Sesión 28. Tema: Ácidos nucleicos I. Objetivos de la sesión Que los alumnos rec onozcan la es truc tura y función de los ácidos nucleicos

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1 Sesión 28 Tema: Ácidos nucleicos I. Objetivos de la sesión Que los alumnos rec onozcan la es truc tura y función de los ácidos nucleicos II. Temas U no de los may ores triunfos de la moderna biología molec ular fue el descubrimiento que los genes están compuestos de moléculas polímeros de largas cadenas llamadas ácido desox irribonucleic o (DN ), y que la información genética es tá c ontenida en una particular s ecuencia de nucleótidos (monómeros cons tituy entes) en la molécula de DN. sí, la idea básica de la moderna genétic a molecular es que toda la información genétic a usable consis te de sec uenc ias de nucleótidos en las moléc ulas de DN. Pero esta es sólo parte de la historia. Los proc esos v iv ientes requieren que un gran número de moléc ulas de proteina espec íficas sean continuamente fabric adas en la célula en la cantidad neces aria, en el tiempo adecuado y en el lugar requerido. C omo hemos v isto, las proteinas son polímeros de grandes cadenas tridimensionales fabricados uniendo v arios aminoácidos como monómeros. C ómo se traslada la información genética contenida en la secuenc ia de nucleótidos en el DN a secuencias de aminoácidos en las moléc ulas de proteinas? Esta es la cuestión fundamental del código genétic o. La síntesis de proteinas, usando DN como patrón primario, inv olucra a otra importante clase de ácidos nucleicos, llamados ácidos ribonucleicos (RN). sí, las moléculas clave de la vida parecen ser los ácidos nucleicos (DN y RN) y las proteinas. Para entender el papel de los ácidos nucleicos en la transmisión de la información genética, deberemos primero entender su es tructura. C ada unidad de nucleótido en un ácido nucleic o consis te de tres partes: un grupo fos fato, un grupo pentosa (az úcar de 5 átomos de carbono) y una bas e nitrogenada heteroc íclica: Base Nitrogenada Fosfato zúcar Representación simbólic a de una unidad de nucleótido Las unidades simples de nucleótidos se unen unas a otras en una reacción químic a llamada condensación: se forma un enlace cov alente entre el grupo azúcar de una unidad y el grupo fos fato de otra unidad. Las bases se proy ectan desde es ta columna v ertebral az úcar-fos fato: Segmento de 4 nuc leótidos de un polímero de un ácido nucleico

2 Encontramos dos tipos de az úcar en unidades de nucleótidos: ribosa y desox irribosa. El azúcar desox y rribosa c ontiene un ox ígeno menos que el azúc ar ribosa. En el RN la unidad de azúcar es la ribosa, como lo indica el nombre ácido ribonucleico. En el DN la unidad de azúc ar es la des ox irribos a, como lo implic a el nombre ácido desox irribonucleico. Encontramos dos clas es de bas es nitrogenadas heteroc íclic as en el DN y el RN, las pirimidinas (un anillo simple) y las purinas (un doble anillo) U na unidad de nucleótido para el DN se forma por dos enlaces cov alentes: uno se forma entre una unidad fosfato (del ácido fos fórico) y el átomo de carbono número 5 de una unidad de azúcar desox irribosa. El otro enlace cov alente se forma entre el átomo de carbono número 1 del azúcar y un átomo de nitrógeno en el anillo de una de las cuatro bases nitrogenadas, adenina, timina, guanina o citosina. N o encontramos

3 uracilo en el DN y no encontramos timina en el RN. sí, las diferencias estruc turales entre el DN y el RN están en la unidad de azúc ar (des ox irribos a o ribosa respectiv amente) y en las bas es (timina en el DN y uracilo en el RN ). Para conec tar los nucleótidos en moléculas de largas cadenas de DN o RN, el grupo fos fato forma enlaces cov alentes c on el átomo de carbono número 5 del azúc ar de un nucleótido y el átomo de carbono 3 del az úcar de otro nucleótido. Las unidades alternadas de azúcar y fosfato forman as í una columna v ertebral con las distintas bases nitrogenadas ex tendiéndose hacia fuera de la cadena: denina () Timina (T) Guanina (G) Citosina (C) Estruc tura detallada de una sec uencia de cuatro nucleótidos de un polímero de DN.

4 Diferentes cadenas de DN pueden contener de cientos a muchos miles de unidades de nucleótidos. C omo v eremos más adelante, la s ecuencia particular de bases nitrogenadas en una cadena de DN porta la información del código genétic o. Estas unidades de bases se pueden ordenar de muchas diferentes maneras en la larga cadena. U n grupo de tres bases nitrogenadas, c onocido como un c odón, dirige la adición de una unidad base (un amino ácido) a la cadena proteica en crecimiento. El orden de las bases nitrogenadas en el codón determina qué amino ácido se agrega: Cadena de DN mino ácido 1 mino ácido 2 mino ácido 3 mino ácido 4 C ada secuenc ia de tres bases nitrogenadas, llamada codón, contiene la informac ión necesaria para unir un aminoácido espec ífico en la c adena de proteina en crec imiento El RN usualmente cons iste de una c adena nuc leótida s imple. En 1953, Maurice Wilkins, James Wats on y Francis C rick propusieron que el DN normalmente aparec ía en las células en la forma de una doble hélix, consis tente en dos largas c adenas o hebras de DN enrolladas una alrededor de la otra en una espiral o hélix :

5 Columna vertebral de azúcarfosfato alternados (2 hebras) Bases: Timina Guanina Citosina denina T G C El modelo de Watson-C rick del DN como una hélix de dos hebras. Las dos hebras son mantenidas unidas por puentes de hidrógeno (líneas punteadas) entre bas es nitrogenadas de las hebras opuestas. Esta es truc tura sec undaria se puede v isualizar como una escalera de es piral, en la c ual las columnas v ertebrales de ambas hebras representan las barandas, y los pares de bases (uno de cada hebra), unidos por los puentes de hidrógeno, representan los peldaños o escalones. Las moléculas de DN v arían en el número y secuencia de los pares de bases de los esc alones, de los cuales pueden tener hasta Wats on y C rick analiz aron datos de difracción de ray os X en moléculas de DN, y de estos y otros datos dedujeron que sólo determinadas bases podían aparears e. denina se aparea o forma dos enlaces de hidrógeno sólo con Timina (-T o T-), y Guanina se aparea o forma tres enlaces de hidrógeno s ólo con Par de bases Citosina (G-C o C-G)

6 2 enlaces de hidrógeno Timina (T) Hebra 2 denina () Hebra 1 Guanina (G) Citosina (C) 3 enlaces de hidrógeno pareamiento de bases adenina y timina (-T o T-) y guanina y citosina (G-C o C -G) en dos hebras de DN mediante enlac es de hidrógeno. unque es tos enlac es de hidrógeno son débiles comparados con los enlac es cov alentes que mantienen a los nucleótidos unidos a cada hebra, el gran número de enlac es formados le da a la doble hélix estabilidad en el rango de temperaturas enc ontradas en las células v iv as. Los genes s on s egmentos de moléculas de DN. sí, todos los genes c onsis ten de ordenamientos de los cuatro posibles apareamientos de bas es, pero difieren uno de otro en la secuencia de los pares de bases. Esta es la información genétic a que puede ser tras pas ada. sí la diferencia genétic a esencial entre nosotros y un caballo radic a en la secuencia codificada de pares de bases en nues tras moléculas de DN. sí como es ta fras e en cas tellano contiene información de acuerdo a la partic ular secuencia de las 26 posibles letras del alfabeto, la molécula de DN traspas a información genética de ac uerdo a la sec uencia de los cuatro posibles pares de bas es en el alfabeto genético. U na molécula de DN puede contener muchos genes, o mensajes, igual como una frase puede contener muchas palabras. Este modelo del DN como una doble hélix con pares de bases unidas por enlaces de hidrógeno fue un hito en el des arrollo y la his toria de la bioquímica. En 1962, Watson, C rick y Wilkins recibieron el premio N obel por s u trabajo s obre la es tructura del DN. III. ctividad previa. Sy llabus sesión 26 IV. Metodología de la sesión. C lase ex positiv a, de debate y con ejercicios prác ticos

7 V. Lectura post-sesión. Por definir