ÁCIDOS NUCLEICOS

ADN y ARN

Concepto de Ácido Nucleico

• Los ácidos nucleicos fueron descubiertos por Friedrich Miescher en 1868, al estudiar el núcleo celular con el objetivo de conocer su naturaleza química.

• Son macromoléculas o polímeros formados por la unión de unas unidades o monómeros denominadas nucleótidos, por eso podemos definirlos como polinucleótidos.

Papel biológico

LOS NUCLEÓTIDOS

Están formados por 3 tipos de compuestos:

• Ribosa

• DesoxirribosaUNA PENTOSA

• Púricas

• PirimidínicasUNA BASE

NITROGENADA

• Ácido ortofosfóricoÁCIDO

FOSFÓRICO

UNA PENTOSA

- ß-D-ribosa - ß-D-2-desoxirribosa

UNA BASE NITROGENADA

Base

nitrogenada

PúricasAdenina

Guanina

Pirimidínicas

Citosina

Timina

Uracilo

ADNY

ARN

ADN

ARN

Purinas y pirimidinas

Ácido ortofosfórico

NUCLEÓSIDOS

• Son compuestos que se forman por la unión de una pentosa y una base nitrogenada. El enlace mediante el cual se unen se denomina N-glucosídico, se forma entre el C-1' de la pentosa y un nitrógeno de la base que será el N-1 si esta es pirimidínica, o el N-9 si es púrica.

NUCLEÓSIDOS

• Son compuestos que se forman al unirse una molécula de ácido fosfórico con la pentosa de un nucleósido. El enlace es un enlace éster, se produce al esterificarse un OH del fosfórico con un OH libre de la pentosa, frecuentemente el del C-5', en su formación se libera una de agua

NUCLEÓTIDOS

NUCLEÓTIDOS

NUCLEÓTIDOS

CADENAS DE NUCLEÓTIDOS- Las cadenas de ácidos nucleicos presentan dos extremos: el extremo 5’, donde hay un grupo fosfato unido al carbono 5’ del primer nucleótido, y el extremo 3’, donde hay un radical hidroxilo unido al carbono 3’ del último nucleótido.- Los ácidos nucleicos se sintetizan mediante enzimas capaces de añadir nucleótidos al extremo 3’. Entre el radical hidroxilo (-OH) del carbono 3’ del último nucleótido y el radical fosfato del carbono 5’ del nucleótido que se añade, se forma un enlace fosfodiéster.

ADN

• Las moléculas de ADN de todos los tipos celulares son cadenas de unidades de desoxirribonucleótidos, las cuales está constituidas por el azúcar desoxirribosa, el grupo fosfato, y las bases purínicas: adenina y guanina, y pirimídicas: citosina y timina.

• Tienen un peso molecular muy elevado (el humano 3,6 .1012). En la mayoría de los casos es bicatenario: está formada por dos cadenas de nucleótidos, aunque en algunos virus es monocatenario. En algunos casos la molécula de ADN es circular (carece de extremos) como ocurre en las células procariotas, en algunos virus etc.; en las células eucariotas es lineal.

ADN: ESTRUCTURA

• El ADN es el portador de la información genética, que será transmitida de generación en generación. Es un polímero lineal.

• El ADN tiene diferentes niveles de complejidad. Presentan:– Estructura primaria.

– Estructura secundaria.

– Estructuras superenrolladas o empaquetadas (equivaldrían a una estructura terciaria).

ADN: estructura primaria

• La estructura primaria del ADN está constituida por la secuencia de desoxirribonucleótidos de una sola cadena o hebra unidos entre sí por enlaces fosfodiéster.

• La diferencia entre dos cadenas de ADN está en el tamaño, en la composición y en la secuencia de las bases.

ADN: estructura primaria

• Es la disposición espacial de las dos cadenas de polidesoxirribonucleótidos que constituyen la molécula de ADN.

• Esta estructura fue determinada por Watson y Crick en 1953, que propusieron el modelo de doble hélice,basándose en los descubrimientos realizados con anterioridad por otros científicos:– El ADN es una molécula larga y rígida.– Existe una equivalencia de bases: la proporción de adenina es

igual a la de timina y la guanina es igual a la de citosina.– En la molécula hay estructuras que se repiten cada 0,34

(separación entre pares de bases) y 3,4 nm (vuelta completa con 10 nucleótidos)

*nanómetro: 10-9 metros

ADN: estructura secundaria.

ADN: emparejamiento de las bases

Modelo de Watson y Crick: doble hélice

1. La molécula de ADN está formada por dos cadenas de polidesoxirribonucleótidos, que son antiparalelas, es decir están orientadas en sentido opuesto, una tiene sentido 5' 3' y la otra 3'5'.

2. Las dos cadenas están enfrentadas por sus bases nitrogenadas. El enfrentamiento es siempre entre una base púrica y una pirimidínica. Se da entre la A-T y G-C o viceversa, a las bases que se encuentran enfrentadas se las denomina bases complementarias.

3. Las dos cadenas se unen mediante enlaces por puentes de hidrógeno que se establecen entre los grupos polares de las bases complementarias. Entre la adenina y la timina se forman 2, y entre la guanina y la citosina 3.

4. Estas dos cadenas están enrolladas en espiral alrededor de un eje imaginario originando una doble hélice.

5. Las dos cadenas no son iguales, cada una de ellas está formada por bases complementarias (nucleótidos complementarios) de la otra, por ello se denominan cadenas complementarias.

6. Este enrollamiento es dextrógiro (hacia la derecha visto desde arriba) y plectonémico es decir esta enrollada una sobre la otra y para separarla es necesario hacerlas girar.

7. El grosor de la doble hélice es de 2 nm.

Modelo de Watson y Crick: doble hélice

Modelo de Watson y Crick: doble hélice

Niveles de condensación del ADN

• En las células eucariotas, el ADN se asocia a proteínas, llamadas histonas, para formas nucleosomas (fibra de cromatina de 10 nm). También se denomina “collar de perlas”

• En preparaciones de cromatina se ha observado que la fibra de 10 nm se arrolla y da lugar a una forma más condensada, que se denomina “solenoide” o fibra de 30 nm. Supone un empaquetamiento 40 veces superior al de la hélice original de ADN.

• La fibra de 30 nm se pliega en forma de grandes bucles. Estas estructuras se compactan para dar lugar a las cromátidas de los cromosomas. Supone un nivel de compactación de unas 10 000 veces mayor que la fibra de ADN.

• La desnaturalización del ADN consiste en la pérdida de la estructura en doble hélice. Se produce por:

– Cambios de temperatura. Cuando la temperatura alcanza ñun determinado valor, llamado fusión del ADN, las dos hebras se separan. Este proceso es reversible si las dos cadenas son complementarias.

– Cambios de pH.

Desnaturalización del ADN

ARN

• El ARN es un polímero formado por nucleótidos cuya pentosa es la ribosa (ribonucleótidos) y cuyas bases nitrogenadas son adenina, guanina, citosina y uracilo, unidos mediante enlaces fosfodiéster en sentido 5’ → 3’, igual que el ADN .

• El ARN es casi siempre monocatenario, excepto en algunos casos como en los reovirus en que es bicatenario.

TIPOS DE ARN

• ÁCIDO RIBONUCLEICO MENSAJERO (ARNm)

• ÁCIDO RIBONUCLEICO DE TRANSFERENCIA (ARNt)

• ÁCIDO RIBONUCLEICO RIBOSÓMICO (ARNr)

• ÁCIDO RIBONUCLEICO NUCLEOLAR (ARNn)

FUNCIONES DEL ARN

Desempeñan un papel fundamental en las síntesis de proteínas:• El ARNm, sintetizado a partir de un fragmento de ADN

cromosómico en el proceso de la transcripción, va a llevar la información del núcleo al citoplasma (a los ribosomas), para su posterior traducción en forma de proteína.

• El ARNt será el encargado, en el citoplasma, de portar los distintos aminoácidos para la síntesis proteica.

• El ARNr, asociado con proteínas, formará parte de la estructura de los ribosomas, lugar en el que se llevará a cabo la síntesis de proteínas.

• El ARNn se encuentra asociado a diferentes proteínas formando parte del nucléolo. Se origina en el núcleo a partir de diferentes segmentos del ADN llamados organizadores nucleolares. Una vez formado, se fragmenta y da origen a los diferentes tipos de ARN

NUCLEOTIDOS NO NUCLEICOS

• Algunos nucleótidos no forman parte de los ácidos nucleicos sino que se encuentran libres en las células y constituyen compuestos de gran importancia biológica, desempeñando diferentes funciones:

– Proporcionar energía.

– Actuar como cofactor en la actividad enzimática.

– Ser mediadores en la comunicación celular.

NUCLEÓTIDOS RICOS EN ENERGÍA

• Son nucleótidos normales a los que se unen 1 ó 2 moléculas más de fosfórico mediante enlaces éster; estos enlaces son muy ricos en energía (enlaces de alta energía) es decir se necesita mucha energía para formarse, y cuando se hidrolizan se libera también una gran cantidad de energía.

• Los más importantes son los adenosín-fosfatos (ADP y ATP). El ATP actúa como moneda de intercambio de energía: La energía que se libera en los procesos exergónicos (catabólicos) se utiliza para formar ATP a partir de ADP y fosfórico (fosforilación), mientras que la energía que se requiere en los procesos endergónicos (anabólicos) se obtiene de la hidrólisis del ATP a ADP y fosfórico (defosforilación).

Proceso catabólicoATP + H2O ADP + P + Energía

Proceso anabólico