6.- POLINUCLEÓTIDOS: ÁCIDOS NUCLEICOS INTRODUCCIÓN ESTRUCTURA PRIMARIA ESTRUCTURA SECUNDARIA

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1 1.- INTRODUCCIÓN 2.- COMPOSICIÓN QUÍMICA 3.- NUCLEÓSIDOS 4.- NUCLEÓTIDOS 5.- NUCLEÓTIDOS LIBRES 6.- POLINUCLEÓTIDOS: ÁCIDOS NUCLEICOS INTRODUCCIÓN 6.2. ADN INTRODUCCIÓN ESTRUCTURA PRIMARIA ESTRUCTURA SECUNDARIA VARIACIONES DE LA ESTRUCTURA DEL ADN PROPIEDADES ARN FUNCIONES DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS 1

2 1.- INTRODUCCIÓN Los ácidos nucleicos fueron descubiertos por el biólogo suizo, Miescher, en Son polímeros formados por la unión de unidades básicas (monómeros), los nucleótidos. La hidrólisis de estos polímeros por lo tanto dan lugar a los nucleótidos. Desempeñan funciones trascendentales ya que contienen toda la información genética del individuo (codificada) y las instrucciones precisas para su lectura. Presentan carácter ácido debido a los restos de ácido fosfórico que presentan. Los elementos químicos que forman parte de los ac. nucleicos son el C, H, O, N y P. Un nucleótido está formado por un nucleósido y una molécula de ac. ortofosfórico, y a su vez el nucleósido por un azúcar ( Ribosa o dribosa) y una base nitrogenada. 2.- CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS El ac. ortofosfórico: H 3 PO 4 OH I O= P- OH I OH La pentosa: β D-ribofuranosa ó β D- dsoxirribofuranosa Las bases nitrogenadas: compuestos heterocíclicos con átomos de N en el anillo. Carácter básico. Ø Bases pirimidínicas: derivan de la pirimidina. Son: Uracilo, Timina y Citosina. (U,T,C) Ø Bases púricas: derivan de la purina. Son: Adenina y Guanina.(A,G) 2

3 3.- NUCLEÓSIDOS Formados por la unión de una pentosa y una base nitrogenada, mediante enlace N-glucosídico, entre el carbono 1 de la pentosa y el N 1 de la base pirimidínica y el N 9 si la base es púrica, desprendiéndose una molécula de agua. Si el azúcar es ribosa se llaman ribonucleótidos, si es la dribosa se llaman desoxirribonucleósidos. Se nombran de varias maneras, una con el nombre de la base nitrogeneda seguido del sufijo-osina si es púrica y con el sufijo IDINA si es pirimidínica. Ej: Guanosina, Adenosina, Citidina, 4.- NUCLEÓTIDOS Compuestos formados por la unión de un nucleósido y una molécula de ac. ortofosfórico mediante enlace éster entre el C 5 de la pentosa y el H 3 PO 4. Es decir, son ésteres fosfóricos de los nucleósidos. Se nombran de varias maneras, una anteponiendo la palabra ácido más el nombre de la base con el sufijo ÍLICO ac. adenílico, ac. citidílico, ), o bien con el nombre del nucleósido seguido del número de fosfatos ( adenosina monofosfato o AMP). Los nucleótido en su forma trifosfato sirven de sustrato para la síntesis de los ac. nucleicos. Pero existen otros nucleótidos libres. 3

4 5.- NUCLEÓTIDOS LIBRES a) ADENOSÍN FOSFATOS: Esterificados por 1,2 o 3 moléculas de H 3 PO 4. Estos enlaces presentan gran cantidad de energía química potencial, de manera que al hidrolizarse liberan gran cantidad de energía. Por eso son nucleótidos que almacenan energía. Cuando la célula la necesita se produce la hidrólisis y la liberación de una o dos moléculas de H 3 PO 4. Actúan también como intermediarios en las reacciones metabólicas. Pi Pi ATP ADP+ ENERGÍA AMP+ ENERGÍA b) NUCLEÓTIDOS CÍCLICOS: AMPc: AMP esterificado en dos grupos OH por una molécula de H 3 PO 4. Controla la velocidad de reacciones intracelulares y actúa como segundo mensajero en la recepción de señales, por ejemplo, cuando una hormona ha de desencadenar una respuesta en una célula, y es incapaz de atravesar la membrana, se fija a un receptor de membrana que activa a una proteína capaz de sintetizar AMPc en el interior de la célula y este activa las enzimas necesarias para que se produzca la respuesta. 4

5 Coenzimas derivados de nucleótidos: No son específicos en cuanto al sustrato, sino que cada clase de coenzima actúa sobre un tipo de reacción. a) Piridín nucleótidos: NAD y NADP, derivan de la nicotinamida o vitamina B 3.Actúan como coenzimas en proceso redox, captando y cediendo H +. b) Flavín nucleótidos: FMN y FAD, la vitamina B 2 o riboflavina, actúa como precursor de estos nucleótidos, que también intervienen en el transporte de H + y e -. c) Coenzima A (CoA): Derivado del ADP que contiene ac.pantoténico (vitamina B 5 ). transfieren grupos acilo (CH 3 CO) activando ac. orgánicos en el metabolismo aerobio. 6.- ÁCIDOS NUCLEICOS INTRODUCCIÓN Los ácidos nucleicos son polímeros de nucleótidos (polinucleótidos), unidos mediante enlaces fosfodiester 5 3 ; es decir, el fosfato de un nucleótido unido al carbono 5 de la pentosa se une también por un enlace éster al carbono 3 del siguiente nucleótido. De esta manera se forma una cadena en la que alternan las pentosas y los fosfatos, disponiéndose lateralmente al esqueleto de la cadena, las bases nitrogenadas. El crecimiento de la cadena se produce en la dirección 5 P a 3 OH. Es decir, los nuevos nucleótidos se adicionan al extremo 3 OH de la cadena en crecimiento. Si la pentosa es la ribosa el ac. nucleico se llama ARN y si es la dribosa, ADN. 5

6 6.2.- ADN INTRODUCCIÓN Es un polímero de desoxirribonucleótidos de adenina, citosina, guanina y timina. Se localiza en el núcleo de las células eucariotas, y en la región nucleoide de las procariotas, también hay una pequeña cantidad en las mitocondrias y cloropolastos. Es una macromolécula de elevado peso molecular capaz de autoduplicarse. Todos los organismos tienen una determinada cantidad de ADN, llamada cromatina que es constante en las células somáticas y se reduce a la mitad en las células sexuales (gametos). La cantidad de ADN en la célula está en función del número de cromosomas y en cada especie es diferente ESTRUCTURA PRIMARIA Corresponde a la secuencia lineal de los dribonucleótidos. Cada cadena lineal de polinucleótidos se caracteriza por la secuencia de sus nucleótidos ( igual que los aminoácidos en las proteínas); las combinaciones de los cuatro tipos de nucleótidos proporciona un número elevado de combinaciones, lo que permite almacenar la información necesaria para la programación de la vida de toda célula. En cada individuo la composición de ADN es única. Chargaff (1950) demostró que las proporciones de las bases nitrogenadas eran diferentes en los distintos organismos, aunque seguían algunas reglas. Estas reglas de Chargaff se cumplen en los organismos cuyo material hereditario es ADN de doble hélice y son las siguientes: - La suma de las bases púricas es igual a la de las bases pirimidínicas: A+G= T+C. Por lo tanto A+G/T+C= 1 - Principio de equivalencia: A/T=1 y C/G=1 Porque A=T y C=G Sin embargo, la proporción entre (A+T) y (G+C) es característica de cada organismo, pudiendo tomar por tanto, diferentes valores según la especie estudiada. Este resultado indicaba que los ácidos nucleicos no eran la repetición monótona de un tetranucleótido, sino que existía una variabilidad en la composición de las bases nitrogenadas ESTRUCTURA SECUNDARIA En 1953 Watson y Crick marcaron un hito en la historia de la Biología al descubrir la estructura secundaria del ADN (estructura tridimensional). Al mismo tiempo Wilkins mediante difracción de rayos X observaba que el ADN es una estructura fibrilar de 20 Å de diámetro (1 Å = 10-4 µ ). Los trabajos de estos científicos llevaron a la conclusión de que el ADN está formado por dos cadenas de dpolinucleótidos enrolladas en forma de doble hélice alrededor de un eje imaginario a ambas cadenas ( semejante a una escalera de caracol), siendo este enrollamiento dextrógiro. El esqueleto de cada cadena está formado por los grupos fosfato y dribosa que se alternan entre se y perpendiculares se disponen las bases nitrogenadas la adenina enfrente de la timina y la citosina de la guanina. La unión de estas bases se lleva a cabo mediante enlaces intercatenarios los puentes de hidrógeno: A=T y C=G. Debido a esto se dice que son complementarias. 6

7 puentes de hidrógeno Además son cadenas antiparalelas, es decir si se avanza en un sentido en una cadena los enlaces fosfodiester van en la dirección 5 3 y en la otra cadena de 3 5. Si observamos esta estructura nos damos cuenta de las diferencias que se establecen entre los ADN de las distintas especies son - La longitud de la molécula (número de pares de nucleótidos), generalmente es enorme; así por ejemplo, el ADN de la mosca del vinagre aumentado veces se parecería a un fideo de 6 km de longitud. El ADN humano tiene una longitud de 2 m dentro de un núcleo de 5µ de diámetro. - El número de moléculas de ADN. - La secuencia de dnucleótidos, esto último explica el papel del ADN como molécula que almacena el mensaje genético, capaz de replicarse para transmitir este mensaje a las células hijas VARIACIONES DE LA ESTRUCTURA DEL ADN El ADN de las células procariotas, cloroplasto y mitocondrias se une por sus extremos constituyendo un anillo, ADN circular. En ocasiones sufre nuevos enrollamientos, ADN superenrollado. ADN monocatenario, en algunos virus. Conformación A y Z, la estudiada por Watson y Crack es B. 7

8 PROPIEDADES Debido a los grupos fosfatos se comporta como un ácido fuerte. Se puede desnaturalizar por un incremento de temperatura, cambio de ph,cambios iónicos y romperse los puentes de hidrógeno separándose las dos hebras. La desnaturalización del ADN provocada por el aumento de la temperatura se denomina fusión. Se dice que el punto de fusión es la temperatura en la cual se encuentran desnaturalizadas la mitad de las moléculas de ADN. La desnaturalización del ADN es un proceso reversible, ya que si se enfría y se mantiene en esa temperatura durante el tiempo suficiente, es capaz de recuperar su forma inicial de doble hélice (renaturalización). Si se mezclan moléculas de ADN desnaturalizadas de diferente procedencia, al enfriar la solución se pueden obtener moléculas híbridas. La hibridación constituye una de las técnicas fundamentales en la tecnología de ADN recombinante ( como la reacción de la polimerasa o PCR), fundamento de la ingenieria genética o biotecnología. También permite reconocer el grado de relación genética o de parentesco entre dos ADN y aplicarlo al estudio de las relaciones filogenéticas entre las especies. La desnaturalización del ADN provocada por el incremento de temperatura se denomina fusión. El punto de fusión, es la Tª en la cual la mitad de las moléculas de ADN se encuentran desnaturalizadas. El punto de fusión varía en cada especie y está relacionado con la proporción de G+C, como se observa en la siguiente gráfica. 1) Staphylocccus aureus; 2) Timo de becerro; 3) Escherichia coli; 4) Brucella abortus; 5) Streptomyces griseus 8

9 Capacidad de autoduplicación, consiste en la formación de otra molécula de idéntica estructura y composición a la progenitora. Mediante enzimas las dos cadenas se separan y, a partir de cada una de ellas se forman nuevas hebras complementarias ARN Polímero de ribonucleótido de adenina, uracilo, guanina y citosina. Son los ácidos nucleicos más abundantes. Se localizan en el núcleo (nucleolo), hialoplasma, cloroplastos, mitocondrias y formando parte de los ribosomas. Los ARN son monocatenarios, aunque algunos adoptan estructura secundaria. Tipos: ARN mensajero (ARNm): copia la información codificada del ADN, es una cadena complementaria a otra del ADN(a veces forma horquillas o lazos por emparejamiento de algunas bases). Tiene una vida breve, en procariotas se degrada de 3 a 5 minutos, en eucariotas en 10 horas. El proceso de del ADN por parte del ARNm se llama transcripción. ARN ribosómico (ARNr): Es el ARN más abundante (75% del ARN celular), es el componente esencial de los ribosomas, está formado por largas moléculas con numerosos plegamientos y regiones en las que se aparean el uracilo con la adenina y la citosina con la guanina. Los ARN ribosómicos de eucariotas son el resultado de la maduración del ARNnucleolar. ARN transferente (ARNt): presente en el hialoplasma, transporta los aminoácidos específicos que van a constituir las proteínas, hasta los ribosomas; son los ácidos nucleicos más pequeños. Aunque es un ARN monocatenario adquiere estructura secundaria, que debido a su forma se llama hoja de trébol, que además sufre unos enrollamientos adoptando una estructura en forma de L. Presenta: - Un Brazo y asa T,es el lugar de unión al ribosoma. - Brazo y asa D representan el lugar de unión con el enzima aminoacil ARN-t sintetasa, específico. - Un brazo aceptor, donde se une el aminoácido en el extremo 3 donde aparece siempre la secuencia ACC. - El lóbulo del anticodón. Triplete de bases que aparece en el bucle opuesto al brazo aceptor y que se complementa con el codón (triplete de bases del ARNm). Cada ARNt lleva un anticodón diferente, dependiendo del aminoácido que transporte. 9

10 ARN nucleolar (ARNn): forma parte del nucleolo sy e origina por transcripción de un segmento de ADN, llamada región del organizador nucleolar FUNCIONES DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS ADN - Dirige la división celular: es la única molécula capaz de autoduplicarse, transmitiendo la información a las células hijas. - Almacena toda la información genética, es decir contiene las instrucciones precisas para sintetizar las proteínas responsables de toda la actividad de la célula. - Puede sufrir mutaciones, que se traducen en cambios morfológicos y funcionales en las células y por lo tanto en los organismos, además estas alteraciones se transmiten de generación en generación, lo que proporciona a las especies la capacidad de evolucionar. Resumiendo el ADN es el material formador de genes, controla todos los procesos de la herencia, todo el metabolismo y toda la capacidad de autoperpetuación. Es la base de la vida. ARN Estos polinucleótidos están relacionados con la síntesis de proteínas, el ARNm copia del ADN la información mediante la transcripción, el ARNr y el ARNt intervienen en el proceso de la traducción, que es la síntesis de proteínas a partir de la información del ARNm, que es el que dicta las órdenes de cómo han de colocarse los aminoácidos. 10

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