T.5. ÁCIDOS NUCLÉICOS

T.5. ÁCIDOS NUCLÉICOS 1

1. Ácidos nucleicos Biopolímeros formados por unión de nucleótidos (polinucleótidos) Composición química: C, H, O, N y P NUCLEÓTIDO: Unión de 3 componentes: - Ácido fosfórico (Grupo fosfato) - Azúcar (pentosa): β-d-ribosa (ARN) y β-d-desoxirribosa (ADN) - Base Nitrogenada: Púricas (A,G) Pirimidínicas (C,T,U) 2

1.1 Nucleósidos Unión pentosa (ribosa o desoxirribosa) y una base nitrogenada (púrica o pirimidínica) Solo intervienen 4 bases - Ribonucleósido Ribosa + A,G,C,U - Desoxirribonucleósido Desoxirribosa + A,G,C,T Enlace N-glucosídico con pérdida de 1 molécula de agua: OH hemiacetálico del C 1 pentosa + N 1 (pirimidinas) N 9 (púricas) 3

1.2 Nucleótidos Unión (enlace éster) de un ácido fosfórico al nucleósido ( OH del C5 de la pentosa) 4

Tipos de nucleótidos y funciones: - Nucleótidos difosfato (ADP) y trifosfato (ATP). Transporta energía - AMPc (Puente intramolecular con OH del C3 ). Segundo mensajero - Nucleótidos NO nucléicos (FAD, NAD, CoA). Coenzimas - Cadenas de polinucleótidos (enlaces fosfodiester). Ácidos nucleicos 6

2.- ADN: ácido desoxirribonucleico Cadena de polinucleótidos: pentosa (2 desoxirribosa) y las B N (A, G, C, T). Carácter ácido (igual que el ARN): se tiñe con colorantes básicos. Se encuentra en el núcleo de la célula eucariota, asociado a proteínas de carácter básico, histonas, y en mitocondrias, cloroplastos y citosol de células procariotas. Además puede formar parte de virus ADN. En medio acuoso: Adquiere conformación espacial con estructura 1ª y 2ª 2.1.- Estructura Primaria Cadenas lineales de nucleótidos. Se forman mediante un enlace éster entre el OH del grupo fosfato situado en 5 y el OH situado en 3 de la pentosa, liberando 1 molécula de H 2 O. Encadenamientos 5 3 5 Cada grupo fosfato forma un puente fosfodiéster entre 2 de desoxirribosa La estructura es una cadena de pentosas y fosfatos de los que salen B N Siempre presenta dos extremos 3 y 5. 5 AATTCGCCACGTAAGT 3 La secuencia de bases tiene la información para la síntesis proteica Cada cadena de ADN se caracteriza por la composición (% de cada base) y por la secuencia (orden distribución de las bases) 8

2.2.- Estructura secundaria Doble hélice unidas por puente de H Modelo de doble hélice ADN B (propuesto por Watson y Crick) CARACTERÍSTICAS: - Antiparalelas: 3 5 y 5 3 Ambas cadenas enfrentadas pos sus bases unidas por ptes de H - Secuencias complementarias: A = T y C G (3 ptes de H) La cadena con más C G será más estable - Enrrollamiento dextrógiro y plectonémico (trenzadas) Pares de bases casi horizontales (el eje atraviesa por su centro) 9

ADN-B Descrita por Watson y Crick Dextrógira Formas de ADN ADN que interacciona con las proteínas del núcleo (en disolución) ADN-A Deshidratación de la forma B Dextrógira Solo observada en laboratorio Doble hélice más ancha y corta ADN-Z En zonas de alterancia de numerosas GC Levógira Doble hélice más larga y estrecha en forma de zig-zag Interviene en procesos de expresión del material genético 11

2.3 Desnaturalización del ADN Separación de las dos cadenas de ADN (rotura puentes de H entre bases) sin afectar a los puentes fosfodiester Factores: - Tª (fusión = Desnaturalización del ADN por Tª ) (Punto de fusión Tª a la cual está desnaturalizado la mitad de las moléculas de ADN) - Variaciones Ph - Condiciones iónicas del medio Proceso reversible: Gran afinidad entre las bases complementarias. Recupera su forma inicial de doble hélice (renaturalización) - Aplicaciones: Hibridación: (ADN-ADN; ADN-ARN) utilizada en tecnología de ADN recombinante Relación genética o parentesco entre dos ADN Obtención de numerosas copias de ADN (Reacción en Cadena de la Polimerasa; PCR) Elaboración de sondas (fragmentos ADN monocatenarios conocidos para detectar ADN complementario) 12

Descubrimiento de la doble hélice del ADN 1869. J. Friedrich Miescher. Descubrió la nucleína al núcleo 1950 Alexander R. Todd. Establece composición del ADN 1951 Erwin Chargaff. Reglas de Chargaff (Relación cuantitativa de los nucleótidos) A=T; G=C => A/T =1 y G/C =1 A+G=C+T A+T G+C A+T / G+C => Distingue ADN de diferentes especies (Valores más parecidos especies emparentadas) 1952 Rosaling Flanklin y Maurice Wilkins. Fotografía difracción de rayos X de la forma ADN-B 1953 James Watson y Francis Crick. Estructura secundaria del ADN (modelo de la doble hélice) 1962 Premio Nobel de Medicina para Wilkins, Watson y Crick Fotografía 51 13

3. OTROS NIVELES DE COMPLEJIDAD DEL ADN Almacenamiento del ADN en un volumen reducido, facilitando el acceso a la información que contiene. Empaquetamiento: Varía según se trate de organismos procariotas o eucariotas: 3.1.- Empaquetamiento del ADN en procariotas: En procariotas, mitocondrias y cloroplastos doble hélice circular. Se pliega como una superhélice en forma de ochos (circular) y asociada a una pequeña cantidad de proteínas. 14

3.2.- Empaquetamiento del ADN en eucariotas: Cromatina y cromosomas ADN unido a histonas (H1,H2A,H2B,H3,H4) (en espermatozoide, protaminas) Niveles de organización estructural: - Nucleosoma. (octámero de histonas + 2 vueltas de ADN) - Collar de perlas (11 nm) - Fibra cromatínica o de 30 nm (empaquetamiento de solenoide) núcleo en interfase Célula activa - Bucles o lazos radiales Rosetones (300 nm) - Espiral de rosetones (empaquetamiento de cada cromátida; 700nm) - Cromosoma (1400 nm) 15

ADN. Forma 17

4.- Ácido ribonucleico (ARN) Ribonucleótidos unidos mediante enlaces fosfodiéster en sentido 5-3 Están formados por una sola cadena (excepto el ARN bicatenario de reovirus) Niveles estructurales: Estructura primaria: Secuencia de las bases nitrogenadas que constituyen sus nucleótidos. Diferencias ARN ADN: - Pentosa: Ribosa OH en C 2 libres tensiones (menos estable que ADN) ARN 1ª molécula con capacidad de replicación necesaria para el origen de la vida - B.N.: A,C,G y U. En ARNt otras bases (pseudouracilo, dimetilguanina, ) Estructura secundaria: Regiones con secuencias complementarias capaces de aparearse Estructura terciaria: Plegamiento de la secundaria 18

4.1 Clases de ARN ARN vírico Forman parte del genoma de virus (Ej.- Retrovirus) ARN precursores ARN primarios o pre-arn se transforman (maduración) en otros ARN ARN heterogéneo nuclear (ARNhn) Se transforma en ARN mensajero ARN nucleolar (ARNn) Se sintetiza en nucleolo y se transforma en ARN ribosómico ARN reguladores Regulan expresión génica ARN interferente (ARNi) Inhiben traducción ARNm Controla desarrollo y diferenciación celular ARN con actividad catalítica Se comportan como enzimas (Ribozimas) ARNr 28S Cataliza enlace peptídico en ribosomas ARN pequeños nucleares (ARNpn) Maduración de cadenas de ARNm ARN implicados en síntesis de proteínas ARN mensajero (ARNm): Copia la información del ADN ARN ribosómico (ARNr): Forma estructuras de los ribosomas ARN transferente (ARNt): Transporta aminoácidos hasta ribosomas CLASIFICACIÓN Se basa en coeficiente de sedimentación (Velocidad de sedimentación) Se expresa en unidades Svedberg (S) Mide masa molecular y dimensiones de la molécula

4.2.- ARN mensajero (ARNm) - Cadenas de largo tamaño con estructura primaria (lineal) - Mensajero transporta la información necesaria para la síntesis proteica. - Se origina a partir de una de las cadenas del ADN. - Su vida media es corta. Función: transmitir el mensaje codificado en el ADN. Características de los ARNm: a) En procariotas el extremo 5 posee un grupo trifosfato b) En eucariotas En el extremo 5 posee un grupo metil-guanosina unido al trifosfato (Cap; protege de degradación) En el extremo 3 posee una cola de poli-a (transporte fuera del núcleo). Además: - Exones, secuencias de bases que codifican proteínas - Intrones, secuencias sin información. En eucariotas sufre el proceso de maduración (eliminación de intrones) antes de hacerse funcional. Antes de madurar, el ARNm recibe el nombre de ARN heterogeneonuclear (ARNhn ) o Transcrito primario (o pre-arnm) Se encuentra en menor cantidad en la célula (5%). 20

4.3.- ARN ribosómico (ARNr) - Cada ARNr presenta cadena de diferente tamaño, con estructura secundaria y terciaria. - Forma parte de las subunidades ribosómicas cuando se une con muchas proteínas. - Están vinculados con la síntesis de proteínas. Tipos: - Procariotas: 23S (ribozima), 16S y 5S - Eucariotas: 28S (ribozima), 18S, 5,8S y 5S Estructura de un ribosoma bacteriano. El ARNr se aprecia en anaranjado, las proteínas de la subunidad menor en azul, y las de la subunidad mayor 21 en verde. La pequeña estructura en rojo corresponde a una molécula de antibiótico unido a la subunidad menor.

4.4.- ARN transferente (ARNt) Moléculas de pequeño tamaño (80 100 nucleótidos) Presenta bases modificadas (p.e.- pseudouracilo) Función: unir aminoácidos y transportarlos hasta el ARNm para sintetizar proteínas. Estructura: - Poseen estructura secundaria donde no hay bases complementarias aspecto de bucles (hoja de trébol). - Los plegamientos se llegan a hacer tan complejos que adquieren una estructura terciaria Características: - Brazo aceptor: OH extremo 3 Unión con aminoácido - Brazo TψC: Lugar de reconocimento del ribosoma - Brazo D: Reconocimiento de aminoacil-arnt sintetasa - Anticodón: Lugar exacto para colocarse en el ARNm (las complementarias en el ARNm se llaman codón). 22

5. FUNCIONES ÁCIDOS NUCLEICOS Replicación o duplicación del ADN: Transmite la información de una generación celular a la siguiente. - Expresión del mensaje genético: Almacena la información y controla la actividad de la célula. Transcripción del ADN para formar ARNm y otros ARN Traducción, en los ribosomas, del mensaje contenido en el ARNm a proteinas. 23