Post on 19-Sep-2018
ÁCIDOS NUCLEICOS
DEFINICIÓN
Son biomoléculas complejas con carácter ácido formadas por monómeros que fueron
descubiertas por Miescher en 1869 tras extraer ADN de núcleos celulares, de ahí el nombre
de ácidos nucleicos.
COMPOSICIÓN
Los monómeros reciben el nombre de Nucleótidos y están constituidos por tres tipos de
moléculas:
Una Pentosa, con forma -furanosa: Ribosa o Desoxirribosa.
Ácido Fosfórico: H3PO4.
Una Base Nitrogenada derivada de la Purina o de la Pirimidina.
1. Bases Nitrogenadas + Azúcar con Enlace Glucosídico = Nucleósido
2. Nucleósido + Ácido Fosfórico con Enlace Éster = Nucleótido
3. Nucleótido + Nucleótido con Enlace Fosfodiester = Ácido Nucleico
DIFERENCIAS ENTRE EL ADN Y EL ARN
ADN ARN
POR SU
COMPOSICIÓN
QUÍMICA
Pentosa: DESOXIRRIBOSA
Base Nitrogenada: Nunca
URACILO
Pentosa: RIBOSA
Base Nitrogenada: Si lleva
URACILO
POR SU
LOCALIZACIÓN
En el Núcleo (no lo abandona),
Mitocondrias y Cloroplastos
En el Núcleo (sale de él al
citoplasma), Mitocondrias,
Cloroplasto y Citoplasma
POR SU FUNCIÓN
Es el portador de los factores
hereditarios
Dicta las órdenes para la
realización de las funciones
celulares
Recibe las órdenes del ADN
Ejecuta las órdenes del ADN
POR LA
ESTRUCTURA
Formado, normalmente, por una
doble cadena
Por una cadena sencilla
(normalmente) y de menor longitud
TIPOS
Hay dos, el ADN o Desoxirribonucleico y el ARN o Ribonucleico:
Son aquellos que realizan funciones por sí mismos. Entre ellos, destacan los siguientes tipos:
ADN
1. MONOCATENARIO
LINEAL: Muy raro, en virus como Tpar, T- y Fago
CIRCULAR: Muy raros. En virus como M13 y X174
2. BICATENARIO
LINEAL: De Eucariotas
CIRCULAR: Procariotas (4.000 Kpb), Mitocondrias (16-110 Kpb) y Cloroplastos (85-2.000 Kpb)
ARN
1. MONOCATENARIO: El normal
2. BICATENARIO: Muy raro
TAMAÑO EN HUMANOS
ADN
3·106 KB (1 metro)
ARN
- ARNm,
1.000 a 10.000 nucleótidos (depende del tamaño de la proteína)
- ARNt
65 a 110 nucleótidos
- ARNr
120 a 5.400 nucleótidos
- ARNn
100 a 300 nucleótidos
NUCLEÓTIDOS NO NUCLEICOS
NUCLEÓTIDOS IMPLICADOS EN PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE ENERGÍA
Son moléculas que captan o desprenden energía al transformarse unas en otras. Así, el ATP
desprende energía cuando se hidroliza, transformándose en ADP y fosfato inorgánico (Pi).
Por el contrario, el ADP almacena energía cuando reacciona con el fosfato inorgánico y se
transforma en ATP y agua. De esta forma, se transporta energía (unas 7,3 kilocalorías por
mol de ADP/ATP) de aquellas reacciones en las que se desprende energía (exergónicas) a
aquellas en las que se necesita (endergónicas).
Entre los nucleótidos transportadores de energía destacan: el AMP (adenosina-5’-
monofosfato), el ADP (adenosina-5’-difosfato), el ATP (adenosina-5’-trifosfato), el GDP
(guanosina-5’-difosfato) y el GTP (guanosina-5’-trifosfato).
NUCLEÓTIDOS IMPLICADOS EN PROCESOS REDOX
Se encargan de captar electrones de moléculas a las que oxidan y de cederlos a otras
moléculas a las que a su vez reducen. Así, el NAD+ puede captar 2 e- transformándose en
su forma reducida, el NADH, y éste puede ceder dos electrones a otras sustancias,
reduciéndolas y volviendo a transformarse en su forma oxidada, el NAD+. De esta forma se
transportan electrones desde aquellas reacciones en las que se desprenden a aquellas en las
que se necesitan.
Entre los nucleótidos transportadores de electrones destacan los siguientes:
o NAD+/NADH (Nicotinamida-adenina-dinucleótido) oxidado y reducido,
respectivamente.
o NADP+/NADPH (Nicotinamida-adenina-dinucleótido-fosfato) oxidado y reducido.
o FAD/FADH2 (Flavina-adenina-dinucleótido), oxidado y reducido, respectivamente.
o FMN (Flavina-mononucleótido).
NUCLEÓTIDOS REGULADORES DE PROCESOS METABÓLICOS
Uno de los nucleótidos implicados en la regulación de diversos
procesos metabólicos es el AMP cíclico (adenosina-3’,5’-
monofosfato, ácido adenílico cíclico ó AMPc), en el que dos grupos –
OH del fosfato de una molécula de AMP se esterifican con los OH
situados en las posiciones 3’ y 5’ de su ribosa, formando un ciclo.
Este derivado del AMP está muy extendido en las células animales e
interviene como “segundo mensajero” en numerosas reacciones
químicas inducidas por hormonas, en distintos tipos de células.
ATP
NAD+ Y NADP+
X es un hidrógeno en el NAD+ y un
grupo fosfato en el NADP+
A mediados del siglo XX, uno de los misterios que quedaba por
descubrir dentro de la endocrinología era reconocer el factor o
factores que impulsaban a las hormonas a actuar de una manera
determinada. En aquella época, la idea más extendida en dicho campo
era que las hormonas actuaban de forma sistemática sobre
mecanismos enzimáticos, que eran los responsables de que se
produjeran casi todas las reacciones químicas que ocurren en el
cuerpo humano. Sin embargo, el científico estadounidense Earl W.
Sutherland (Nobel en 1971) descubrió que el AMPc actuaba como
enlace entre las hormonas y los fenómenos que éstas controlaban en el organismo.
A raíz de un estudio realizado en 1957 sobre la función de la adrenalina como mensajero del
aporte urgente de energía en las situaciones de peligro repentino, Sutherland descubrió que la
adrenalina se servía de otra sustancia para realizar su función: el AMP cíclico (AMPc).
La adrenalina y el glucagón originan hiperglucemia, en gran parte debido al aumento de la
glucenogenolisis en el hígado y la cesión de glucosa. Estas hormonas activan la fosforilasa del
hígado, responsable del desdoblamiento del glucógeno. Posteriormente se comprobó que en las
células hepáticas se producía un factor que estimulaba al sistema responsable de la
fosforilación por la fosforilasa, convirtiendo la enzima inactiva en activa. Este factor fue
reconocido como el ácido adenil cíclico, y la reacción fundamental está regulada por la
adenilato ciclasa, que convierte el ATP en AMP cíclico y pirofosfato. La otra enzima principal
en la regulación de los niveles de AMP cíclico es una fosfodiesterasa específica, que lo
inactiva degradándolo a ácido adenílico. Se comprobó que la adenilato ciclasa estaba presente
en todas las células animales examinadas, excepto en los eritrocitos no nucleados,
generalmente asociada con las membranas celulares o con los sistemas de membrana
intracelulares. En posteriores investigaciones se pudo comprobar que este segundo mensajero
estaba implicado en la función de numerosas hormonas.
Los hallazgos de Sutherland permitieron conocer la fisiología general de las hormonas y
sirvieron para desarrollar una estrategia terapéutica sobre las enfermedades que pueden ser
tratadas con ellas.
Así por ejemplo, en las células hepáticas, la adrenalina
es una hormona que provoca una cascada de reacciones
amplificadoras. La unión de unas pocas moléculas de
adrenalina a sus receptores específicos en la
superficie externa de la membrana plasmática inicia
una serie de reacciones enzimáticas que provocan la
degradación del glucógeno hepático y la liberación de
gran cantidad de glucosa en la sangre.
El AMPc está relacionado también con:
El control de la expresión genética (induce qué
genes deben transcribirse en cada momento).
La división celular.
La respuesta inmunitaria.
La transmisión nerviosa.
ÁCIDOS NUCLEICOS, ESTRUCTURA
El ADN presenta diferentes rasgos de complejidad estructural y se pueden distinguir tres
niveles estructurales:
1. ESTRUCTURA PRIMARIA, o secuencia de nucleótidos.
2. ESTRUCTURA SECUNDARIA o doble hélice.
3. ESTRUCTURA TERCIARIA o ADN superenrollado, que surge de la torsión de la doble
hélice sobre sí misma. Dicha estructura terciaria puede condensarse más hasta llegar a una
superespiralización cuando se inicia la mitosis, momento en el que la fibra de cromatina se
compacta para formar los cromosomas.
La difracción de rayos X de ADN extraído del núcleo de células del timo de ternera, como la impresión
fotográfica de la figura, ha dado lugar a un dibujo de puntos en el que se pueden medir las desviaciones
experimentales por los mencionados rayos. De esta forma se pueden deducir las distancias entre los
átomos de una molécula y, por tanto, su estructura espacial. Estos estudios fueron realizados por
Rosalind Franklin y Maurice Wilkins entre 1950 y 1953. En 1953, los físicos James Watson y Francis
Crick establecieron el modelo de la doble hélice del ADN basándose en las aportaciones realizadas por
otros científicos años antes:
- La densidad y la viscosidad de las dispersiones acuosas del ADN eran superiores a las esperadas.
- Todos los ADN tienen tantas moléculas de
adenina (A) como de timina (T) y tantas de
citosina (C) como de guanina (G).
- El ácido ácido tiene una estructura fibrilar
de 20 A de diámetro, descubierto
mediante la difracción de rayos X.
Difracción de rayos X
ÁCIDOS NUCLEICOS, ESTR. SECUNDARIA
Las características de esta doble hélice son las siguientes:
- El ADN es una doble hélice de 20 Å de diámetro, formada por dos cadenas de
polinucleótidos enrolladas alrededor de un eje imaginario. Los grupos hidrófobos se
disponen hacia el interior de la molécula y las pentosas y los grupos fosfato quedan en el
exterior. La ionización de los fosfatos proporciona el carácter ácido de esta
macromolécula.
- Las dos cadenas son antiparalelas, es decir, están orientadas en sentidos contrarios.
- Las dos cadenas son complementarias. Si en una hay T (timina), en la otra, al mismo nivel
hay A (adenina); y si hay C (citosina), en la otra hay G (guanina). Existe diferente secuencia
pero ambas son complementarias.
- El enrollamiento de la doble hélice es dextrógiro y plectonímico, es decir, que para que se
separen las dos cadenas una debe girar con respecto a la otra.
- La doble hélice es muy estable en estado natural, pero se desnaturaliza (se separan las dos
hebras) a partir de los 100 ºC. No obstante, se renaturaliza si baja la temperatura hasta
los 65 ºC. Gracias a este fenómeno, se pueden hibridar cadenas de ADN.
PROPIEDADES DE LA ESTRUCTURA SECUNDARIA
DEL ADN: DESNATURALIZACIÓN
Si una disolución de ADN se calienta suficientemente (hasta alcanzar una temperatura de
unos 100 ºC), ambas hebras se separan, ya que se rompen los puentes de hidrógeno que unen
las bases complementarias, y el ADN se desnaturaliza. La temperatura de desnaturalización
depende de la proporción de bases. Así, a mayor proporción de pares C-G, mayor temperatura
de desnaturalización, ya que la citosina y la guanina se unen mediante tres puentes de
Hidrógeno, mientras que adenina y timina sólo lo hacen mediante dos. Por lo tanto, a mayor
proporción de pares C-G, más puentes de hidrógeno unirán ambas hebras.
La desnaturalización también se produce variando el pH o a concentraciones salinas elevadas.
Si se restablecen las condiciones originales, incluso bajando la temperatura hasta 65 ºC, el
ADN se puede renaturalizar y ambas hebras se unen de nuevo. Este proceso de
renaturalización se utiliza para llevar a cabo procesos de hibridación entre hebras de
distintos ADN para analizar, por ejemplo, el grado de parentesco entre hebras distintas.
TIPOS DE DOBLE HÉLICE DEL ADN Existen tres tipos de doble hélice a nivel de ADN:
La forma B: doble hélice dextrógira, con bases horizontales y perpendiculares al eje
longitudinal de la molécula, de forma que dicho eje atraviesa los planos determinados por cada
pareja de bases, a nivel de sus centros. Esta forma, considerada como la normal, es típica de
dúplex ADN-ADN.
La forma A: doble hélice dextrógira, con bases en planos inclinados con respecto al eje
longitudinal. Dicho eje atraviesa los planos por puntos desplazados del centro. Aunque no
existe en condiciones fisiológicas, dicha forma es típica de dúplex ADN-ARN o ARN-ARN.
La forma Z: doble hélice levógira, con configuración en zig-zag y enrollamiento irregular. Es
típica de dúplex ADN-ADN donde abundan los pares C-G. Esta forma está presente en
segmentos de ADN que constituyen señales para las proteínas reguladoras de la expresión del
mensaje genético.
TIPO DE ADN A B Z
GIRO DE HÉLICE Dextrógiro Dextrógiro Levógiro
nm POR VUELTA 2.8 3.4 4.5
PLANO ENTRE BASES inclinado perpendicular zig-zag
Nº DE NUCLEÓTIDOS POR VUELTA 11 10 12
ESTRTRUCTURA TRIDIMENSIONAL
DE LA MOLÉCULA DE ADN
ESTR. TERCIARIA ADN – COLLAR DE PERLAS
Las moléculas de ADN circular, como por ejemplo, los ADN bacteriano o el mitocondrial,
presentan una estructura terciaria, en la que la fibra de 20 Å se encuentra retorcida sobre sí
misma formando una superhélice o ADN superenrrollado. El ADN de las células eucariotas es
capaz de enrollarse tanto gracias a la participación de unas proteínas llamadas histonas (en los
espermatozoides son las protaminas).
PRIMER NIVEL DE EMPAQUETAMIENTO
FIBRA DE CROMATINA DE 100 Å o COLLAR DE PERLAS
La doble hélice se asocia a histonas (en masa, hay la misma
cantidad de ADN que de histonas). El ADN se enrolla alrededor
de ocho histonas, formando un nucleosoma, partículas de 100 Å. La
sucesión de nucleosomas da lugar al collar de perlas; y entre cada
nucleosoma hay un ADN denominado ADN espaciador. Cuando se
asocia a una histona H1 se condensa y si no es así, está laxa.
El collar de perlas se encuentra en el núcleo durante la interfase
del ciclo celular de todas las células eucariotas, menos en los
espermatozoides.
ESTR. TERCIARIA ADN –
EMPAQUETAMIENTOS SUPERIORES
SEGUNDO NIVEL DE EMPAQUETAMIENTO
FIBRA DE CROMATINA DE 300 Å o SOLENOIDE
Se forma por enrollamiento sobre sí misma de la fibra de cromatina
de 100 Å condensada. En cada vuelta encontramos 6 nucleosomas y 6
histonas H1. Reduce la doble hélice entre 35 o 40 veces.
TERCER NIVEL DE EMPAQUETAMIENTO
DOMINIOS EN FORMA DE BUCLES
Se forma cuando la fibra de 300 Å realiza una serie de bucles llamados dominios
estructurales en forma de bucle de entre 20.000 y 70.000 pares de bases de longitud.
NIVELES SUPERIORES DE EMPAQUETAMIENTO
Los niveles superiores de empaquetamiento no se conocen con exactitud pero se sabe que la
fibra se condensa 7.000 veces la doble hélice en los cromosomas humanos, pero puede llegar a
10.000 en otras especies.
TIPOS DE ARN
ARNt transferente, transportador de aminoácidos determinados hasta los ribosomas, donde,
según la secuencia especificada en un ARNm, se sintetizan las proteínas.
ARNt-1ª
ARNt-3ª
ARNm mensajero, que copia la información contenida
en el ADN y la lleva hasta los ribosomas, para que
sintetizan las proteinas.
ARNn nucleolar, componente fundamental del
nucleolo.
ARNr ribosómico, constituyente de los
ribosomas.
ARNpn pequeño nuclear, formador de las
ribonucleoproteínas nucleares, que eliminan
intrones en el proceso de maduración del
ARNm.
ARNi, de interferencia, utilizado por
determinadas enzimas para reconocer
ARNm concretos.