Biomoléculas orgánicas. Ácidos nucleicos

Transcripción

1 Biomoléculas orgánicas. Ácidos nucleicos 1. Ácidos nucleicos Son polímeros cuyos monómeros son los nucleótidos, que contienen información genética codificada e instrucciones para su lectura. Lo son el ADN y el ARN. Están localizados en el núcleo, actuando como ácidos cediendo protones; aunque también están en mitocondrias y cloroplastos Nucleótidos Pueden ser desoxirribonucleótidos (ADN) o ribonucleótidos (ARN). Se forman por la unión de un nucleósido (aldopentosa + base nitrogenada) a un H3PO4, por enlace éster fosfato. La aldopentosa y la base se unen por beta-n-glucosídico, entre el OH del C1 de la aldopentosa y un H unido a un N de la base nitrogenada (1 primidínica, 9 púrica), con pérdida de una molécula de agua. El éster fosfato es entre el OH del C5 de la pentosa y el OH del H3PO4, perdiéndose un agua Funciones y tipos Los hay libres en la naturaleza formando parte de coenzimas o moléculas señalizadoras; y también polimerizados, en los ácidos nucleicos por enlace fosfodiéster. En coenzimas, los nucleótidos funcionan como cofactor, activando al holoenzima temporalmente. Cuando el grupo fosfato se une al fosfato de otro nucleótido u otro, se forma un nucleótido no nucleico. Actúa como 2º mensajero en el interior de la célula y moléculas extracelulares portadoras de información, como los neurotransmisores. Destacamos el AMP cíclico, cuando un OH del fosfórico reacciona como el OH del C3 de la aldopentosa, quedando en forma cíclica (puente intramolecular). En hormonas, actúa en la célula diana. Las esteroideas atraviesan fácil la membrana, pero las que no son hidrófobas necesitan de una proteína de membrana para atravesar la membrana, y seguidamente el AMPc actúa para dar una serie de reacciones que llevan a cabo la función de esa hormona Moneda energética Esto lo llevan a cabo los nucleótidos di y trifosfato, transportando energía almacenada en sus enlaces. Cada enlace al romperse libera 7,3 kcal/mol. Estos enlaces se rompen por hidrólisis, hasta dar ADP y AMP, pero el AMP ya no se puede romper más. Destacamos el ATP (adenosín trifosfato). 2. Estructuras del ADN 2.1. Primaria Secuencia de nucleótidos unidos por enlace fosfodiéster, un enlace covalente entre el OH del C3 del primer nucleótido y el OH del H3PO4 del segundo, con pérdida de una molécula de agua. El extremo 5 es aquel donde está libre el H3PO4 y el extremo 3 es donde está libre el OH del C3. Esta estructura se da tanto en ADN como en ARN Secundaria En ARN, es el resultado del plegamiento de la primaria, habiendo zonas con autocomplementariedad de bases, ya sea C-G, A-U, A-T. 1

2 En el ADN, los nucleótidos se disponen en dos cadenas, formando la denominada doble hélice de ADN. Esta doble hélice tiene unas características: 1) Son cadenas antiparalelas (3-5 // 5-3 ). 2) Son cadenas complementarias (C-G, A-U, A-T). 3) Están estabilizadas por puentes de H e interacciones hidrofóbicas. 4) Están enrolladas en torno a un eje imaginario. 5) Las bases se disponen de manera perpendicular unas a otras. 6) Es una hélice dextrógira. 7) Cada vuelta de hélice mide 34 Å, y alberga 10 pares de bases. 8) El diámetro de la doble hélice es 20 Å. 9) En cuanto a las bases: A=T / C=G / A+G=T+C / A+T G+C 2.3. Terciaria El ADN se empaqueta alrededor de unas proteínas llamadas histonas, formado la cromatina. Esta cromatina se sigue empaquetando hasta alcanzar su máximo grado, el cromosoma. Durante la división celular se produce el mínimo grado de expresión porque las herramientas de transcripción no pueden acceder al material genético. Un proceso muy utilizado es la desnaturalización del ADN. Aquí, se separan las dos cadenas mediante calor (100ºC) y medio ácido. Si posteriormente se vuelve a 65ºC, se da la renaturalización. La temperatura de fusión del ADN (TM) es la T a la cual las cadenas están al 50% desnaturalizadas y el otro 50%, estable. Este proceso se utiliza en: 1) Medicina forense, en casos de comprobar muestras de ADN para averiguar su coincidencia. Si hay hibridación, si se vuelven a juntar las cadenas, coincide. 2) Pruebas de paternidad, se cogen los ADN desnaturalizados de padre e hijo y si se hibridan en torno a un 99,9%, coinciden. 3) Separación del ADN por electroforesis, se desnaturaliza, se coge una cadena y se parten trozos de ella, que según su tamaño, se van separando. 3. Cromatina = ADN + histonas El proceso de plegamiento continúa, se va acortando pero engorda en grosor. Tenemos varias estructuras que se van formando tras el sucesivo plegamiento de la cromatina: 1) Collar de perlas Formada por fibras de entre Å que se enrollan en las histonas, normalmente lisina o arginina. Esta estructura tiene la forma laxa, con el octámero de histonas (H2A, H2B, H3, H4); y la forma condensada, con la adición de la histona H1, específica de cada especie de ser vivo. Hay 54 pares de bases formando el ADN espaciador y 146 formando el ADN específico. 2) Solenoide Los nucleosomas comienzan a enredarse, a modo de 6 nucleosomas por vuelta. La mayoría del ADN se encuentra en esta forma, de fibra de 300 Å. 3) Dominio de bucles El solenoide continúa plegándose, hasta unos 3000 Å más o menos, en forma de bucles. 2

3 4) Cromosoma Es el máximo grado de empaquetamiento del ADN, llegando hasta Å. Los cromosomas tienen unas zonas con mayor plegamiento y otras con menor, de ahí la aparición de bandas Tipos de cromatina Tenemos dos tipos principales de cromatina: 1) Heterocromatina: está concentrada, en torno a 300 Å y no se transcribe porque es imposible su acceso. Se encuentra en los bordes de la membrana nuclear. Hay dos tipos: a. Facultativa: es condensada en unos organismos y otros no, dando lugar al fenómeno de especialización o diferenciación celular, según la información genética se transcribirá en unos organismos y en otros no. b. Constitutiva: está condensada en todas las células del organismo y por ello no se transcribe nuca, es el denominada ADN basura. Recientemente se sabe que interviene en el grado de expresión de los genes (+ o -). 2) Eucromatina: está difusa, en torno a 100 Å y se transcribe por su fácil accesibilidad Estructura de cromosomas Todos los individuos de la misma especie tienen un mismo número de cromosomas en sus células. El cariotipo es el conjunto de todos los cromosomas de un individuo. Las partes de un cromosoma son: 1) Centrómero: parte que une las dos cromátidas. 2) Cinetocoro: situado en la constricción primaria, es un conjunto de proteínas que forman fibras cinetocóricas. 3) Nucleolo: parte del núcleo con los extremos de 10 cromosomas cuya información se usa para fabricar ARNr, organizado y dinámico. Está situado en la constricción secundaria. 4) Bandas: específicas de cada cromosoma en cada especie. Si hay cambios del bandeado, se producen enfermedades, sobre todo de tipo metabólico. Las oscuras tienen G-C y las claras, A-T. 5) Satélites: porciones esféricas en los extremos. 6) Telómeros: secuencias repetidas de ADN, evitando la pérdida de información genética importante en la replicación y fusión de cromosomas. Entre los cromosomas hay 22 parejas homólogas que no determinan el sexo llamadas autosomas; y una pareja de cromosomas que determina el sexo (XX,XY). Las células somáticas diploides tienen 23 parejas de cromosomas, pero las reproductoras haploides tienes 23 cromosomas, únicamente. El idiograma es la ordenación del cariotipo en parejas de cromosomas homólogos, atendiendo a su tipo, tamaño, etc. El genoma es el conjunto de genes de todos los cromosomas. El genoma humano abarca aproximadamente genes. En el genoma humano distinguimos: 1) Genoma nuclear: son alrededor de genes. El 30% es génico y el 70%, extragénico. 2) Genoma mitocondrial: son 37 genes, donde el 90% es basura y el 10%, codificante. 4. Gen Un gen es un fragmento de ADN con información para una determinada carácter del organismo. No tienen por qué llevar la misma información, pero si están ubicados en el mismo lugar de la cadena (locus). 3

4 Al transcribir el gen, obtenemos un tipo de ARN que se traducirá posteriormente en una proteína que llevará a cabo la función determinada. Distinguimos varias regiones en un gen: 1) Región estructural: aquella que se transcribe, con la ARN polimerasa. 2) Región reguladora: no se transcribe, pero en ella se localiza el promotor, que sirve para anclar la ARN polimerasa. Además, ancla un potenciador o silenciador para mayor o menor intensidad de transcripción. 3) Exones: se transcriben y se traducen. 4) Intrones: se eliminan porque no codifican Tipos de genes Podemos hacer dos clasificaciones: 1) Constitutivos comunes: necesarios para el funcionamiento de cualquier tipo de célula. Son la mayoría. 2) Constitutivos especializados: marcan la especialización celular, se activan en unas células y en otras no. 1) Inducibles: normalmente están desactivados, pero ante condiciones de proteínas reguladoras potenciadoras, se activan. Son la mayoría. 2) Represibles: normalmente están funcionando, pero ante condiciones de proteínas reguladoras silenciadoras, se desactivan. 5. ADN en procariotas El ADN se asocia a proteínas no histonas para plegarse. El material genético se dispone en forma circular de doble cadena. Su estructura es el ADN superenrollado, en superhélice de 20 Å. Los plásmidos son pequeños segmentos de ADN circular independiente del cromosoma bacteriano, que contienen genes para la resistencia a antibióticos. Se replican también de forma independiente al resto. 6. ARN Molécula más inestable que el ADN, por la presencia del OH en su C2, otorgando mas polaridad y reactividad. Por esta razón, el ADN almacena el material genético, al ser más estable. Las misiones del ARN son como biocatalizador (ribozimas), portador en virus o expresión del mensaje genético, mediante la trascripción y traducción. Es monocatenario y existen tipos como el pre ARNm o ARN pequeño nuclear ARNr Su función es la de construir el ribosoma, formado por 2/3 de ARNm, proteínas y agua. Además, también forma parte de ribozimas en la transpeptidación. Tiene una subunidad grande, que se encarga de la formación del enlace peptídico (A,P,E) y una subunidad pequeña, que mantiene el ARNm en su posición para la transcripción. El organizador nucleolar es el ADN de 5 parejas de cromosomas que forman el nucleolo. Cuando esto se transcribe, da lugar al ARN nucleolar (45s). Este se ropmpe en trozos más pequeños (18s, 5 8s), formando las dos subunidades. Las proteínas entran al nucleolo, se asocian al ARNr y se da como resultado la salida de ribosomas por los poros nucleares, para la síntesis de proteínas. 4

5 6.2. ARNt Su función se llevar AAs a los ribosomas según marquen los codones del ARNm. Tiene distintos brazos como el D o T, pero destacamos el brazo aceptor, que ancla AAs por el extremo 3 ; y el brazo anticodón, que es complementario al codón del ARNm. Tiene una estructura secundaria en forma de hoja de trébol, que se caracteriza por la presencia de bases nitrogenadas raras (5%), producto de la modificación o metilación de las bases típicas del ADN. Su estructura terciaria es en forma de boomerang ARNm Su función es copiar la información genética del ADN y llevarla a los ribosomas para la misión escrita determinada, que será ejecutada por la proteína traducida. En procariotas, es policistrónico, es decir, con 1 ARNm, se traducen varias proteínas. En eucariotas, es monocistrónico, con 1 ARNm se traduce una sola proteína. En eucariotas, está formado por una caperuza (7-metilguanosina), que reconoce al ribosoma; y una cola de poli-adenina, que alarga la vida del ARNm. Todos los ARN necesitan una maduración tras la transcripción, salvo el ARNm de procariotas. La maduración consiste en la escisión de los Intrones mediante las ribonucleoproteínas pequeñas nucleares, y la posterior ligación de los exones con las ligasas, obteniendo así un ARNm ya maduro. El ARNm en procariotas tiene el líder y el tráiler, que son no codificantes; y los cistrones, que cada uno codifican una proteína. Entre los cistrones está la secuencia espaciadora. 7. Genómica Disciplina que estudia el genoma de los seres vivos, la secuencia de ADN contenida en los 23 pares de cromosomas en el núcleo de cada célula diploide. Su objetivo es catalogar los genes del organismo y estudiar su organización, estructura, funciones o interacciones entre ellos. Su finalidad es llegar a una medicina más individualizada, un tratamiento más personal. 5