TEMA 5: LOS ÁCIDOS NUCLEICOS 1. LOS NUCLEÓTIDOS Los ácidos nucleicos son biomoléculas orgánicas formadas por C, H, O, N y P. Nunca llevan S. Se forman por la polimerización de nucleótidos, que se unen mediante enlace fosfodiéster, (-O-P-O-). Se distinguen dos tipos el ADN y el ARN. Un nucleótido está formado por 3 moléculas: Una base nitrogenada que puede ser de dos tipos: o Púricas (A y G). o Pirimidínica (C, T (sólo ADN) y U (sólo ARN)) Una pentosa: o D-Ribofuranosa (ARN) o D-Desoxirribofuranosa (ADN) Un ácido fosfórico: H3PO4 La unión entre la base y la pentosa se denomina NUCLEÓSIDO. Los nucleósidos se forman por la unión entre el C1' de la pentosa y el N1 de las bases pirimidínicas o el N9 de las bases púricas. Es un enlace N-Glicosídico. Para nombrarlos se utiliza el nombre de la base con la terminación osina para las bases púricas y la terminación idina para las bases pirimidínicas. Se añade el prefijo desoxi para el ADN. Los nucleótidos se forman por la unión entre el C5' de la pentosa del nucleósido, con un grupo -OH de una molécula de ácido fosfórico. El enlace es de tipo éster. Los nucleótidos tienen un fuerte carácter ácido. Se nombran con la palabra ácido delante del nombre de la base a la que se le añade la terminación ílico. Se añade el prefijo desoxi para el ADN. Pueden también nombrarse con el nombre del nucleósido añadiendo 5' fosfato, o monofosfato. 1
2. EL ADN Es un polímero de desoxirribonucleótidos de A, G, C, y T. La unión de los nucleótidos se produce entre el -OH de carbono 3' del monosacárido y un -OH del ácido fosfórico del nucleótido siguiente mediante enlace fosfodiéster. 2
Su peso molecular es muy elevado, y en las células eucariotas se encuentra unido a proteínas histonas. En el ADN se pueden diferenciar dos niveles estructurales: Estructura primaria o de una sola hebra Es la secuencia de nucleótidos de una sola cadena. Esta secuencia indica la información genética o mensaje biológico. Es una cadena orientada con dos extremos. El 3 correspondiente al OH libre de la desoxirribosa y el 5 correspondiente al fosfato unido a la desoxirribosa en su carbono 5. 3 5 Estructura secundaria o de doble hélice Fue descubierta por Watson y Crick. Es la disposición en el espacio de dos cadenas de ADN enfrentadas, unidas mediante puentes de hidrógeno, antiparalelas y complementarias, pero no idénticas. Los puentes de hidrógeno son dobles entre la A y la T y triples entre la C y la G. Según la regla de Chargaff, siempre se cumple que el nº de A = nº de T y que el nº de C = nº de G. Cuantas más bases C y G haya, mayor será el punto de fusión del ácido nucleico. Este punto de fusión es la temperatura a la cual se separan las dos hélices y se dice que el ADN se ha desnaturalizado. 3 5 5 3 3
Por difracción de rayos X se dedujo la siguiente estructura: El esqueleto pentosa-fosfato queda hacia el exterior y las bases hacia el interior. Los fosfatos se ionizan dando un fuerte carácter ácido. Esta es la denominada forma B. Se distinguen dos surcos, el mayor por el que se accede a las bases y el menor por el que se llega a las pentosas. En cada vuelta hay 10 bases, separadas por 3,4 Angstrom y que giran 36 grados. Hélice dextrógira con un radio de 10 Angstrom. El enrollamiento es PLECTONÉMICO, es decir, que sólo pueden separarse las dos cadenas si la hélice gira. Otras formas de ADN de doble hélice son la A y la Z. 4
No todos los organismos tienen esta estructura, distinguiéndose los siguientes tipos: Monocatenarios: lineal en el virus MS2 y circular en el virus X174. Bicatenarios: lineal en los eucariotas y virus T2 y circular en bacterias y virus SV40. Estructura terciaria En las bacterias existen unas proteínas H-NS, que se unen al ADN en la zona del nucleoide. Actúan como moduladores genéticos ante los cambios ambientales En las células eucariotas el ADN se une a proteínas histonas que lo empaquetan formando la cromatina que durante la división celular vuelve a empaquetarse mucho más formando los cromosomas. Las estructuras de empaquetamiento son: Nucleosoma o collar de perlas de 10 nm, solenoide de 30 nm, bucle de 70 nm con 50 kb, roseta formada por 6 bucles, rodillo formado por 30 rosetas. La sucesión de rosetas con un diámetro de 300 nm forma el cromosoma. 3. EL ARN Y SUS TIPOS El ARN es un polímero de ribonucleótidos de A; C; G y U unidos mediante enlace fosfodiéster entre el -OH del carbono 3' y el -OH del ácido fosfórico del nucleótido siguiente. Siempre es monocatenario excepto en los reovirus. En algunas moléculas, aun teniendo una cadena, algunas partes se unen a otras por complementariedad dando una estructura de doble hélice. La forma de doble hélice de ARN, se parece a la forma A del ADN. 5
La función del ARN es la de transmitir la información de ADN al citoplasma para el funcionamiento celular. En este proceso intervienen distintos tipos de ARN. ARNm o mensajero Representa el 5%. Solo posee estructura primaria y unos pocos minutos de vida. Actúa como intermediario en el traslado de la información genética del ADN desde el núcleo al citoplasma. Se forma a partir del ARNhn (heterogéneo nuclear) por maduración en el núcleo. ARNt o de transferencia. Representa el 15% del ARN celular y está formado por una sola hebra con un 70% de estructura secundaria. Contiene de 70 a 90 nucleótidos, llevando hasta un 10% de nucleótidos distintos de los normales. Se encuentra libre en el citoplasma. Se distinguen unos 50 tipos. Su función es la de transporte de aminoácidos libres en el citoplasma hasta los ribosomas. Tiene forma de trébol, distinguiéndose las siguientes partes: ARNr o ribosómico Es el más abundante, 70%, presenta zonas de doble hélice, aparece en diferentes tamaños que se identifican por el coeficiente de sedimentación S o Svedberg y se une a proteínas para formar los ribosomas, que es el orgánulo en donde se produce la traducción del proceso de síntesis de proteínas. Se distinguen dos tipos de ribosomas: Los de las células eucariotas con un tamaño de 80S y los de las células procariotas con un tamaño de 70S. 6
ARNn o nucleolar Sólo se encuentra en el nucleolo, presenta gran variedad de tamaños y es el precursor de los ARNr, excepto el 5S. Nucleolo Otros tipos Los ribozimas que son ARNs con funciones catalíticas. 7
4. OTROS NUCLEÓTIDOS DE INTERÉS BIOLÓGICO Existen otros nucleótidos importantes aparte de los que forman los ácidos nucleicos como: ATP: Función de transporte energético en todos los seres vivos. NAD+, NADP+ y FAD: Función de transporte de poder reductor en forma de electrones. Coenzima A: Como transportador de grupos acilo. Como el acetil-coa. AMPc: Función de 2º mensajero dentro de las células. 5. IMPORTANCIA BIOLÓGICA DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS Los ácidos nucleicos realizan dos funciones muy importantes: 1. Almacenamiento de la información genética. La realiza el ADN excepto en algunos virus. 2. Transmisión de la información genética. El ARN se encarga de leer y transcribir la información a todas las partes de la célula. El ADN se transmite de generación en generación en el proceso de reproducción. 8
Las diferencias entre el ADN y el ARN de eucariotas son: 1. Por su composición química: El ADN lleva desoxirribosa y timina El ARN lleva ribosa y uracilo 2. Por su localización: El ADN siempre se encuentra en el núcleo (también en mitocondrias y en cloroplastos) El ARN tanto en el núcleo como en el citoplasma. 3. Por su función: El ADN es el portador de la información genética El ARN recibe la información y ejecuta la síntesis de proteínas. 4. Por su estructura El ADN tiene un peso molecular elevado y doble cadena. El ARN tiene un peso molecular pequeño y cadena simple. Excepto en los reovirus. 9