADNtiene
dosventajas:
Ø consiguereducirlalongituddelADN
Ø favorecelareplicaciónylatranscripciónaARN.
TIPOSDEADN
Segúnsuestructura
Ø Monocatenario:muyraro.Enalgunosvirus
Ø Bicatenario
o Circular:bacterias,mitocondriasyalgunosvirus o Lineal:núcleosdecélulaseucariotasyalgunosvirus.
ARN
Formados por nucleótidos de ribosa con las bases A, C, G y U. Se unen igual que en el ADN. Casi siempre es
monocatenario(exceptoenlosreovirus).
Endeterminadasregionespuedeformarestructurasecundariaendoblehélice,
porcomplementariedaddebasesyestructuraterciariaalasociarseaproteínas.
ProbablementeelARNfueselaprimeramoléculacapazdeautoduplicarse
ARNDETRANSFERENCIAOSOLUBLE(ARNt)
Esmonocatenario,presentandoalgunaszonasconestructurasecundaria.Tiene
formadehojadetrébol.Presentatresbrazos(unodeellosllamadoanticodon),
cadaunoconsuasayunbrazoaceptordeaminoácido.
Tieneentre70y90nucleótidosyformaun15%deltotaldelARNcelular.Hay
unos50tiposysufunciónesladetransportaraminoácidosespecíficoshasta
losribosomas.
Enelextremo5´delosARNtselocalizasiempreunribonucleótidodeG.Enel
extremo3´,dondeselocalizaelaminoácido,estásiempreeltripleteCCA.Enel
anticodonhaydiferentestripletes,encorrespondenciaconelaminoácidoque
captaespecíficamentecadaARNt.
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ARNMENSAJERO(ARNm)
Tienedistintaestructuraenprocariotasyeneucariotas.Enciertaszonastieneestructura1ª(unasolahebra)yen
otras tiene estructura 2ª (doble hélice). Se encuentra asociado a proteínas formando las partículas
ribonucleoproteicasmensajeras.
El ARNm se forma a partir del pre–ARNm (o ARN heterogéneo nuclear ARNhn). Este posee segmentos con
información(exones)alternadosconotrossininformación(intrones),queluegosonsuprimidosynoaparecenenel
ARNm.Esteprocesosedenominamaduraciónyseproduceenelnúcleo.
ElARNmposeeensuextremo5´unaguanosinatrifosfatometiladainvertida.Estaestructura(lacaperuza)bloquea
la acción de enzimas exonucleasas que pueden destruir el ARNm, y constituye la señal de inicio de la síntesis de
proteínas.Acontinuación,hayunsegmentosininformación(líder),seguidodeotrosegmentoconinformaciónque
sueleempezarconlasecuenciaAUG.Enelextremo3´oextremofinalposeede150a200nucleótidosdeAquese
denominacoladepoli–A.Seconsideraquesirveparaestabilizarfrentealasenzimasexonucleasas.
EntrelasíntesisyladestruccióndelARNmsolamentetranscurrenalgunosminutos.Esrápidamentedestruidoporla
accióndeunasenzimasllamadasribonucleasas.
ElARNmeucarióticoesmonocistrónico,sólocontieneinformaciónparaunacadenapolipeptídica.
El ARNm procariótico no adopta la estructura del ARN eucariótico, careciendo de caperuza y de cola poli – A.
Ademásespolicistrónico,contieneinformaciónparavariasproteínas.
ARNRIBOSÓMICO(ARNr)
Presenta segmentos lineales y segmentos
en doble hélice (estructura 2ª). Además
presenta estructura 3ª al asociarse a
proteínas. Esta estructura 3ª está
relacionada con la síntesis de proteínas ya
que adopta la forma adecuada para dar
alojamientoaunARNmyalosaminoácidos
queformanlasproteínasendichoproceso.
ARNNUCLEOLAR(ARNn)
Se originan en el núcleo a partir de segmentos de ADN, uno de los cuales se denomina región organizadora
nucleolar.Seasociaaproteínasyformaelnucléolo.Despuéssefragmentaydalassubunidadesdelosribosomas,
quesalenporlosporosnucleareshaciaelcitoplasma.
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FUNCIONESDELOSNUCLEÓTIDOSYDELOSÁCIDOSNUCLEICOS
12
Almacenamientodelainformacióngenética
Transmisióndelainformacióngenética
CUESTIONARIODEÁCIDOSNUCLEICOS
1-
¿Enquésediferenciaunnucleósidodeunnucleótido?Formulaunejemplo.
2-
¿Cómo se llama el enlace que se establece entre dos nucleótidos? Escribe la fórmula de un nucleótido y
nómbralo.
3-
DadalasiguientesecuencianucleotídicadeunahebradeADN:3´AGCT5´:
a- Escribelafórmuladesarrolladadelasecuenciaanterior.
b- Escribelasecuenciadesuhebracomplementaria.
4-
¿PorquéelARNmnotieneunaestructuradedoblehélice?¿CuáleslarazóndequelosARNtpresentenalgunas
zonascondoblehélice?
5-
DibujaeltrinucleótidodAMP–dTMP–dCMPyseñalatodoslosenlacesdetipoésterquehay.Parafacilitarel
dibujosimbolizalasbasesnitrogenadasconlasletrasA,TyC.
6-
Dibuja de la misma forma la hebra complementaria. Recuerda que son antiparalelas. Señala en el dibujo
anteriorsihaydosotresenlacesentrelasbasesnitrogenadasydequétiposon.
7-
EnunADNbicatenariosehahalladoqueeneltotaldebasesnitrogenadashayun23%deA.¿Cuálessonlos
porcentajesdelasdemásbases?
8-
¿CuáleslasecuenciadeADNcomplementariade5´.......TACCTCACT....3´?
9-
Enunácidonucleicosehaencontradoelsiguienteporcentajedebasesnitrogenadas:A(22%),G(19%),C(26%)
yU(33%).¿SetratadeADNodeARN?¿Esdeunasolahebraodedoblehebra?
10- Dibuja un segmento de ARN de sólo dos nucleótidos. Señala donde están los enlaces N – glucosídicos, los
enlaces fosfodiestéricos, el lugar donde se situaría el siguiente nucleótido, y la dirección de crecimiento de la
cadenaderibonucleótidos.
11- SehaextraídoyaisladoelADNdeunacélulay,trassudesnaturalización,secompruebaqueunfragmentode
unadesushebrascontienelassiguientesproporcionesdebasesnitrogenadas:A:25%,G:15%,C:32%yT:28%.
Sepide
a- ¿Quéproporcionesdebasesnitrogenadasdeberíacontenerlahebracomplementariaalaanalizadaencaso
deproducirselarenaturalización?
b- En caso de lograrse tal renaturalización y que el ADN fuese funcional, ¿qué proporciones de bases
nitrogenadascabríaesperarquetuvieraelARNproducidoapartirdelahebrainicialdeADN?
12- Asignasunombresistemáticoacadaunodelossiguientesnucleósidos:
• Nucleósidodeadeninayribosa.
• Nucleósidodetiminaydesoxirribosa.
• Nucleósidodeguaninaydesoxirribosa.
• Nucleósidodeuraciloyribosa.
• Nucleósidodecitosinayribosa.
13- Asignasunombresistemáticoalosnucleótidosformadospor:
• Adenina,desoxirribosayungrupofosfato.
• Uracilo,ribosaytresgruposfosfato.
• Timina,desoxirribosayungrupofosfato.
• Guanina,ribosaytresgruposfosfato.
• Citosina,desoxirribosaydosgruposfosfato.
14- Quéotrasfuncionespuedendesempeñarlosnucleótidosenlacélulaademásdeserlossillaresestructuralesde
losácidosnucleicos?
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