1 Los nucleótidos BACHILLERATO. Unidad 5. Los nucleótidos y los ácidos nucleicos. Página 84

Transcripción

1 1 Los nucleótidos Página Indica qué bases nitrogenadas forman parte del ADN y cuáles del ARN. Las bases nitrogenadas que forman parte del ADN son: adenina, timina, citosina y guanina. En el ARN, las bases nitrogenadas constituyentes son: adenina, uracilo, citosina y guanina. 2. Cita qué glúcido forma parte del ADN y cuál forma parte del ARN. El monosacárido que forma parte del ADN es la desoxirribosa. La pentosa que forma parte del ARN es la ribosa. 45

2 2 El ADN Página Una determinada molécula de ADN de cadena doble contiene un 30 % de adenina. Cuáles son los porcentajes de timina, guanina y citosina? Como es una molécula de ADN bicatenario, teniendo en cuenta la complementariedad de bases, se calcula el porcentaje de timina (T) a partir del porcentaje dado de adenina (A), ya que forman pares de bases. Por tanto, hay un 30 % de timina. El contenido de A-T es del 60 %, por lo que el contenido de los pares C-G (citosina-guanina) ha de ser de un 40 %, es decir: C = 20 %, G = 20 %. 2. Explica qué tipo de enlaces mantienen unidas las dos hebras que constituyen el ADN y di en qué zona de la doble hebra se localizan. Los enlaces que mantienen unidas las dos hebras del ADN son los enlaces por puente de hidrógeno que se establecen entre las bases nitrogenadas complementarias. Estos enlaces se establecen siempre de la siguiente manera: la adenina se une mediante dos puentes de hidrógeno con la timina; la guanina establece tres puentes de hidrógeno con la citosina. Las bases nitrogenadas se encuentran situadas en el interior de la doble hélice. Página Explica cuál es el significado de las «cadenas antiparalelas». En las moléculas de ADN de doble hélice, si una cadena tiene su extremo 5 libre (el que está unido al grupo fosfato), su complementaria presentará el extremo 3 libre (el que está unido al grupo hidroxilo) en el mismo lado. En el otro extremo sucede lo mismo, pero al revés: la primera cadena tendrá el extremo 3 libre y el extremo libre de la cadena complementaria será el 5. Por eso se dice que las dos cadenas complementarias del ADN de doble hélice son antiparalelas. 4. Escribir una secuencia determinada de ADN resulta muy difícil, por lo que suele utilizarse la secuencia de bases de la molécula; por ejemplo: 5 ATGC 3. Cuál es la secuencia de bases complementarias a esa molécula? La secuencia de bases complementarias a la molécula dada es: 3 -TACG-5 46

3 3 El ARN Página En relación con las propiedades del ARNt, señala cuáles de estas afirmaciones son incorrectas: a) Tiene tres bases nitrogenadas que son complementarias de otras tres del ARNm. b) Es específico para cada aminoácido. c) Su masa molecular es muy elevada. d) Se encuentra disuelto en el citoplasma. La afirmación incorrecta es la c), ya que el ARNt está formado por moléculas relativamente pequeñas que contienen entre 75 y 90 nucleótidos. 2. En relación con el ARN ribosómico señala la respuesta correcta: a) Es un compuesto estructural exclusivo de los cromosomas. b) Interviene activamente en la primera fase del proceso de traducción proteica. c) Presenta dos tipos de ARNr, uno en cada subunidad del ribosoma. La respuesta correcta es la b). El ARNr unido a proteínas básicas forma los ribosomas (orgánulos encargados de la síntesis proteica). 47

4 4 Otros nucleótidos de interés biológico Página Conviene no confundir las siglas ADN y NAD. Explica lo que significa cada una de ellas. El ADN es el ácido desoxirribonucleico y está formado por una doble cadena de polinucleótidos de desoxirribosa, ácido fosfórico y bases nitrogenadas: adenina, timina, citosina y guanina. Es el portador de la información genética. El NAD es el nicotín-adenín-dinucleótido. Es un piridín nucleótido formado por dos nucleótidos unidos por enlace fosfodiéster que actúa como cofactor en las reacciones de óxido-reducción. 2. Cuáles son los nucleótidos que actúan como cofactores enzimáticos? El ATP actúa como coenzima en diversas reacciones metabólicas implicadas en la transferencia de grupos fosfato, rompiendo por hidrólisis el enlace y liberando energía. El ATP es el intermediario energético celular mayoritario. Actúa transfiriendo energía desde los procesos en los que se libera a aquellos otros en los que se necesita. El NAD, el FMN y el FAD actúan como coenzimas transfiriendo electrones e hidrogeniones en las reacciones de óxido-reducción e intervienen en muchos procesos catabólicos, como la respiración celular. El AMPc actúa como mediador en muchos procesos hormonales y controla la velocidad de muchas reacciones intracelulares. 48

5 Guía para estudiar la unidad Autoevalúate con un test Página 94 En cada cuestión señala la respuesta correcta: 1. Qué monosacáridos forman parte de los ácidos nucleicos? a) Ribosa y glucosa. b) Ribosa y desoxirribosa. c) Glucosa y fructosa. 2. Las bases nitrogenadas que están presentes en el ADN son: a) Adenina, guanina, timina y citosina. b) Timina, guanina, uracilo y citosina. c) Adenina, guanina, uracilo y citosina. 3. En el modelo propuesto por Watson y Crick del ADN, cuál de las siguientes relaciones entre las bases nitrogenadas se cumple? a) [A-T] = [C-G]. b) [A-G] = [T-C]. c) [A-U] = [T-C]. 4. La unión de un nucleótido nuevo a un polinucleótido se realiza: a) Al OH del grupo fosfato en posición 5. b) Al OH en posición 3 de la pentosa. c) Al carbono 5 de la base nitrogenada. 5. Qué glúcido forma parte del ARN? a) La glucosa. b) La desoxirribosa. c) La ribosa. 6. El ARN transferente: a) Presenta en el extremo 5 la secuencia CCA que actúa como aceptor del aminoácido específico. b) Presenta en el extremo 3 un triplete de bases nitrogenadas en el que siempre hay guanina y ácido fosfórico. c) Presenta en el extremo 5 un triplete de bases nitrogenadas en el que siempre está la guanina y el ácido fosfórico libre. 49

6 Actividades evaluativas Página Observa la imagen y responde a las cuestiones: NH 2 O HC N N C C C N N CH HO P O CH 2 OH H H OH H H OH a) De qué molécula se trata? b) Cuáles son sus elementos? c) Qué tipo de enlaces identificas? a) La molécula representada es un nucleótido de adenina. b) Está formado por una pentosa, la base nitrogenada adenina y una molécula de ácido fosfórico. c) Enlace fosfodiéster (entre la pentosa y el ácido fosfórico) y enlace N-glucosídico (entre la pentosa y la base nitrogenada). 2. Se estudiaron dos muestras de ácidos nucleicos y se observaron las siguientes proporciones de bases: MUESTRA 1 28 % A T G C U MUESTRA 2 35 % 14 % a) Qué ácidos nucleicos están siendo analizados? b) Cuáles serán las proporciones del resto de las bases de la muestra 1? Y las de la muestra 2? Razona tus respuestas. a) La muestra 1 corresponde a un ADN, ya que contiene timina. La muestra 2 corresponde a un ARN, ya que contiene uracilo. b) En la muestra 1, al tratarse de una molécula de ADN bicatenario y debido al principio de complementariedad de bases: adenina + guanina = citosina + timina. Si hay 28 % de T, habrá también 28 % de A y 22 % de C y 22 % de guanina. De manera que el porcentaje conjunto de las bases púricas sería: adenina + guanina 28 %+ 22 % = 50 %. Y el de las bases pirimidínicas: citosina+ timina 22 %+ 28 % = 50 %. En el caso de la muestra 2, correspondiente a un ARN, no se puede saber la proporción en que se encuentran la adenina y la guanina. La suma de las dos será 51 % pero por separado no se puede saber. 50

7 3. Indica si la frase siguiente es verdadera o falsa y razona tu respuesta. «NADH 2 y FADH 2 son coenzimas oxidadas». La frase es falsa, porque tanto el NAD como el FAD son nucleótidos de adenina que actúan como cofactores en las reacciones de óxido-reducción y pueden encontrarse tanto de forma oxidada como reducida. En este caso son reducidas y no oxidadas. 4. Cita los diferentes tipos de ARN que conozcas indicando las funciones que realizan. Existen varios ARN diferentes, con la misma composición química, pero distinta estructura y función. El ARN mensajero (ARNm) constituye entre el 2 y el 5 % del total del ARN. Contiene las bases nitrogenadas A, G, C y U. Forma cadenas de tamaño variable y presenta una estructura lineal salvo en algunas zonas de la cadena, donde se forman horquillas debido a la existencia de complementariedad entre las bases. En los eucariotas, el ARNm lleva información para que se sintetice una sola proteína, de ahí que se le denomine monocistrónico. En los procariotas, cada molécula de ARNm contiene información separada para la síntesis de varias proteínas distintas, y se denomina policistrónico. El ARNm en los procariotas tiene una vida muy corta, de algunos minutos, y en los eucariotas dura algunas horas para luego ser destruido por enzimas llamadas ribonucleasas, de esta manera se interrumpe la síntesis proteica. El ARN transferente (ARNt) está formado por moléculas relativamente pequeñas que contienen entre 75 y 90 nucleótidos y cuya función es la de actuar como portadoras de los aminoácidos específicos hasta los ribosomas. Los ARNt contienen además de las bases normales, A, G, C y U, numerosos nucleótidos con bases nitrogenadas diferentes (10 % del total), que son normalmente bases metiladas de las bases principales. Cuando la molécula se dispone en un plano, su aspecto es semejante al que tiene una hoja de trébol. El ARN ribosómico (ARNr) es el más abundante. Constituye hasta un 80 % del total de ARN de una célula. Posee las cuatro bases nitrogenadas principales, y tiene algunas de ellas metiladas. Al igual que el ARNt, presenta zonas con estructura de doble hélice. El ARNr unido a proteínas básicas, forma los ribosomas (orgánulos encargados de la síntesis proteica). El ARN nucleolar (ARNn) se encuentra unido a diferentes proteínas formando el nucléolo. Se origina a partir de diferentes segmentos del ADN denominados región organizadora nucleolar. Una vez formado se fragmenta y da origen a los diferentes tipos de ARNr. Existen otros tipos de ARN que se localizan tanto en el núcleo como en el citoplasma. Algunos de ellos tienen complejas estructuras tridimensionales y ejercen una función catalítica, por lo que reciben el nombre de ribozimas. Otros se asocian con proteínas para formar ribonucleoproteínas, algunas de las cuales modifican los ARNm para hacerlos funcionales. Existen algunos ARN que son autocatalíticos, es decir, son capaces de escindirse en varios fragmentos por sí mismos, sin ayuda de ningún enzima. 51

8 5. Ayudándote de un dibujo en el que aparezca una molécula de ADN, indica: a) Cómo tiene lugar su desnaturalización. b) Si es reversible el proceso. c) Un agente físico y otro químico que desnaturalicen el ADN. a) La desnaturalización del ADN consiste en la pérdida de la estructura en doble hélice. b) El proceso es reversible, es decir, el ADN se renaturaliza cuando los valores de los agentes que producen la desnaturalización se sitúan dentro de los parámetros biológicos. c) Un agente físico es la temperatura y uno químico, los cambios de ph. 6. Dadas las siguientes secuencias de nucleótidos expresadas por sus bases, indica si se trata de ADN o ARN: a) AGGCTCACCTAAG. b) AGCGAUCAUGACA. La secuencia a) puede corresponder a una de las cadenas del ADN, puesto que contiene timina, base exclusiva del ADN. La secuencia b) corresponde a una molécula de ARN, puesto que contiene uracilo. 52

9 7. La fotografía de difracción de rayos X, conocida como foto 51, realizada por Rosalind Franklin, y sus conclusiones, significó un trabajo clave experimental para las investigaciones de Watson y Crick, publicadas en Estos investigadores recibieron el Premio Nobel en 1962 por sus descubrimientos sobre la estructura molecular de los ácidos nucleicos. a) Cita las aportaciones de Rosalind Franklin, Maurice Wilkins y Erwin Chargaff, que sirvieron de base a Watson y Crick para proponer su modelo de estructura del ADN. b) Explica el modelo de la doble hélice B. a) Los estudios de Erwin Chargaff, en la década de los 40, sobre la equivalencia de las bases, junto con los estudios de difracción por rayos X realizados por Rosalind Franklin y Maurice Wilkins sobre fibras de ADN, contribuyeron a que se conocieran determinados datos acerca del ADN, como por ejemplo: El ADN es una molécula larga y rígida. Existe una equivalencia de bases, de manera que, para la misma especie el contenido en bases púricas es igual al de pirimidínicas, o lo que es lo mismo, la proporción de adenina es igual a la de timina y la de citosina igual a la de guanina (Regla de Chargaff). En la molécula existen estructuras que se repiten cada 0,34 y 3,4 nm. b) El modelo que Watson y Crick propusieron era compatible con todos estos datos y, además, permitía comprender el mecanismo por el cual desde el ADN se produce la transmisión de la información genética. El ADN está formado por dos cadenas de polinucleótidos enrolladas alrededor de un eje imaginario, formando una doble hélice de 2 nm de diámetro. Las bases nitrogenadas se encuentran situadas en el interior siendo los planos de sus anillos paralelos entre sí y perpendiculares al eje imaginario de la doble hélice. Recuerda a una escalera de caracol en la que los peldaños son las bases nitrogenadas y los pasamanos las cadenas formadas por el azúcar y el ácido fosfórico. El enrollamiento es dextrógiro es decir, que el sentido del enrollamiento es hacia la derecha. Además es plectonémico, es decir, que para que las dos cadenas se separen es necesario que se desenrollen. Cada vuelta completa de la doble hélice está formada por 10 pares de nucleótidos, por lo que la longitud de la vuelta es de 3,4 nm y cada pareja de nucleótidos está a una distancia de 0,34 nm de la siguiente pareja. La relación espacial entre las dos cadenas da lugar a la formación de un surco mayor y un surco menor en la doble hélice. Las dos cadenas de polinucleótidos son antiparalelas, es decir, sus enlaces fosfodiéster 5 3 tienen direcciones opuestas. Existe complementariedad entre ambas cadenas, ya que las bases nitrogenadas de ambas cadenas están enfrentadas formando puentes de hidrógeno entre ellas. 53

10 8. En 1956, M. B. Hoagland descubrió la existencia de un tipo de ácido nucleico esquematizado en la figura: a) La molécula presenta ciertas zonas bicatenarias. Indica entre qué nucleótidos se puede establecer la complementariedad de bases en este tipo de ácido nucleico. Cuál es su principal función? b) Indica algún orgánulo celular que contenga este tipo de ácido nucleico. a) La figura representa una molécula de ARNt. El ARNt está compuesto por ribonucleótidos con las bases nitrogenadas púricas adenina y guanina, y las pirimidínicas uracilo y citosina, además de un gran número de bases nitrogenadas diferentes, que suelen ser bases metiladas de las cuatro bases citadas. Están constituidos por cadenas relativamente pequeñas (73-93 nucleótidos). Presenta zonas de doble hélice por apareamiento intracatenario entre A y U y entre G y C de regiones antiparalelas. Esto le da una forma de trébol característica y tres bucles, uno de los cuales, el anticodón, presenta la secuencia complementaria del codón correspondiente del ARNm. El ARNt lleva los aminoácidos correspondientes para la síntesis de proteínas hasta el ribosoma según la secuencia del ARNm. Son sintetizados en el núcleo y actúan en el citoplasma. b) Tanto las mitocondrias como los cloroplastos contienen sus propios ARNt, ya que en estos orgánulos se realiza la transcripción y la traducción de su propio ADN. 54