Ácidos NucleicosMARY L. VALLECILLO MSc

Friedrich Miescher, trabajando en el laboratorio de Félix Hoppe-Seyler, en el Castillo de Tübingen (Alemania), descubrió en 1869 el DNA, al que llamó “nucleína”

“Me parece que va a emerger una completa familia de estas nucleínas que contienen fósforo que quizá merezca igual consideración que las proteínas”

NUCLEÓTIDOS Y ÁCIDOS NUCLEICOS

• Los nucleótidos son un grupo de macromoléculas que

participan en los procesos de transmisión y expresión

de la información genética. Existen 2 tipos de ácidos

nucleicos, el ACIDO RIBONUCLEICO (RNA o ARN) y el

ACIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (DNA o ADN).

Componentes de un nucleótido:

base N + pentosa + fosfato

Acido Nucléico: polímero de nucleótidos

RNA

DNA

Azúcares de los ácidos nucléicos

LAS PENTOSAS (MONOSACÁRIDOS)

(RNA) (DNA)

Bases nitrogenadas de los ácidos nucléicos

EL ENLACE GLUCOSÍDICO

NUCLEOTIDOS DEL ADN

NUCLEOTIDOS DEL ARN

ESQUEMA DE UN NUCLEÓTIDO

POLINUCLEÓTIDOS

ÁCIDOS NUCLEICOS

• ADN ( ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO ).

• ARN ( ÁCIDO RIBONUCLEICO ).

Los científicos Watson y Crick , fueron acredores del premio Nobel en 1953, por establecer el módelo del ADN , proponiendo la estructura helicoidal de doble cadena de DNA, como se conoce hoy en día.

“Cada molécula de DNA está formada por dos largas cadenas de polinucleótidos que corren en direcciones opuestas formando una hélice doble alrededor de un eje imaginario central. De esta forma la polaridad de cada cadena es opuesta”

Estructura del ADN

Estructura del ADN

La doble cadena de DNA se forma por la unión de nucleótidos (fosfato, azúcar y base nitrogenada) que se atraen fuertemente mediante puentes de H.

LOS NUCLEÓTIDOS

Están formados por:

Una base nitrogenada BN

Un azúcar (pentosa) A

Ácido fosfórico (H3PO4) P

Unidos en el siguiente orden: P A BN

O N

NN

N

NH2

OHOH

CH2OP-O

O

O-

H

H H

Pentosa Base

NucleósidoFosfato

Nucleótido

Acido Ortofosfórico

Azúcares de RNA y DNA

Pir

imid

inas

Pu

rin

as

DNARNA

Bases Nitrogenadas

FUNCIONES DE LOS NUCLEÓTIDOS

Son fundamentales para la vida de las

células, pues al unirse con otras moléculas

cumplen tres funciones cruciales:

1. TRANSPORTE DE ENERGÍA

2. TRANSPORTE DE ÁTOMOS

3. TRANSMITEN MENSAJES CELULARES

4. TRANSMITEN LOS CARACTERES HEREDITARIOS

1. TRANSPORTE DE ENERGÍA

Cada nucleótido puede contener de 1 A 3 grupos de acido

fosfórico.

•Monofosfato: AMP, CMP, GMP, UMP, dAMP, dCMP, dGMP, dTMP

•Difosfato: ADP, CDP, GDP, UDP, dADP, dCDP, dGDP, dTDP

•Ttrifosfato: ATP, CTP, GTP, UTP, dATP, dCTP, dGTP, dTTP

Los nucleótidos se encuentran en un estado estable cuando

poseen un solo grupo de acido fosfórico .

Cada grupo de fosfato adicional que posea un nucleótido se

encuentra en un estado más inestable y el enlace del fosfato tiende

a romperse por hidrólisis y liberar la energía que lo une al

nucleótido.

Las células poseen enzimas cuya función es precisamente hidrolizar nucleótidos (enlaces del fosfato) para extraer el potencial energético almacenado en sus enlaces.

Por tal razón un nucleótido de trifosfato es la fuente preferida de energía en la célula.

De ellos, el ATP es el predilecto en las reacciones celulares para la transferencia de la energía demandada.

UTP y GTP también complacen las demandas de energía de la célula en reacciones con azúcares y cambios de estructuras protéicas, respectivamente.

El ATP

Hidrólisis del ATP

+

7,3 Kcal.

3. TRANSMITEN MENSAJES CELULARES

4. TRANSMITIR CARACTERES HEREDITARIOS

Para cumplir esta función, los nucléotidos se polimerizan

formando polinucleótidos en forma de cadena, llamados

ácidos nucleicos.

Formación de dinucleótidos

3’-hidroxilo

5’-fosfato

DNA (estructura de doble hélice)

Las dos cadenas complementarias se encuentran entrelazadas en forma de doble hélice.

A = T

G ≡ C

Leyes de ChargafLa Ley de Chargaff y Col es aplicable al ADN, ellos realizaron un estudio cuantitativo sobre el nº de bases nitrogenadas complementarias en el ADN(relación AT/CG), demostraron que la cantidad de Adenina es igual a la cantidad de Timina, lo mismo que la cantidad de Citosina es igual a la cantidad de Guanina, es decir, el nº total de bases Púrinas es igual al nº total de bases Pirimídinas, sin embargo, en lo que respecta a la relación AT/CG existe notables diferencias, en animales superiores y vegetales superiores hay mas predominio de AT sobre CG, en cambio, en bacterias y plantas inferiores existe lo contrario CG sobre AT

Puentes de HNucleótido

Cadena IZQ. Cadena DER.

DNA

EL ARN

• LLEVA RIBOSA Y NO DESOXIRRRIBOSA.• SUS BASES NITROGENADAS SON : A. G. C Y U.• ES UNA MOLÉCULA MÁS CORTA QUE EL ADN.• SALVO EXCEPCIONES NO FORMA CADENAS

DOBLES.

TIPOS DE ARN

• ARN RIBOSOMAL : Forma los ribosomas.• ARN TRANSFERENTE: Capta aminoácidos en su

extremo 3’.• ARN MENSAJERO : Lleva la información

genética desde el núcleo al citoplasma.

Los mas importantes

Ribosómico rRNA

Mensajero mRNA

Transferencia tRNA

EXISTEN VARIOS TIPOS DE RNA

•RNA heterogéneo nuclear (hnRNA)

•RNA pequeño nuclear (snRNA)

•RNA catalítico (cRNA)

•RNA vírico (vRNA)

RNA (estructura de cadena sencilla)

El RNA es

monocatenario

RNA heterogéneo nuclear (hnRNA)

Es un RNA de alto peso

molecular, también conocido

como transcrito primario del

RNA ya que es el RNA recién

sintetizado por la RNA

polimerasa en el proceso de

transcripción.

En células procariotas, el

transcrito primario actúa

directamente como molde para

la síntesis de proteínas.

RNA polymerase

DNA of gene

PromoterDNA Terminator

DNAInitiation

Elongation

Termination

Area shownin Figure 10.9A

GrowingRNA

RNApolymerase

Completed RNA

RNA pequeño nuclear (snRNA)

Está presente en el núcleo, y es de pequeño tamaño. Está implicado en

los procesos de maduración del RNAhn. En este proceso, el RNAsn

se asocia a proteínas formando las ribonucleoproteínas pequeñas

nucleares (RNPsn) que se encargan de eliminar los intrones.

En eucariotas, el RNAm maduro presenta unas características

especiales, ya que además de los codones de iniciación (AUG) y de

terminación (UAG) presenta en su extremo 5' una estructura compleja

llamada "capucha" (cap), y en su extremo 3' una cadena de poliA de

longitud variable. Estas modificaciones tienen por objeto aumentar la

vida media de estas moléculas en el citoplasma

UAA AUG UGA

AUG INICIO

TERMINO

RNA de transferencia (tRNA)

Tienen entre 75 y 90 nucleótidos, y su peso molecular es de unos 25000

dalton. Se conocen unos 60 distintos, y se encuentran en todas las

células.

Intervienen en la síntesis de proteínas, ya que van unidos a un

aminoácido.

Pueden presentar nucleótidos poco usuales (ácido pseudouridílico,

ácido inosílico) e incluso bases características del DNA como la timina.

Su estructura secundaria presenta un plegamiento complejo en donde

alternan zonas apareadas y zonas no apareadas, y en donde se pueden

distinguir zonas críticas, como la zona de unión a aminoácidos y la zona

que reconoce los codones del RNAm

Figure 10.11A

Hydrogen bond

Amino acid attachment site

RNA polynucleotide chain

Anticodon

RNA ribosómico (rRNA)

Se conocen varios tipos distintos y están presentes en los ribosomas,

orgánulos intracelulares implicados en la síntesis de proteínas.

Su estructura secundaria y terciaria presenta un plegamiento complejo

que le permite asociarse tanto a las proteínas integrantes de los

ribosomas como a otros RNA y participar en el proceso de síntesis

proteica.

5S y 16S

RNA mensajero (mRNA) El RNA mensajero (RNAm) se sintetiza sobre un molde de DNA y sirve

de pauta para la síntesis de proteínas (traducción). Su peso molecular

es alto y contiene únicamente los nucléotidos A, U, G y C. Además de

contener codificada la secuencia de una proteína, contiene señales para

la iniciación (codón AUG, que codifica al aminoácido metionina) y

terminación de la síntesis (codones UAA, UAG o UGA).

Trascripción

Codons

mRNA

mRNAbindingsite

P site A site

P A

Growingpolypeptide

tRNA

Next amino acidto be added topolypeptide

Traducción

RNA catalítico (cRNA)

RNA viral (vRNA)

Es el que consituye el patrimonio genético de ciertos virus como el

bacteriófago MS2, el virus del mosaico del tabaco, el poliovirus, el virus

de la rabia, el virus de la gripe o el virus del SIDA.

Los virus cuyo patrimonio genético es una molécula de RNA se llaman

retrovirus, y su hallazgo supuso replantearse el dogma central de la

biología:

snRNA

Interesting facts about RNA • Approximately, 5-10% of total weight of a cell is RNA

(compare with only about 1% DNA!).

• The extra hydroxyl group in RNA makes it more succeptible to

damage by hydrolysis; that's why DNA is the ultimate

repository of genetic information.

• RNA is the genetic material (like DNA for other organisms) in

some viruses (which don't have DNA).

• DNA is capable of self-replication, but only when assisted or

catalysed by proteins (enzymes) but RNA is capable of both self

replication and catalysis.

•  "RNA World hypothesis" states that before the emergence

of the first cell, RNA was  the dominant and probably the

only form of life.

Diferencias entre DNA y RNA

DNA RNA

Doble cadena helicoidal Cadena Simple

Tiene las bases A, T, G y C Tiene las bases A, U, G y C

Es una gran macromolécula Es más pequeña que el DNA

Esta en el Núcleo* También está en el citoplasma

Constituye los Genes (se Replica o se trascribe a RNA)

Es una molécula involucrada en la síntesis de proteínas

* También se encuantra en mitocondrias y cloroplastos

FUNCIONES DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS

1. SÍNTESIS DE PROTÉINAS ESPECÍFICAS DE LA CÉLULA.

2. ALMACENAMIENTO, REPLICACIÓN Y TRANSMISIÓN DE LA

INFORMACIÓN GENÉTICA.

“La función principal del RNA es servir como

intermediario de la información que lleva el DNA en forma

de genes y la proteína final codificada por esos genes”

“Son las moléculas que determinan lo que es y hace cada una de las células

vivas”

DNA

RNA

Protein

TRANSCRIPTION

TRANSLATION

Flujo de información genética

DNA molecule

Gene 1

Gene 2

Gene 3

DNA strand

TRANSCRIPTION

RNA

Polypeptide

TRANSLATIONCodon

Amino acid

El código génético

Virtualmente todos los

organismos comparten el mismo código

genético

Escherichia coliEscherichia coli Homo sapiensHomo sapiens

Size of genome 4.6 Mbp 3.3 Gbp

Size of typical gene 1 kbp 10 kbp (4 exons : 1350 bp)

Size of typical polypeptide 350 aa 450 aa

Number of genes 4 377 c. 35 000

En un mamifero una célula cualquiera

puede expresar unas 5000 proteinas

diferentes a partir de ~35000 genes.

La mayor parte de estas proteínas son

necesarias para cualquier tipo celular

y normalmente se expresan en forma

constitutiva (housekeeping

proteins).

Empaquetamiento del DNA en Eucariotas

En el núcleo en

interfase el DNA se

encuentra asociado

a proteínas y

relativamente

empaquetado

Durante la división

celular, el DNA

alcanza su máximo

grado de

empaquetamiento:

los cromosomas

El CROMOSOMA es el material microscópico constituido del ADN y de proteínas especiales llamadas histonas que se encuentra en el núcleo de las células eucariotas en las cuales los cromosomas se ven como una maraña de hilos delgados, llamada cromatina.

Existen 5 tipos de histonas, altamente conservadas a traves del desarrollo.

El empaque inicial se inicia con la fibra de DNA enrollada alrededor de un octamero histonas.

La histona H1 sirve para sellar el “nucleosoma”.

SUPERENROLLAMIENTO DEL ADN

Test para determinar DNA:

• Difenilamina (transparente)

• Positivo: Azul.