NUCLEOTIDOS Y NUCLEOSIDOS-

ÁCIDOS NUCLÉICOS Ácidos nucleicos Composición química. Nucleósidos, nucleótidos. Tipos de nucleótidos y funciones que desempeñan. Polinucleótidos cadenas de ácidos nucleicos. Enlace fosfodiéster. Ácido desoxirribonucleico ADN; estructura primaria; estructura secundaria o modelo de la doble hélice; estructura terciaria. Empaquetamiento del ADN en el núcleo interfásico estructura de la cromatina: nucleosoma y collar de perlas, fibra cromatínica de 30 nm 300Å, El ácido nucleico ARN. Tipos de ARN: ARNm y su proceso de maduración; ARNt; ARNr; ARNn Funciones biológicas de los ácidos nucleicos. Composición química. Nucleósidos, nucleótidos CHONPS Son macromoléculas orgánicas, de elevado peso molecular, formadas por otras subunidades estructurales o monómeros, denominados nucleótidos. Nu 1 + Nu 2 + Nu 3 + Nu 3 + Nu 1 + Nu 2... = Nu 1 - Nu 2 - Nu 3 -Nu 3 -Nu 1 -Nu 2 (ácido nucléico) El descubrimiento de los ácidos nucleicos se debe a Meischer (1869), el cual trabajando con leucocitos y espermatozoides de salmón, obtuvo una sustancia rica en C, H, O, N y un porcentaje elevado de P. Se le llamó nucleina, por encontrarse en el núcleo. Años más tarde, se fragmentó esta nucleina, y se separó un componente proteico y un grupo prostético, este último, por ser ácido, se le llamó ácido nucleico. En 1953, James Watson y Francis Crick, descubrieron la estructura tridimensional del ADN. FUNCIÓN: Los ácidos nucleicos son el ADN y el ARN y tienen como misión almacenar la información genética y mantenerla de generación en generación. Contienen las instrucciones necesarias para realizar los procesos vitales mediante la síntesis de proteínas. NUCLEOTIDOS Y NUCLEOSIDOS- Cada nucleótido se compone de tres componentes: base a) Una pentosa: ribosa o desoxirribosa b) Ácido ortofosfórico c) Una base nitrogenada, que puede ser: - Púrica:la Guanina (G) y la Adenina (A) - Pirimidínica: la Timina (T), Citosina (C) y Uracilo (U) La unión de una pentosa con una base nitrogenada se le llama nucleósido. Esta unión se hace mediante un enlace N-glucosídico entre el C 1 de la pentosa y un N de la base. Si la pentosa es una ribosa, tenemos un ribonucleósido. Sus bases pueden ser la adenina, guanina, citosina y Uracilo. Si la pentosa es una desoxirribosa, tenemos un desoxirribonucleósido. Estos tienen como bases: la adenina, citosina, guanina y timina. NUCLEÓSIDO

Los nucleósidos del ARN se nombran con el sufijo OSINA añadido a la base púrica e IDINA si es pirimidínica. En el los del ADN se añade el prefijo desoxi. Ejemplo: adenosina, desoxiadenosina, citidina, uridina, guanosina. Si al nucleósido le unimos el ácido fofórico H 3 PO 4 se forma el NUCLEÓTIDO. Esta unión se da por el C5 de la pentosa mediante enlace fosfoéster. Se nombran añadiendo fosfato al nucleósido. NUCLEÓTIDOS DEL ADN Cada ácido nucléico se compone de 4 Nu distintos. Nómbralos. En el ADN aparecen 4 bases : En el ARN también aparecen 4 pero en lugar de timina tiene Uracilo base púrica (A y G) base pirimídica (C,T y U)

POLINUCLEÓTIDOS CADENAS DE ÁCIDOS NUCLEICOS. ENLACE FOSFODIÉSTER Los nucleótidos se enlazan para formar polímeros: los ácidos nucleicos o polinucleótidos. La unión es una esterificación que se realiza entre el grupo fosfato situado en posición 5 de un nucleótido y el OH que se encuentra en el carbono 3 de otro nucleótido. Adenosin 5 fosfato + Guanosin 5 fosfato = DINUCLEÓTIDO + H2O En la cadena de ácido nucleíco, el ácido fosfórico es el que une dos nucleótidos por sus pentosas mediante enlaces éster, llamados NUCLEOTÍDICOS o fosfodiester (son 2). 5 Como el enlace siempre es entre pentosas y fosfatos, las bases nitrogenadas no participan en los enlaces. Se forman larguísimas cadenas de pentosafosfato-pentosa-fosfato, en las que las bases quedan colgando lateralmente de las pentosas. 3 La secuencia de estas bases nitrogenadas es la que proporciona especificidad a una cadena polinucleótida determinada. En todos los polinucleótidos existe un extremo (denominado 3 ) en el que la pentosa tiene OH libre) y un extremo 5 con un fosfato libre. Al extremo 3 se le van añadiendo los siguientes nucleótidos hasta formar un polinucleótido. Cientos o miles de Nu se unen para formar un ácido nucléico. La cadena de la izquierda, de forma simplificada sería: 5 T-C-A-G 3 En el ADN existen 4 nucleótidos distintos y en el ARN otros cuatro. Además de estos 8 Un hay nucleótidos que no forman ácidos nucléicos como hemos visto en los coencimas NAD, FAD, ATP etc. Localización. En células eucariotas, se encuentran en el núcleo asociados a histonas. También se encuentran en procariotas y en mitocondrias y cloroplastos, en pequeña cantidad.

El ADN - ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO- estructura primaria; estructura secundaria o modelo de la doble hélice; estructura terciaria. NIVELES ESTRUCTURALES DEL ADN: ESTRUCTURA PRIMARIA Se trata de la secuencia de desoxirribonucleótidos de una de las cadenas. La información genética está contenida en el orden exacto de los nucleótidos, definido por las bases (imagen de la página anterior 5 T-C-A-G 3 ). ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN 1-El ADN es una cadena doble. Está constituido por dos cadenas de desoxirribonucleótidos unidas por sus bases. Siempre así: 2- Las cadenas están unidas entre sí por puentes de hidrógeno que se forman entre las bases nitrogenadas. La adenina enlaza con la timina, mediante dos puentes de hidrógeno, mientras que la citosina enlaza con la guanina, mediante tres puentes. Son complementarias. 3- Las cadenas son antiparalelas (orientación contraria) porque el extremo 3 de una se enfrenta al extremo 5 de la otra. 4-Las dos cadenas están enrolladas en espiral formando una doble hélice. Las bases nitrogenadas quedan en el interior de ella y los esqueletos pentosa-fosfato-pentosa-fosfato-, en el exterior 5- El enrollamiento de la doble hélice es en el sentido de las agujas del reloj (dextrógira) 6-La anchura de la hélice es de 20 A y cada pareja de bases está separada de la siguiente por una distancia de 3,4 A. La estructura secundaria, por tanto, corresponde a la disposición en el espacio de dos hebras o cadenas de polinucleótidos que forman una doble hélice, con las bases nitrogenadas enfrentadas y unidas mediante enlaces de hidrógeno. Esta estructura permite explicar el almacenamiento de la información genética y el mecanismo de duplicación del ADN.

El modelo de la DOBLE HÉLICE DEL ADN fué postulado por WATSON Y CRICK (1953), basándose en los siguientes estudios anteriores: 1- Estudios sobre difracción de rayos X que habían realizado Rosalind Franklin y Wilkins- Estos estudios permitieron conocer la medida de la estructura de 20 A del diámetro de la fibra. También que cada pareja de Nu está separada de la siguiente por una distancia de 3,4 A y que cada vuelta de la doble hélice está formada por 10 pares de Nu, o sea, una longitud de 34 A por vuelta de hélice. 2- Estudios de Chargaff, de la equivalencia de bases, que dice que la suma de adeninas más guaninas es igual a la suma de timinas más citosinas. De aquí surgió la idea de que esta molécula contenía dos cadenas complementarias de nucleótidos que se enrollaban en espiral. ESTRUCTURA TERCIARIA DEL ADN La estructura 3ª se da mediante plegamientos de la doble hélice y empaquetamientos para poder almacenarse grandes cantidades de ADN en un volumen reducido, que permita a la vez ser accesible. El plegamiento es mayor en el caso de células eucariotas que en procariotas, por la cantidad de ADN que hay que empaquetar en el núcleo. Por ello encontramos dos tipos de ESTRUCTURA TERCIARIA: 1- Estructura 3ª en PROCARIOTAS y en ADN de mitocondrias y cloroplastos En ellas, la fibra de ADN de 20 A se retuerce sobre sí misma formando una super-hélice circular. Se llama ADN superenrollado (mira el dibujo siguiente). Se ha visto que se asocia a una pequeña cantidad de proteínas. Lo mismo ocurre en la mitocondrias y en los plastos. 2- EUCARIOTAS- Como hemos dicho, el ADN se empaqueta con proteínas histonas- para formar la cromatina. A partir de ahora, a los niveles de condensación les llamaremos niveles de empaquetamiento (no se habla de estructura cuaternaria). Sí estirásemos el ADN de cada célula alcanzaríamos una longitud de 2 metros y si pusiésemos todo el ADN de un ser humano,de todas las células del ser humano en línea recta llegaría a Plutón o haríamos 70 viajes de ida/vuelta al sol. Para introducir esta larga hebra en un núcleo celular de una micra y para formar el cromosoma, el ADN se asocia con proteínas y se empaqueta, dándose una elevada

condensación gracias a su unión con las proteínas del núcleo (histonas). Los niveles de empaquetamiento son: 1.Hebra simple de ADN. 2. Hebra de cromatina (ADN con histonas, "collar de perlas"). 3. Cromatina durante interfase (con centrómero) 4.Cromatina condensada durante la profase (Dos copias de ADN están presentes). 5. Cromosoma durante la metafase. Si en el 1 el ADN mide 2 metros, en el 5 se ha reducido a décimas de micra EMPAQUETAMIENTO DEL ADN EN EL NÚCLEO INTERFÁSICO- ESTRUCTURA DE LA CROMATINA: NUCLEOSOMA Y COLLAR DE PERLAS, FIBRA CROMATÍNICA DE 300Å, La doble espiral de 20 A (estruc. secundaria), se va empaquetando con las histonas formando el nucleosoma, unidad fundamental de la cromatina de las células eucariotas. El nucleosoma está formado por el octámero de histonas con el ADN enrollado sobre ellas, en dos vueltas. Collar de perlas Este nivel de empaquetamiento es el que presenta el ADN en estado de cromatina (la del núcleo en interfase). En este estado, la célula está activa y los genes se transcriben porque el ADN está accesible. Corresponde al número 3 de la imagen superior. Los nucleosomas están unidos por segmentos de ADN (el ADN espaciador), formando el primer nivel de empaquetamiento de collar de perlas de 100 A (10nm). Se llama eucromatina. Esta fibra de 100 A se va empaquetando más hasta formar el solenoide o fibra cromatínica de 300A (30nm): Este segundo nivel de empaquetamiento se da porque los nucleosomas se compactan, enrollándose de manera helicoidal y formando los solenoides. Se llama heterocromatina. SOLENOIDE y su sección transversal

EMPAQUETAMIENTO DEL ADN EN EL NÚCLEO MITÓTICO: EL CROMOSOMA Cuando la célula entra en mitosis o meiosis, esta fibra del núcleo interfásico de 300 A experimenta mayores niveles de condensación y la cromatina se empaqueta aún más, mediante enrollamientos de enrollamientos, formando grandes bucles o lazos. Estos forman rosetones de bucles hasta formar la cromátida de cada cromosoma. Sería el tercer nivel de empaquetamiento cuyo grado de compactación es unas 10000 veces mayor que el ADN desnudo. En este estado, el ADN no es accesible a las enzimas para que pueda realicar sus funciones. 2 nm=20a 10nm 100A =300A a. ADN, b. collar de perlas, c. solenoide, e.bucle, f. cromatina (rosetones de bucles y espirales de rosetones). En la foto aparece la disposición en collar de perlas de la fibra de cromatina, forma en que se observa la cromatina mediante microscopía electrónica cuando la célula está en interfase.

Desnaturalización del ADN- Cuando la temperatura alcanza el punto de fusión del ADN, la agitación térmica es capaz de separar las dos hebras y producir una desnaturalización. Este es un proceso reversible, ya que al enfriar lentamente puede renaturalizarse. En este proceso se rompen los puentes de hidrógeno que unen las cadenas y se produce la separación de las mismas pero no se rompen los enlaces fosfodiester covalentes que forman la secuencia de la cadena. La desnaturalización del ADN puede ocurrir, también, por variaciones en el ph. FUNCIONES BIOLÓGICAS DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS Función del ADN 1 Almacenamiento de la información genética- El ADN contiene la información genética necesaria para la síntesis de todas las proteínas de un organismo. Los genes, son fragmentos de ADN que dirigen la síntesis de una proteína. 2- Duplicación del ADN- La doble hélice es capaz de formar dos copias idénticas de sí misma que se repartirán en las células hijas. De esta manera, la información genética se transmite de generación en generación. 3. Transcripción o síntesis de ARN, que colabora con el ADN en su función. Entre todos los ac. Nucléicos realizan la expresión del mensaje genético, que se realiza en dos fases: - Transcripción del ADN para formar todos los ARN - Traducción, en los ribosomas, del mensaje contenido en el ARN m a proteinas. Distinguiremos bien los tres procesos: REPLICACIÓN Función de los ARN Participan en la síntesis de proteínas. TRANSCRIPCIÓN ARNm- Transmite el mensaje genético codificado por el ADN pues es una copia de una parte del ADN que será utilizada por los ribosomas como guía para unir los aminoácidos en el orden adecuado y poder TRADUCCIÓN así constituir una proteína. ARNr:- Forma parte de los ribosomas y participa en la síntesis de proteínas. ARNt:- Se encarga de transportar los aminoácidos hasta los ribosomas en la síntesis de proteínas. Cada molécula de ARNt transporta un aminoácido específico. ARNn- Es precursor de los ARNr y el ARNpn realiza la maduración del ARNm

ARN- EL ÁCIDO RIBONUCLEÍCO Consiste en una molécula lineal de nucleótidos, es decir, monocatenaria, que se forma por la polimerización de ribonucleótidos. Recodamos que se forman por la unión de: a) un grupo fosfato. b) aldopentosa ribosa-, y c) una base nitogenada unida al carbono 1 de la ribosa, que puede ser citosina, guanina, adenina y uracilo. Algunos virus, presentan una excepción pues tienen ARN formando cadenas dobles, como es el caso de los reovirus. La estructura primaria del ARN viene dada por la secuencia de las bases nitrogenadas de sus nucleótidos. Tipos de ARN El ARN mensajero (ARNm), el ARN ribosomal (ARNr), el ARN de transferencia (ARNt), el ARN nucleolar y el ARNpn pequeño nucleolar. Todos se forman en el núcleo, a partir del ADN. 1- ARN MENSAJERO ARNm- Sus características son: - Cadenas de largo tamaño. Son los ARN más largos y pueden tener entre 1000 y 10000 nucleótidos. Sólo tiene estructura primaria. -Se forma en el núcleo y transporta el mensaje o información necesaria para la síntesis proteica, por lo que se encuentra en el núcleo y en el citoplasma. -Cada ARN m tiene información para sintetizar una proteina determinada. - Su vida media es corta. Se forman y se destruyen continuamente. - Para proteger la información, los extremos presentan: a) En procariotas, el extremo 5 posee un grupo trifosfato. b) En eucariontes en el extremo 5 posee un grupo metilguanosina unido al trifosfato, y en el extremo 3 posee una cola de poli-a (150-200 nucleótidos de adenina) - Cuando se forma en el núcleo, a partir de ADN, copia la información genética de éste. Sin embargo, necesita un proceso de maduración, que tiene lugar en el nucléolo, y que consiste en cortar partes que se han transcrito del ADN pero que no tienen información para la síntesis de proteínas.

FUNCIÓN- Esta información la saca al citoplasma, hasta los ribosomas, para que se cumpla el mensaje contenido en el ADN. Esto se realiza mediante la síntesis de proteínas en los ribosomas, ayudado por el ARN transferente. El ARNm dicta con exactitud la secuencia de aminoácidos en una cadena polipeptídica en particular. Las instrucciones residen en tripletes de bases a las que llamamos codones. ribosoma procarionte 2- ARN RIBOSOMAL (ARNr)- forma los ribosomas. Este tipo de ARN, una vez formado, pasa al nucleolo donde se une a proteínas. De esta manera se forman las dos subunidades de los ribosomas. Aproximadamente dos terceras partes de los ribosomas corresponde a sus ARNr. - Es el soporte donde se produce la síntesis de proteinas. 3- ARN DE TRANSFERENCIA (ARNt) Sus principales características son. - Son moléculas de pequeño tamaño (unos 75 nucleótidos) que se encuentran en el citoplasma, aunque se forman en el núcleo. -Está formado por una sola cadena, aunque en algunas zonas está replegado, concretamente en cuatro segmentos y establece puentes entre bases nitrogenadas, posee por tanto, algunas zonas con estructura secundaria. Esto hace que en las zonas donde no hay bases complementarias adquieran un aspecto de bucles, como una hoja de trebol. - Los plegamientos se llegan a hacer tan complejos que adquieren una estructura terciaria, llamada hoja de trébol plegada. - En su estructura presenta un triplete de bases complementario de un codón determinado, lo que permitirá al ARNt reconocerlo con exactitud y dejar el aminoácido en el sitio correcto. A este triplete lo llamamos anticodón. El anticodón GAA es complementario del codón CUU, que a su vez se formó de un codógeno del ADN, el GAA. Estos codógenos del ADN se hacen presentes en el citoplasma sin que el ADN salga del núcleo- Función: El ARNt se encarga de transportar los aminoácidos libres del citoplasma al lugar de síntesis proteica (ribosomas), siguiendo el dictado del ADN. El aminoácido siempre se une en el extremo 3 terminal 4- ARN NUCLEOLAR Es precursor de los ribosomas (de los ARNr). Se encuentra en el nucleolo y posee una masa molecular de 45 S. La función del nucléolo es formar los ribosomas, es decir, los ARNr. A partir de este ARN se forma el ARN r de 28 S y el ARN r 5,8 S (de la subunidad mayor), y el ARN r 18 S (de la subunidad menor). 60S 40S 80S en total 5-ARN pequeño nucleolar-(arnpn)- Se encuentra en eucariotas y se sintetiza en el nucleolo. Son moléculas de pequeño tamaño y poseen mucho uracilo en su composición. Se asocian a proteinas del núcleo y forman ribonucleoproteinas pequeño nucleares (RNP pn ) Función: corte y empalme de ARN en el proceso de maduración de los ARN m, pues hay que eliminar intrones.

NUCLEÓTIDOS ESPECIALES Son nucleótidos de gran importancia biológica, que no forman parte de los ácidos nucléicos sino que se encuentran libres en la célula, realizando diferentes funciones. Tenemos: 1- Adenosín trifosfato (ATP)- es el principal vehículo de energía celular. Almacena y transporta energía según las necesidades celulares. Actúa como coenzima de enzimas que participan en la respiración. Adenosin 5 trifosfato ATP ADP + Pi + E Adenosin 5 difosfato Los enlaces entre los grupos fosfato son ricos en energía y pueden liberarla al hidrolizarse. La reacción es reversible, de manera que cuando se produce energía en la célula, ésta puede acumularse formando estos enlaces en el ATP. Lo mismo ocurre con el ADP AMP + Pi + Energía 2- Coenzima A(Co-A) resulta de la unión de un nucleótido con otra molécula en este lugar. Actúa como transportador de moléculas en el metabolismo. 3- Nicotín adenín dinucleótido (NAD) resulta de la unión de dos nucleótidos, cuyas bases son adenina y nicotinamida. Actua como coenzima en reacciones de oxidación-reducción, transportando H. Parte no protéica de enzimas óxido-reductasas o desidrogenasas. 4- El NADP es igual pero con un fosfato más 5- Flavín adenín dinucleótido (FAD) Actua también como coenzima en reacciones de oxidación-reducción. Además de adenina tiene riboflavina. NAD NADH 2 FAD FADH 2 NADP NADPH 2

SEVERO OCHOA UN PREMIO NOBEL ESPAÑOL POR SUS INVESTIGACIONES SOBRE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS Ochoa, Severo (1905-1993), médico bioquímico y premio Nobel nacido en España. Sus hallazgos fueron decisivos para descifrar el código genético, ya que fue la primera persona que sintetizó un ácido nucleico, en 1955, año en que aisló la polinucleotidofosforilasa, enzima capaz de realizar la síntesis de ácidos ribonucleicos. Por este descubrimiento le fue concedido el Premio Nobel de Fisiología y Medicina en 1959, compartido con el bioquímico estadounidense Arthur Kornberg; Ochoa fue galardonado por sus investigaciones sobre el ácido ribonucleico (ARN), Kornberg por las realizadas sobre el ácido desoxirribonucleico (ADN). Durante la década de 1970 su laboratorio contribuyó a identificar las correspondencias entre los nucleótidos y los aminoácidos de las proteínas, la clave de la genética.