ACIDOS ACIDOS NUCLEÍCOSNUCLEÍCOS

MSc. MILVIO CASAVERDE RÍO

2012-I

*Durante incontables siglos, los seres humanos han observado los patrones de herencia sin entender los mecanismo que transmiten los rasgo físico y los proceso evolutivos de los padres ala progenia. Muchas culturas humanas han utilizado estas observaciones para mejorar sus condiciones económicas, como la crianza de los animales domésticos o en los cultivos. Las investigaciones científicas de la herencia, que actualmente se denomina genética, no empezó hasta el siglo XIX.

* Al comienzo del siglo xx los científicos comenzaron a admitir de forma generalizada que los rasgos físicos se heredan en unidades discretas (que posteriormente se denominaron genes ) y que los cromosomas del interior del núcleo son los depositarios de la información genética. Finalmente se elucido la composición química de los cromosomas y se identifico el ácido desoxirribonucleico como la información genética en la actualidad, al conjunto completo de esta información de un organismo, codificado en la secuencia de nucleótidos de su ADN, se denomina su Genoma.

*La biología molecular es la ciencia que se dedica a elucidar la. El estructura y función de los genomas descubrimiento de la estructura del ADN como un conjunto helicoidal duplex de polímeros de nucleótidos por James Watson y Francis Crick en 1953 a permitido a los científicos reexaminar la mayoría de los fenómenos biológicos utilizando las herramientas investigadoras descubiertas por los biólogos moleculares y los bioquímicas.

*En las 5 ultimas décadas en una de las investigaciones mas fascinantes y complejas del siglo XX , los biólogos han formulado una visión molecular de la herencia biológica y de la transferencia de la información.

*Debido a la naturaleza informativa de los procesos genéticos , se han copiado algunos términos descriptivos de otras ciencias de la información. Por ejemplo, la síntesis de ADN se suele denominar replicación del ADN ( copiar o duplicar).De forma semejante, el proceso en el que se utiliza el ADN para sintetizar ARN se denomina trascripción . Cada molécula de ARN se denomina trascrito. Las síntesis de proteínas se denomina traducción.

Se han ido introduciendo términos nuevos al ir utilizando los científicos técnicas analítica cada vez mas potentes y sensibles en sus investigaciones de los genes y de la expresión genética.

DEFINICION DE ÁCIDOS NUCLEICOS Y DEFINICION DE ÁCIDOS NUCLEICOS Y GENERALIDADESGENERALIDADES

* El ADN constituye el deposito fundamental de información genética. Esta información es copiada en las moléculas de ARN, cuyas secuencias de nucleótidos contienen el “código”para las secuencia especificas de los aminoácidos. Posteriormente se produce la síntesis de las proteínas, en un proceso en el que interviene en la taducción el ARN.

*Los ácidos nucleicos se encuentran en todas la células vivas y están combinados en casi todos los casos con ciertas proteínas. Químicamente, los ácidos nucleicos (así llamados porque dan una reacción ácida al suspenderse en agua), son enormes compuestos en forma de cintas de gran longitud, con peso molecular de millones; en estas cintas se repite (a intervalos regulares) la misma estructura aunque no idéntica, representando los enlaces o unidades de la cadena.

*Cada uno de los cientos de cientos de unidades que componen un ácido nucleico se llama nucleótido y esta

constituido de un grupo fosfato y una pentosa (azúcar simple con 5 carbonos) a la cual se fija una

estructura orgánica cíclica llamada base, perteneciente a los compuestos conocidos como purina y pirimidinas

( bases púricas y pirimídicas).

En el caso del ADN las bases son dos purinas y dos pirimidinas. Las purinas son A (Adenina) y G (Guanina). (Timina) y C (Citosina) . En el caso del ARN también son cuatro bases, dos purinas y dos pirimidinas. Las purinas son A y G y las pirimidinas son C y U (Uracilo).

BASES PÙRICAS

BASES PIRIMÌDICAS

Las bases se unen al carbono 1' del azúcar y el fosfato en el carbón 5' para formar el nucleótido

Los nucleótidos se unen para formar el polinucleótido por uniones fosfodiester entre el carbono 5' de un nucleótido y el carbono 3' del siguiente.

*Ribosa y desoxirribosa.

*Los nucleótidos ARN B – D – ribosa, y el ADN B – D – 2 – desoxirribosa. Los dos son pentosas ( 5 carbonos). Solo se diferencian en el nivel estructural, en el carbono 2. Ya que el ARN tiene OH como radical y el DNA radical H. Entonces la ribosa es la forma reducida de la desoxirribosa.

*Purinas y Pirimidinas.Las bases observadas comúnmente son las purinas :

adenina y guanina y las pirimidinas : citosina, timina y uracilo. Su presencia es:DNA: A, G, C, T

RNA: A, G, C, U

*Las bases de ácidos nucleicos se llaman así por dar reacción alcalina en solución acuosa; son moléculas orgánicas cíclicas de complejidad diversa, las cuales tienen átomos de nitrógeno formando parte de su estructura anular. Dos clases particulares de estos compuestos, conocidos como pirimidinas y purinas, son componentes esenciales de los ácidos nucleicos. Varios de estos mismos compuestos forman parte de un número de coenzimas.

*Las purinas y pirimidinas se presentan en la naturaleza en diferentes formas químicas. Las principales estructuras pirimidínicas en los sistemas biológicos son citosina, uracilo y timina.

*Un ácido nucleico simple puede llevar varios o muchos nucleótidos y entonces recibe el nombre de polinucleótidos. Esto podría compararse a las unidades de aminoácidos que constituyen al cadena péptida de una proteína.

ENLACE FOSFODIESTER :ENLACE FOSFODIESTER :Los enlaces se unen entre sí a través del

radical fosfato situado en el C5' del nucleótido y del radical OH del C3' de otro nucleótido, la unión se realiza mediante un enlace fosfodiester, se trata de una condensación en la que se obtiene un compuesto denominado dinucleotido y se libera una molécula de H2O, dado que existen grupos OH libres el dinucleotido se puede unir a mas nucleótidos y formar trinucleotidos, tetranucleotidos.

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*En los poli nucleótidos podemos encontrar enlaces éster, en el cual se unen el fosfato y el azúcar , y a estos a lo largo del esqueleto se les denomina enlaces fosfodiéster. La secuencia de estas bases nitrogenadas azúcar – fosfato a lo largo del esqueleto es el que determina la estructura única de ADN y ARN.

Proporciona la especificidad a una cadena polinucleotida determinada, en todos los polinucleotidos existe un extremo denominado 3', con una pentosa, con el grupo OH del C 3' libre y otro extremo llamado extremo 5', donde se localiza un grupo fosfato libre unido al C 5' de otra pentosa.

la unión de cientos o miles de nucleótidos constituyen cadenas de ácidos nucleicos o polinucleotidos, como la unión entre los nucleótidos se produce entre pentosas y fosfato, las bases nitrogenadas no participan en los enlaces, se establecen por tanto, largas cadenas sin ramificar formadas por la secuencia pentosa-fosfato en las que las bases nitrogenadas quedan colgando lateralmente de las pentosas, la secuencia de estas bases nitrogenadas es la que

Un dinucleótido en el que se unieron un nucleótido con la base A con un nucleótido con la base T en el ADN y el enlace fosfodiester se formó entre el carbono 3'del nucleótido con base A y el 5'del nucleótido con base T, se representa simplemente como AT. Si a este dinucleótido se le agrega otro nucleótido en el carbono 3' y este nucleótido tiene una base T, la otra base seria A. Ésta es la forma simplificada en que se acostumbra representar los polinucleótidos.

*Componentes monoméricos (nucleótidos) :

*El ARN y ADN son polímeros integrados por unidades estructurales monoméricas llamadas nucleótidos. De ahí su nombre de poli nucleótidos. Cada nucleótido tiene fosfato, azúcar, y una purina o pirimidina, a las cuales se les conoce como bases nitrogenadas. En los nucleótidos las tres partes están unidas en el orden, P – S – B.

CLASIFICACION DEL ACIDOS CLASIFICACION DEL ACIDOS NUCLEICOS :NUCLEICOS :EL EL RNARNA

EL ARN:EL ARN:ARN corresponde a las siglas de ácido ribonucleico.

La nomenclatura es en inglés RNA. Toma su nombre del grupo de los azúcares en la columna vertebral de la molécula ribosa.

(ribonucleic acid, RNA) Uno de los dos tipos fundamentales de ácidos nucleicos que se encuentran en los organismos vivos. La pentosa en los residuos de nucleótidos que lo forman es la ribosa, a la cual se unen indistintamente las bases nitrogenadas adenina (A), guanina (G), citosina (C) y uracilo (U). Las diferentes formas del ARN participan en diversos procesos celulares y son claves en el proceso de biosíntesis de proteínas. v. ARN mensajero, ARN de transferencia y ARN ribosomal.

Hay varios tipos de ARN:Hay varios tipos de ARN:1 – El ARN ribosómico (ARNr) que es el más

abundante de las tres clases correspondiendo al 50% del total de ARN, se encuentra en los ribosomas celulares.

2 – El ARN de transferencia (ARNt) posee entre 73 y 90 nucleótidos,representa el 45% del total de ARN, su función es llevar aminoácidos a los ribosomas para incorporarlos a las proteínas.

3 – El ARN mensajero (ARNm) ,que posee en promedio 1000 o 1500 nucleótidos,corresponde aproximadamente al 5% del total de ARN, lleva una copia del código genético obtenida a partir de la secuencia de bases del ADN celular. Esta copia especifica la secuencia de aminoácidos de las proteínas.

4 – El ARN-viral

Existen varios tipos de ARN cada uno con función distinta. Los que forman parte de las subunidades de los ribosomas se les denomina ARN ribosomal (ARNr), los ARN que tienen la función de transportar los aminoácidos activados, desde el citosol hasta el lugar de síntesis de proteínas en los ribosomas; se les conoce por ARN de transferencia (ARNt) y los ARN que son portadores de la información genética y la transportan del genoma (molécula de ADN en el cromosoma) a los ribosomas son llamados ARN mensajero (ARNm). El tamaño de las moléculas de ARN es mucho menor que las del ADN. En el caso de E. coli va de menos de 100 nucleótidos en los ARNt hasta casi 4000 (4kb).

El ARN es un filamento de una sola cadena, no forma doble hélice. La presencia de un oxígeno en la posición 2' de la ribosa impide que se forme la doble cadena de la manera en que se forma en el ADN. El filamento de ARN se puede enrollar sobre sí mismo mediante la formación de pares de bases en algunas secciones de la molécula.

CLASIFICACION DE LOS ÁCIDOS CLASIFICACION DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOSNUCLEICOSDNA (ácido desoxirribonucleico):DNA (ácido desoxirribonucleico):

El ácido desoxirribonucleico(polímero de unidades menores denominados nucleótidos) junto con el ácido ribonucleico, constituye la porción prostética de los nucleoproteínas, cuyo nombre tiene un contexto histórico, ya que se descubrieron en el núcleo de la célula.

Se trata de una molécula de gran peso molecular (macromolécula) que está constituida por tres sustancias distintas: ácido fosfórico, un monosacárido aldehídico del tipo pentosa (la desoxirribosa), y una base nitrogenada cíclica .

La base nitrogenada cíclica puede ser púrica (adenina o guanina) derivada de la purina de dos anillos heterocíclicos o pirimidínica (timina o citocina) derivadas de la pirimidina de un solo anillo.

La unión de la base nitrogenada (citosina, adenina, guanina o timina) con la pentosa (desoxirribosa) forma un nucleósido; éste, uniéndose al ácido fosfórico, nos da un nucleótido; la unión de los nucleótidos entre sí en enlace diester nos da el polinucleótido, en este caso el ácido desoxirribonucleico, formando dos cadenas.

La unión de la base nitrogenada (citosina, adenina, guanina o timina) con la pentosa (desoxirribosa) forma un nucleósido; éste, uniéndose al ácido fosfórico, nos da un nucleótido; la unión de los nucleótidos entre sí en enlace diester nos da el polinucleótido, en este caso el ácido desoxirribonucleico.

Las bases nitrogenadas se hallan en relación molecular 1:1, la relación adenina + timina / guanina + citosina es de valor constante para cada especie animal según Erwin Chargaff (1905-2002) ,es decir la cantidad de purinas y pìrimidinicas son siempre iguales :

A + G= C+T

Las dos cadenas se encuentran arregladas en una estructura helicoidal alrededor de un eje común por lo que recibe el nombre de doble hélice. Las bases se encuentran acomodadas hacia el eje de la doble hélice, mientras que el azúcar y los fosfatos se encuentran orientados hacia el exterior de la molécula.

Estructuralmente la molécula de ADN se presenta en forma de dos cadenas helicoidales arrolladas alrededor de un mismo eje (imaginario).

Las cadenas están unidas entre sí por las bases que la hacen en pares. Los apareamientos son siempre adenina-timina mediante dos puentes de hidrogeno y citosina-guanina mediante tres puentes de hidrogeno.

El ADN es la base de la herencia.

Ambas cadenas siguen una hélice dextrógira, pero debido a las díadas las secuencias de átomos en las dos cadenas corren en direcciones opuestas. Cada una de las cadenas, por separado se parece al modelo Nº 1 de Furberg (2); esto es, las bases están sobre la parte interna de la espira y los fosfatos en la externa.

La configuración del azúcar y los átomos cercanos se aproxima a la "configuración estándar" de Furberg, el azúcar se dispone perfectamente perpendicular a la base adjunta. Hay un residuo sobre cada cadena cada 3,4 Å en la dirección-z. Hemos asumido un ángulo de 36 grados entre residuos adyacentes en la misma cadena, para que la estructura se repita después de 10 residuos sobre cada cadena, esto es, después de 34.

La distancia de un átomo de fósforo desde el eje de la fibra es 10 Å. Como los fosfatos están sobre la parte externa, los cationes tienen fácil acceso a ellos. La estructura es abierta, y su contenido de agua es más bien alto. Para nosotros, a contenidos bajos las bases se acercarían y la estructura sería más compacta.  

Clases de ADNClases de ADNEl ADN es por lo común el constituyente básico de la cromatina (cromosoma) nuclear en las células eucarióticas, pero también existe en pequeña cantidad en las mitocondrias y cloroplastos. En los procariontes forma el nucloide (que a diferencia de los eucariontes no va asociado a proteínas, es desnudo) y en los virus (DNA virus)que lo poseen constituyen el virión o elemento infestante.

Por lo común su estructura tridimensional posee giro hacia la derecha ( ß - ADN, dextrogiro) que es la forma más estable y ocasionalmente posee giro hacia la izquierda (z-ADN,levógiro) Acorde a las evidencias, sólo una pequeña parte del ADN constituye genes (menos del 10 %).

Existen diferentes tipos que los podemos dividir en:

ADN de copia única(el 57 % del total) formados por segmentos de aproximadamente 1000 pares de nucleótidos del longitud, una pequeña parte de este ADN contiene los genes.

Por lo común su estructura tridimensional posee giro hacia la derecha ( ß - ADN, dextrogiro) que es la forma más estable y ocasionalmente posee giro hacia la izquierda (z-ADN,levógiro) Acorde a las evidencias, sólo una pequeña parte del ADN constituye genes (menos del 10 %).

Existen diferentes tipos que los podemos dividir en:

ADN de copia única(el 57 % del total) formados por segmentos de aproximadamente 1000 pares de nucleótidos del longitud, una pequeña parte de este ADN contiene los genes.

-ADN repetitivo(20 %)son unidades de aproximadamente 300 pares de nucleótidos* que se repiten en el genoma unas 105 veces(unidades de repetición). Se intercalan con el ADN de copia única. -ADN satélite(altamente repetitivo: 28 %)son unidades cortas de pares de nucleótidos que se repiten en el genomio. Son característicos en cada especie y pueden ser separados por centrifugación. Constituyen la heterocromatina y no se le conoce función.

Los porcentajes indicados son del hombre y el ratón, y las proporciones serían las mismas en otras especies. Nucleótido*: Es una molécula compleja formado por una base nitrogenada, un hidrato de carbono y un grupo fosfato (ácido fosfórico inorgánico), unidos entre sí por enlaces covalentes.Las bases nitrogenadas son anillos heterocíclicos compuesto además del carbono e hidrógeno por nitrógeno.

*Función biológica de los ácidos nucleicos :

*La función biológica de los ácidos nucleicos, específicamente el DNA es la de contener la información hereditaria. En 1953 Watson y Crick resolvieron su estructura molecular, dando comienzo a una nueva era en la bioquímica y la biología.

*Existen dos clases de ácidos nucleicos en todo organismo viviente:Ácido ribonucleico o RNAÁcido desoxirribonucleico o DNAPor otra parte los virus contienen uno solo ya sea RNA o DNA.

*Otras de las funciones biológicas de los ácidos nucleicos son las de almacenamiento, replicación, recombinación, y transmisión de la información genética ( son las moléculas que determinan lo que es y hace cada una de las células viva.

*La hidrólisis de ácidos nucleicos por ácidos o por cierta enzima origina una mezcla de varios nucleótidos; tal como la hidrólisis de las proteínas produce una mezcla de aminoácidos. El azúcar y grupo fosfato pueden considerarse como la columna vertebral de los ácidos nucleicos; mientras las bases pueden ser importantes ramificaciones laterales.

Importancia biológicade los nucleotidos :

Los nucleótidos son moléculas que poseen un gran interés biológico ya que además de constituir los ácidos nucleicos llevan a cabo algunas funciones básicas para los seres vivos:

Son moléculas acumuladoras y donantes de energía, como:

Ciertas reacciones químicas propias de los seres vivos tienen como finalidad la producción de energía, si esta energía se desprendiera libremente a penas seria útil para el organismo, resulta mas eficaz disponer de un sistema capaz de acumular la energía liberada, de manera que pueda ser utilizada con posterioridad en la cantidad y en el momento preciso, algunos nucleótidos, fundamentalmente de adenosina con mas de un grupo fosfato desempeñan esta función, cuando existe energía disponible una molécula de adenosin 5' monofosfato (AMP) la emplean en unir un segundo grupo fosfato al otro para obtener adenosin 5' difosfato (ADP), y el :

ADP la emplea en unir un tercer grupo fosfato a los otros dos para obtener adenosin 5' trifosfato (ATP).

Los enlaces así constituidos son altamente energéticos lo que quiere decir que para su formación se requiere una cantidad considerable de energía, el sistema ADP/ATP, constituyen una forma eficaz de guardad la energía liberada en reacciones exotérmicas, si existe energía disponible en abundancia se formaran muchas moléculas de ATP a partir de ADP, por el contrario el consumo de energía en gran cantidad por parte de la célula disminuirá los niveles de ATP y aumentará los de ADP.

OTROS NUCLEÓTIDOS OTROS NUCLEÓTIDOS ENERGÉTICOS:ENERGÉTICOS:

Que intervienen en la síntesis o metabolismo de muchos compuestos, que intervienen en dar respuesta a su entorno y es la base fundamental de la relación del organismo vivo y su ambiente y estos son :

UMP, UDP, UTP.TMP, TDP, TTP.CMP, CDP, CTPGMP, GDP, GTP.

Ciertos dinucleotidos intervienen como coenzimas en algunas reacciones enzimáticas importantes, este es el caso del NAD, NADP, FAD. Dos nucleótidos unidos entre sí para realizar función enzimática (dinucleótidos).

Proporciona la especificidad a una cadena polinucleotida determinada, en todos los polinucleotidos existe un extremo denominado 3', con una pentosa, con el grupo OH del C 3' libre y otro extremo llamado extremo 5', donde se localiza un grupo fosfato libre unido al C 5' de otra pentosa.

Estructura en donde se encuentra la información genética, y cuya función es almacenar las instrucciones para la síntesis de moléculas de RNA de secuencias específicas de nucleótidos. Se le puede encontrar en cloroplastos, mitocondrias, cromosomas y como plásmidos. Está formado por una cadena doble de nucleótidos, cada uno de los cuales contiene: azúcar desoxirribosa, bases nitrogenadas ( adenina, citosina, guanina, timina ), radical fosfato Los nucleótidos se unen formando largas cadenas, en un orden y proporción determinados.

Casi todo el ADN de las células se localiza en el interior del núcleo. Las moléculas de ADN componen los genes, que contienen las instrucciones codificadas químicamente para la producción de casi todas las proteínas que necesitatan las células. El núcleo regula la síntesis de proteínas al enviar moléculas de RNA mensajero, que son copias de partes de los genes que codifican proteínas a travéz de la mebrana nuclear en dirección al citoplasma. El ADN se asocia con las proteínas y forma un complejo denominado cromatina. Las moléculas de ADN son largas y delgadas de modo que deben estar empaquetadas en el núcleo con suma regularidad.

Deseamos sugerir una estructura para la sal del Ácido Desoxirribonucleico (A.D.N.). Esta estructura tiene aspectos novedosos que son de un interés biológico considerable.

Una estructura para el ácido nucleico ya ha sido propuesta por Pauling y Corey(1). Amablemente han puesto el manuscrito a nuestra disposición antes de su publicación. Su modelo consiste en tres cadenas entrelazadas, con los fosfatos cerca del eje de la fibra, y las bases hacia fuera. En nuestra opinión, esta estructura es poco satisfactoria por dos razones:

1. creemos que el material del que se obtienen los diagramas de rayos-X es la sal, no el ácido libre. Sin los átomos de hidrógeno del ácido no está claro qué las fuerzas puedan mantener la estructura unida, especialmente porque los fosfatos cargados negativamente cerca del eje se repelerían el uno al otro.

2. Algunas de las distancias de van der Waals parecen ser demasiado pequeñas.

Otra estructura en cadena triple ha sido sugerida por Fraser (en prensa). En su modelo los fosfatos, están hacia fuera y las bases hacia dentro, manteniéndose unidas por enlaces de hidrógeno. Esta estructura así descrita está más bien mal definida por lo que no la comentamos.

Deseamos ofrecer aquí una estructura radicalmente distinta para la sal del ácido desoxirribonucleico. Esta estructura tiene dos cadenas helicoidales cada vuelta en torno al mismo eje (ver diagrama). Hemos hecho las suposiciones químicas usuales, más específicamente, que cada cadena consiste en grupos fosfato-diéster uniendo residuos de ß-D-desoxirribofuranosa con enlaces 3',5'. Las dos cadenas (pero no sus bases) se relacionan por una díada perpendicular al eje de la fibra.

El ADN EN LOS El ADN EN LOS NUCLEOSOMASNUCLEOSOMAS

*Son unidades repetitivas formadas por un octámero de histonas (H2A, H2B, H3 y H4, dos de cada una), a manera de esferas aplanadas de 10 nm, alrededor del cual se arrolla una porción de ADN de 140 pares de bases en dos vueltas y sellados por fuera con la H1 en correspondencia con 60 pares de bases más, que actúan como un puente a otros núcleosomas.

El ADN, en el de una El ADN, en el de una célula humana totalmente célula humana totalmente desenrollado es de 2 mts desenrollado es de 2 mts aproximadamente de aproximadamente de longitud, sufre con esta longitud, sufre con esta estructura un estructura un empaquetamiento de 5 a empaquetamiento de 5 a 7 veces de su longitud.7 veces de su longitud.

En consecuencia el ADN es una molécula muy importante puesto que lleva la carga genética de todo ser vivo y una variación en ella pondría en peligro su supervivencia.

Mecanismo de replicación, Mecanismo de replicación, transcripción y traduccióntranscripción y traducción

EL MATERIAL GENETICO Y LA

INGENIERIA GENÉTICA