ÁCIDOS NUCLEICOS 1. ÁCIDOS NUCLEICOS -Nucleótidos -Estructura y composición de los ácidos nucleico -Funciones biológicas 2. GENÉTICA MOLECULAR -El portador del mensaje genético -Estructura del DNA 3. INGENIERIA GENÉTICA Y BIOTECNOLOGÍA 1. ÁCIDOS NUCLEICOS Los ácidos nucleicos (DNA y RNA) son macromoléculas catenarias que actúan como formas de almacenamiento y transferencia de la información genética. 1.1. NUCLEÓTIDOS 1.1.1. Composición Los nucleótidos son las unidades monómeras de los ácidos nucleicos. Cada nucleótido se compone de: base nitrogenada + pentosa + ácido fosfórico Base nitrogenada + pentosa = nucleósido Nucleósido + ácido fosfórico = nucleótido Acido fosfórico PO4H 3 Pentosa RNA: Ribosa DNA: Desoxirribosa Base nitrogenada heterocíclica: Púricas: Adenina Guanina Pirimídicas: Citosina Timina
Uracilo
Existen dos tipos de nucleótidos según la pentosa que contengan: Ribonucleótidos, con ribosa Desoxirribonucleótidos, con desoxirribosa
1.1.2. Estructura Nucleótidos 5 -monofosfato 1.1.3. Nucleótidos que no forman parte de los ácidos nucleicos -Nucleótidos difosfato y trifosfato Son moléculas que contienen energía que puede ser liberada al hidrolizarse los enlaces fosfodiéster. Se emplean en reacciones de transferencia de energía química, fundamentalmente el ATP ATP + H2O ADP + Pi + E ADP + Pi + E ATP + H2O E = 7,3 kcal/mol
Actúan también como coenzimas como transportadores energizados de tipos específicos de moléculas sillares. Son precursores de alto contenido energético de unidades mononucleótidas en la biosíntesis de DNA y RNA. -AMP-cíclico Nucleótido de adenina, ribosa y un fosfato que se une a los carbono 3 y 5 de la ribosa. Es un mensajero químico intracelular al desencadenar reacciones metabólicas como respuesta a la llegada de ciertas señales (hormonas) a la membrana. -Coenzima A Derivado del ADP. Contiene ácido pantoténico (Vitamina del grupo B). Se une a grupos acilo (radicales de ácidos orgánicos), los transporta por la célula y quedan activados para participar en reacciones metabólicas.
-NAD, NADP, FAD y FMN Son coenzimas en reacciones de óxido-reducción en las células (procesos de respiración celular y fotosíntesis). NAD y NADP: Piridín nucleótidos, base nitrogenada nicotinamidaa (vitamina PP). Piridina está formada por nicotinamida y ribosa. FAD y FMN: Flavín nucleótidos, base nitrogenada flavina, su precursor es la vitamina B2 (riboflavina).
1.2. ESTRUCTURA Y COMPOSICION DE LOS ACIDOS NUCLEICOS Cadenas de nucleótidos unidos covalentemente mediante puentes fosfodiéster entre los grupos 5 hidroxilo de un nucleótido y el 3 -hidroxilo del siguiente
1.2.1. DNA Compuesto por desoxirribonucleótidos de adenina, guanina, citosina y timina (a veces hay pequeñas proporciones de derivados metilados de estas bases). Normalmente está formado por dos hebras ordenadas en forma de doble hélice. Procariotas: tienen un solo cromosoma (una macromolécula en doble hélice). DNA extracromosómico en bacterias: plásmidos y episomas Eucariotas: varios cromosomas en el núcleo celular. DNA mitocondrial y plastidial 1.2.2. RNA Compuesto por ribonucleótidos de adenina, guanina, citosina y uracilo. Formado por cadenas simples. Procariotas: RNA en el citoplasma. Eucaritas: Ejemplo de célula hepática: 11% núcleo 15% mitocondrias 50% ribosomas 24% citosol -RNA mensajero Se sintetiza en el núcleo por transcripción. DNA 2 cadenas trancripción RNAm 1 cadena Pasa al citoplasma y en los ribosomas actúa como matriz para la ordenación secuencial de los aminoácidos en la síntesis de proteínas.
RNAm traducción proteínas -RNA de transferencia Actúan como transportadores de aminoácidos en la síntesis proteica. Contienen hasta un 10% de bases poco frecuentes. Forma tres asas cada una de las cuales mantiene porciones de estructura de doble hélice -RNA ribosómico Constituye hasta el 65% de la masa de los ribosomas. Se encuentran algunas bases metiladas. 1.2.3. Funciones biológicas -DNA -Contiene la información genética para la síntesis de proteínas. Durante la interfase celular el DNA se transcribe en RNA, llevando cada molécula de RNA la información necesaria para sintetizar una proteína. -Conservación del material hereditario de generación en generación. Durante la mitosis los cromosomas aseguran el reparto equitativo del material hereditario entre las células hijas, de modo que ambas células contengan exactamente la misma información genética. -RNA -El RNAm transporta la información genética del DNA desde el núcleo hasta el ribosoma. -El RNAt aporta los aminoácidos para la síntesis de proteínas, actuando como el adaptador entre el lenguaje genético, escrito en un código de bases nitrogenadas, y el lenguaje proteico, escrito como secuencia de aminoácidos. -El ribosoma es el orgánulo donde se realiza la traducción del RNAm y se sintetiza la proteína.
2. GENETICA MOLECULAR 2.1. EL PORTADOR DEL MENSAJE GENETICO 2.1.1. Comprobación experimental El DNA fue descubiero por F. Miescher en 1869. Avery, McLeod y McCarty, en 1949, descubrieron su papel como portador de los caracteres hereditarios. La bacteria Diplococcus neumoniae puede presentar dos tipos de cepas: cepa virulenta, productora de enfermedad, de cubierta lisa (S); y cepa no virulenta, inofensiva, de cubierta rugosa (R). La infección en ratones de células S muertas por calor, junto con células R, es letal. De los ratones infectados pueden aislarse y cultivarse células S. Las células R han sido transformadas por algún componente presente en las células S muertas. El DNA aislado y purificado de células S muertas es capaz de producir la misma transformación "in vitro". Esta Transformación es permanente y heredable. Conclusión: el DNA puede ser portador de la información genética.
2.1.2. Datos bioquímicos de apoyo -La cantidad de DNA por célula de una especie es constante. -La cantidad de DNA por célula es proporcional a la cantidad de información genética de dicha célula. -Las células germinales de animales superiores, que son haploides, poseen la mitad de la cantidad de DNA que las células somáticas, que son diploides. -En los virus, el DNA penetra en la célula huésped y las proteínas no. 2.2. ESTRUCTURA DEL DNA 2.2.1. Estructura primaria Secuencia de nucleótidos de una sola hebra. Siendo el número de nucleótidos muy elevado, el número de combinaciones posibles es enorme, siendo posible estructurar una determinada información: el mensaje biológico. Ejemplo: Con 10 nucleótidos podemos construir 410 = 1048576 moléculas de DNA diferentes.
2.2.2. Estructura secundaria Disposición espacial de dos hebras de DNA en forma de doble hélice. Modelo elaborado por Watson y Crick en 1953. El DNA está compuesto por dos hebras de polinucleótidos complementarias y antiparalelas, enrolladas en forma de doble hélice. -Complementarias: las bases nitrogenadas están enfrentadas y unidas por puentes de hidrógeno. A=T y G=C Proporciones A/T = G/C = 1. -Antiparalelas: orientadas en sentido contrario
Las dos hebras contienen información complementaria. La replicación del DNA se produce por replicación de las dos cadenas; cada cadena progenitora sirve como patrón de la nueva hebra complementaria, formándose dos dobles hélices hijas iguales a la progenitora. 2.2.3. Niveles de condensación del DNA -Fibra de 100 Ǻ o collar de perlas Doble hélice asociada a proteínas (histonas) de carácter básico. Esta estructura se llama "collar de perlas" y es exclusiva de los cromosomas de células eucariotas. Constituye la cromatina de células somáticas en interfase. Es una sucesión de nucleosomas: partículas de 100 Ǻ de diámetro compuestas por 8 moléculas de histonas y un fragmento de doble hélice de DNA de 200 pares de nucleótidos, que da dos vueltas a cada grupo de histonas y une un nucleosoma con otro
-Fibra de 300 Ǻ El "collar de perlas" se repliega sobre sí mismo. La cadena de nucleosomas adopta una forma helicoidal con 6 nucleosomas por vuelta
-Estructura del cromosoma metafásico En el cromosoma el DNA está empaquetado entre 5000 y 10000 veces más condensado que en la doble hélice. Se produce mediante un empaquetamiento de la fibra de 20-30 nm. de grosor de la estructura cuaternaria. Una teoría defiende que la estructura del cromosoma puede estar constituida por un
armazón central de proteínas no histónicas rodeado de DNA formando asas a su alrededor. Según las últimas observaciones parece que el cromosoma está estructurado por sucesivos enrollamientos en diferentes niveles (la estructura cuaternaria de 20-30 nm. de grosor se enrolla formando bucles, los bucles forman rosetas y las rosetas forman rodillos) hasta configurar un cromosoma lo suficientemente condensado que es visible al microscopio óptico