TEMA 6: NUCLEÓTIDOS Y ÁCIDOS NUCLEICOS

Transcripción

1 TEMA 6: NUCLEÓTIDOS Y ÁCIDOS NUCLEICOS COMPOSICIÓN DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS - Los ácidos nucleicos son macromoléculas biológicas formadas por C, H, O, N y P. - Son los encargados de almacenar, transmitir y expresar la información genética. - Hay dos tipos de ácidos nucleicos: ADN y ARN. - Están constituidos por moléculas más simples llamadas nucleótidos, formadas por una base nitrogenada, una pentosa y una molécula de ácido fosfórico. BASES NITROGENADAS Compuestos heterocíclicos formados por C y N. Hay dos tipos: 1. Bases púricas: Adenina y Guanina. 2. Bases pirimidínicas: Timina, Citosina y Uracilo GSK/base%2520nitrogenadas.gif PENTOSAS Pueden ser ribosa (presente en el ARN) o desoxirribosa (presente en el ADN). Son monosacáridos cíclicos de cinco átomos de carbono. Los átomos de carbono se numeran 1, 2, etc., para evitar confusiones con los átomos de las bases nitrogenadas. ÁCIDO FOSFÓRICO En los nucleótido se encuentra en forma de ión fosfato (PO 4 2- ). 1

2 NUCLEÓSIDOS - Se forman por la unión de una base nitrogenada y una pentosa mediante un enlace N-glucosídico, perdiéndose una molécula de agua. - El enlace tiene lugar entre el OH del C 1 de la pentosa y el nitrógeno de la base nitrogenada (N 1 si es pirimidínica o N 9 si es púrica). - Se nombran añadiendo la terminación -idina, si es una base pirimidínica (timidina, citidina, uradina) o bien -osina si la base es púrica (adenosina, guanosina). Si la pentosa es la desoxirribosa se añade el prefijo desoxi a esta nomenclatura (desoxiadenosina ). NUCLEÓTIDOS - Se forman por la unión de un nucleósido y un ácido fosfórico, el cual aporta un fuerte carácter ácido a la molécula. - El enlace es de tipo éster, entre el grupo OH del C 5 de la pentosa y el ión fosfato PO 4 2-, y tiene lugar la pérdida de una molécula de agua. - Se nombran como el nucleósido del que proceden eliminando la a final y añadiendo la terminación 5 -monofosfato, 5 -difosfato en función del número de iones fosfato que se adicionen al nucleósido. NUCLEÓTIDOS NO NUCLEICOS Aparecen libres en las células. Desempeñan varias funciones: Intervienen en el metabolismo y en su regulación como activadores de enzimas. Aportan energía en reacciones celulares. Actúan como coenzimas. 1. NUCLEÓTIDOS DE FLAVINA ADP y ATP Los grupos fosfato de los que se componen, se unen mediante enlaces ricos en energía, la cual se acumula en el enlace y se libera cuando este se rompe por hidrólisis. - La energía desprendida en reacciones exergónicas (con energía libre de Gibbs negativa) se emplea para formar ATP a partir de la unión de ADP y ácido fosfórico (fosforilación). - La energía necesaria para que se produzcan las reacciones endergónicas (con energía libre de Gibbs positiva) procede de la hidrólisis del ATP, dando lugar a ADP y ácido fosfórico (desfosforilación). AMP cíclico (AMP c ) Nucleótido de Adenina cuyo grupo fosfato está esterificado con los C 5 y C 3 de la ribosa, originando una estructura cíclica. Se forma a partir del ATP intracelular a partir de una reacción catalizada por la adenilato ciclasa presente en la membrana celular, que se activa por la unión de hormonas a receptores específicos de la membrana. Debido a la forma en la que se origina, al AMP c se le conoce como segundo mensajero. Las hormonas son los primeros mensajeros. 2

3 2. NUCLEÓTIDOS COENZIMÁTICOS Las coenzimas son moléculas orgánicas no proteicas que intervienen en reacciones catalizadas por enzimas, generalmente actuando como transportadores de electrones. No tienen especificidad con el sustrato. NUCLEÓTIDOS DE FLAVINA La base nitrogenada es la flavina y la pentosa un derivado de la ribosa llamado ribitol. Originan un nucleósido llamado riboflavina o vitamina B 2. FMN: Flavín-mononucleótido. La flavina está unida a un grupo fosfato. FAD: Flavín-adenosín-dinucleótido. FMN unido mediante un enlace fosfodiéster a AMP. Son coenzimas de deshidrogenasas, las cuales catalizan reacciones redox, y pueden aparecer oxidados (FMN, FAD) o reducidos (FMNH 2, FADH 2 ). Intervienen en la respiración celular. NUCLEÓTIDOS DE PIRIDINA Unión del nucleótido de nicotinamida (vitamina B 3 ) y el de adenina mediante un enlace fosfodiéster. NAD: Dinucleótido de nicotinamida adenina. NADP: Fosfato del dinucleótido de nicotinamida y adenina. Son coenzimas de deshidrogenasas, las cuales catalizan reacciones redox, y pueden aparecer oxidados (NAD, NADP) o reducidos (NADH, NADPH). Intervienen en la respiración celular y en la fotosíntesis. COENZIMA A (CoA ó CoA-SH) Formada por la unión del ácido pantoténico (derivado del ADP) y la β-mercaptoetilamina. Interviene en el ciclo de Krebs (respiración celular). Un derivado de la CoA es el acetil coenzima A (acetil CoA), que marca la conexión entre la glucólisis y el ciclo de Krebs (respiración celular). ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO: ADN - F. Miescher, en 1869, aisló de los núcleos de leucocitos una sustancia formada por C, H, O, N y P, a la que denominó nucleína. Posteriormente se descubrió que se trataba de un ácido y se la llamó ácido nucleico. - A. Kossel y P. Levene, en los años 30, concluyeron que esta molécula era el ADN. - El ADN es un polímero lineal formado por A, T, C y G, con distintos niveles de complejidad: ESTRUCTURA PRIMARIA - Es la secuencia de nucleótidos unidos mediante enlaces fosfodiéster formados entre el grupo fosfato del C 5 de un nucleótido y el OH del C 3, del siguiente nucleótido, dando lugar a enlaces Las cadenas de nucleótidos se diferencian en el tamaño, composición y secuencia de bases. - El orden en el que los nucleótidos se unen en una cadena de ADN es determinante para sintetizar las proteínas. - La información que tiene un fragmento determinado de ADN que codifica para una proteína se llama gen. 3

4 ESTRUCTURA SECUNDARIA: MODELO DE WATSON Y CRICK La estructura espacial del ADN la establecieron Watson y Crick en Se llama forma B. Para ello se basaron en los estudios de Chargaff, Franklin y Wilkins sobre el contenido de las bases nitrogenadas y estudios de difracción de rayos X. El ADN es una molécula larga, rígida y no plegada. Presenta detalles estructurales repetidos cada 0,34 nm y cada 3,4 nm. La proporción de Adenina (A) es igual a la de Timina (T). A = T. La relación entre Adenina y Timina es igual a la unidad (A/T = 1). La proporción de Guanina (G) es igual a la de Citosina (C). G= C. La relación entre Guanina y Citosina es igual a la unidad ( G/C=1). La proporción de bases púricas (A+G) es igual a la de las bases pirimidínicas (T+C). (A+G) = (T + C). La relación entre (A+G) y (T+C) es igual a la unidad (A+G)/(T+C)=1. - Watson y Crick propusieron un modelo de doble hélice de 2 nm de diámetro, formada por dos cadenas de polinucleótidos que se enrollaban alrededor de un eje imaginario. - Las bases nitrogenadas se sitúan hacia el interior de la doble hélice. - Esta estructura recuerda a una escalera de caracol en la que los peldaños son las bases nitrogenadas y los pasamanos los azúcares y los grupos fosfato. - El enrollamiento de la doble hélice es dextrógiro y plectonémico, lo que significa que para separarse deben desenrollarse. - Cada pareja de nucleótidos se separa de la siguiente por una distancia de 0,34 nm y cada vuelta de hélice está formada por 10 pares de nucleótidos, lo que supone una longitud de 3,4 nm por vuelta de hélice. - Las dos cadenas polinucleotídicas son antiparalelas, es decir, una de ellas presenta enlaces en dirección 5 3 y la otra en dirección Las cadenas son complementarias, de manera que hay una correspondencia entre las bases nitrogenadas: A se aparea con T mediante dos enlaces de hidrógeno. G se aparea con C mediante tres enlaces de hidrógeno. ESTRUCTURAS ALTERNATIVAS A LA DOBLE HÉLICE ADN-A Se obtiene del ADN-B cuando la humedad relativa se reduce al 75%. No aparece en condiciones fisiológicas, solo en laboratorio. Es una doble hélice dextrógira donde los pares de bases están inclinados 20 respecto al eje de la hélice. Es una hélice más ancha y más corta que la B. Mide 2,3 nm y tiene 11 pares de bases nitrogenadas por cada vuelta. ADN-Z Es una doble hélice levógira que mide 3,8 nm y hay 12 pares de bases por cada vuelta de hélice. Su forma es debida a la existencia de numerosos nucleótidos de guanina y citosina alternados. Se piensa que interviene en la expresión del mensaje genético. ADN-A ADN-B ADN-Z 4

5 FUNCIÓN BIOLÓGICA DEL ADN - Almacena la información genética y transmite a la descendencia las instrucciones necesarias para construir todas las proteínas presentes en los organismos. - Puede hacer copias de sí mismo mediante un proceso denominado replicación ó duplicación. - Hay una relación directamente proporcional entre la complejidad de un organismo y la cantidad de ADN que posee. ADN EN PROCARIOTAS Presentan un ADN circular, con sus extremos cerrados, llamado cromosoma bacteriano. Pueden contener moléculas circulares más pequeñas denominadas plásmidos. ADN EN EUCARIOTAS Aparece en el interior del núcleo formando largas cadenas lineales que se asocian a proteínas de carácter básico llamadas histonas. Dan lugar a una fibra visible al microscopio electrónico. El conjunto de estas fibras recibe el nombre de cromatina, la cual se compacta cuando la célula entra en división, formando los cromosomas. El ADN también se localiza en mitocondrias y cloroplastos, y codifica proteínas propias de estos orgánulos. ADN EN VIRUS Adopta numerosas formas. Presentan una única molécula monocatenaria o bicatenaria, que a su vez cada una de ellas puede ser lineal o circular. ÁCIDO RIBONUCLEICO: ARN Simultáneamente al descubrimiento del ADN, Miescher observó una sustancia similar que era el ARN. El ARN está formado por la unión de ribonucleótidos de A, C, T, y U por enlaces fosfodiéster en sentido En la mayoría de los organismos, el ARN es monocatenario, excepto en algunos virus, que puede ser bicatenario. En los ARN monocatenarios pueden aparecer unas zonas denominadas horquillas, las cuales forman estructuras en doble hélice debido a los puentes de hidrógeno entre pares de bases complementarias. Las zonas no complementarias situadas entre las horquillas forman bucles. - La función del ARN es permitir la síntesis de proteínas a partir de la información contenida en el ADN. Los ARN se originan a partir de distintos fragmentos de ADN que van a servir como molde en un proceso llamado transcripción. El ARN va a dar lugar a distintas proteínas en un proceso llamado traducción. ARN MENSAJERO: ARN m - Constituye el 2-5 % del total del ARN. - Tiene una estructura lineal, excepto en zonas con horquillas, debido a la presencia de bases complementarias. - Copia información de un fragmento de ADN complementario a él en la transcripción, llevándola a los ribosomas, donde se producirá la síntesis de proteínas. Procariotas: Se llama ARN monocistrónico, porque tiene información para la síntesis de una sola proteína. Eucariotas: Se llama ARN policistrónico, ya que el ARN tiene información para sintetizar varias proteínas. - El ARN sólo vive unos minutos, ya que es rápidamente degradado por ribonucleasas. Esto es necesario para que la síntesis de proteínas sólo se produzca cuando estas son necesarias. ARN RIBOSÓMICO: ARN r - Constituye hasta el 80% del total del ARN de una célula. - Son moléculas largas y monocatenarias, aunque existen zonas con bases complementarias apareadas. - Se va a asociar a un conjunto de proteínas de carácter básico, dando lugar a los ribosomas. 5

6 ARN DE TRANSFERENCIA: ARN t - Transporta los aminoácidos hasta los ribosomas, para que se unan y den lugar a las proteínas. - Está formado por nucleótidos. - Algunas zonas de la molécula tienen estructura de doble hélice, y en las zonas donde no existe complementariedad de bases se forman bucles. - Tiene nucleótidos con un 10% de bases nitrogenadas distintas a las comunes del ARN (A, C, G, y U). - Hay unos 50 tipos de ARN t, pero todos presentan características en común: En el extremo 5 hay un triplete de bases nitrogenadas en el que siempre está presente la G y un ácido fosfórico libre. El extremo 3 está constituido por tres bases nitrogenadas (A-C-C) sin aparear, y es el sitio donde el ARN t se va a unir al aminoácido que transportará al ribosoma. En el brazo A hay un triplete de bases llamado anticodon, que es diferente para cada ARN t, según el aminoácido que vaya a transportar. Además es complementario al correspondiente triplete del codón del ARN m. - Además de estas zonas, el ARN t posee el brazo T, que tiene timina, donde se va a unir al ribosoma. - El brazo D es la zona de unión a la aminoacil-t-arn sintetasa, enzima que cataliza su unión con el aminoácido. ARN NUCLEOLAR: ARN n Se asocia a proteínas y forma el nucléolo. Se forma en el núcleo a partir de segmentos de ADN llamados organizadores nucleolares. Una vez formado se fragmenta y da lugar al ARN r. 6