Temas 14. Estructura y función de los ácidos nucleicos

Nucleósidos y nucleótidos

Composición química: azúcares, fosfato y bases nitrogenadas

Estructura y propiedades de las bases púricas y pirimidínicas

Estructura de los ácidos nucleicos. DNA y RNA

Ácidos Nucleicos

El DNA es el constituyente primario de los cromosomas de las células y es

el portador del mensaje genético.

Las proteínas son las moléculas que finalmente ejecutarán las

"instrucciones" codificadas en los ácidos nucleicos.

La función del RNA es transcribir el mensaje genético presente en el DNA

y traducirlo a proteínas.

Dogma central de la Biología Molecular

Componentes de los ácidos nucleicos

Nucleótido

Fosfato(s)

+

NucleósidoAzúcar

Base Nitrogenada

ácido

básico

neutro

+

Componente ácido: Fosfatos

Ácido ortofosfórico

Componente neutro: Azúcares

Ribosa Desoxirribosa

Componentes de los nucleótidos

Componente básico: Bases Nitrogenadas

pirimidina imidazol

Componentes de los nucleótidos

Pirimidina Purina

• Bases Purínicas (o Púricas)

ONH2

NH2

pirimidina imidazol

Componente básico: Bases Nitrogenadas

Componentes de los ácidos nucleicos

• Bases Pirimidínicas

O

O O

O

O

NH2

CH3

Propiedades fisicoquímicas de las bases nitrogenadas

Existencia de dipolos

Hidrofobicidad

Disposición coplanar de los enlaces de cada anillo (C-N y C-C)

Tautomería o isomería dinámica

Carácter básico

Absorción de la luz en el ultravioleta

C GN

N

N

O

H H

O O

N N

N

O

HN

NH

H

1

1’

34

9

6

1’

12 2

Propiedades fisicoquímicas de las bases nitrogenadas

Absorción de la luz en el ultravioleta

Debido a su carácter aromático

Máximo absorción cerca de 260 nm

Bases nitrogenadas

Proteínas

Absorción máxima 260 nm

Absorción máxima 280 nm

DNAA260

A280

= 1,8 RNAA260

A280

= 2,0

Las bases nitrogenadas tienen poco interés bioquímico como sustancias libres, salvo en

las vías biosintéticas y degradativas de los ácidos nucleicos.

Otras bases de interés biológico y clínico

Cafeína

Teofilina

Análogos sintéticos, terapia antiviral

• Aciclovir (9-(2-hidroximetil)guanina

• Ganciclovir (9-(1,3-dihidroxi-2-proposimetil)guanina

Antitumorales sintéticos

• 5-fluorouracilo

El ácido úrico es un derivado púrico que

constituye el producto final de la degradación

de purinas.

Nucleósidos

Nucleósido

Base Nitrogenada

Azúcar

ribosa

desoxirribosa

ribonucleósidos

desoxirribonucleósidos

nucleósidos pirimidínicos

nucleósidos purínicos

enlace N-glicosídico

purínica

pirimidínica

Nucleótido

Fosfato(s)

+

NucleósidoAzúcar

Base Nitrogenada

ácido

básico

neutro

+

Nucleósidos

Nucleósidos

adenosina desoxiadenosina

guanosina desoxiguanosina

Nucleósidos purínicos

Ribonucleósidos Desoxirribonucleósidos

Timidina

(desoxitimidina)

citidina

uridina

Nucleósidos pirimidínicos

Ribonucleósidos Desoxirribonucleósidos

desoxicitidina

Timidina

(desoxitimidina)citidina desoxicitidina uridina

Otros nucleósidos de interés biológico y clínico

puromicina (antibiótico)

arabinosiladenina (antiviral y anticancerígeno)

AZT - derivado de timina (antirretroviral)

Nucleósidos

Nucleótidos

Nucleótido = nucleósido + fosfato(s) = base nitrogenada + azúcar + fosfato(s)

Base Nitrogenada

Azúcar

ribosa

desoxirribosa

ribonucleótidos

desoxirribonucleótidos

nucleótidos pirimidínicos

nucleótidos purínicos

enlace N-glicosídico

purínica

pirimidínica

enlace(s)

fosfatoFosfato(s)

nucleósido

desoxiadenosina monofosfato (dAMP)

ácido desoxiadenílico

Fosfato

Nucleósidos-monofosfato componentes del ARN (ribonucleótidos)

Purínicos Pirimidínicos

Nucleósidos-monofosfato componentes del ADN (desoxirribonucleótidos)

PirimidínicosPurínicos

Nucleótidos

Nucleósidos-Monofosfato: NMP Nucleósidos-Difosfato: NDP

Nucleósidos-Trifosfato: NTP

dADP

ADP

dAMP

AMP

dATP

ATP

Nucleótidos

Funciones de los nucleótidos

Compuestos ricos en energía que participan en intercambios energéticos

Actúan como señales químicas Componentes estructurales de cofactores

e intermediarios metabólicos

Constituyentes de los ácidos nucleicos

ATP ADP

AMPc

NAD+

Niveles estructurales de los ácidos nucleicos

Polímero lineal formado por la unión de numerosos nucleótidos mediante

enlaces fosfodiéster.

Estructura primaria

Disposición espacial relativa de los nucleótidos que se encuentran próximos en

la secuencia.

DNA – Doble cadena polinucleotídicas

RNA – Protuberancias, bucles y horquillas en determinadas regiones

de la molécula

Estructura secundaria

Todas aquellas de orden superior a los niveles primario y secundario.

DNA – Resultantes del superenrollamiento y de la asociación con

proteínas básicas (cromatina, cromosomas).

RNA – Plegamiento tridimensional definido (tRNA).

Estructuras de orden superior

Estructura primaria

Polímeros de nucleótidos unidos mediante

enlaces covalentes 3´- 5´fosfodiéster.

Secuencia en dirección 5´→ 3´

...-P-osa-P-osa-P-osa-P-osa-...

–b

ase

–base

–base

–base

5’ 3’5´

5´

3´

3´

OH

Azúcar Ribosa 2’-Desoxirribosa

PurinasAdenina, A

Guanina, G

Pirimidinas

Citosina, C

Timina, T Uracilo, U

ADNARN

Ribonucleótidos Desoxirribonucleótidos

Fosfato enlazando los monómeros (enlace fosfodiéster)

Estructura primaria

Extremo 5’

Extremo 3’

RNA DNA

U

C

O CH2

O

OPO

O-

OH

O CH2

O

OPO

O-

OH

O-

O CH2

O

OPO

O-

OH

O CH2

OH

OPO

O-

OH

A

G

O CH2

O

OPO

O-

O CH2

O

OPO

O-

O CH2

OH

OPO

O-

O CH2

O

OPO

O-

O- A

G

T

C

Estructura secundaria

Cristalografía de rayos X del DNA (1951-1953)

• L.Pauling (Caltech)

• M.Wilkins y R.E.Franklin (Londres)

• J.D.Watson y F.H.C.Crick (Cambridge)

Estudiada por:

Periodicidad a 0,34 nm Estructura helicoidal

(forma en X)

Periodicidad

a 3,4 nm

Watson y Crick elaboraron el modelo de doble hélice

DNA-B: Doble hélice

El eje ribosa-fosfato se sitúa hacia el exterior de la doble

hélice, en contacto con el solvente

Las bases nitrogenadas se sitúan, apiladas, en planos

aproximadamente perpendiculares al eje de la doble hélice,

hacia el interior de la estructura, en un entorno hidrofóbico.

Cada una de las hebras es un polinucleótido entrelazado

con el otro en sentido antiparalelo

20 Å

3,4 Å

36 Å

3´

5´

5´

3´

AT/UN

N

O

O

H(H3C)

O

N

N N

N

NH H

O

1

1’

34

9

6

1’

1

C GN

N

N

O

H H

O O

N N

N

O

HN

NH

H

1

1’

34

9

6

1’

12 2

A

T/U

G

C

ADN-B: Complementaridad de las bases nitrogenadas

3’

5’ 3’

5’

T A

T A

T A

C G

C G

CG

CG

CG

TA

TA

CH2

O

O

O

P-O

O

CH2

O

O

O

P-O

O

CH2

O

O

O

P-O

O

CH2

O

O

O

P-O

O

CH2

O

O

O

P-O

O

CH2

O

O

O

P-O

O

CH2

O

O

O

P-O

O

CH2

O

O

O

P-O

O

CITOSINA

ADENINA

TIMINA

GUANINA

ADENINA

CITOSINA

GUANINA

TIMINA

5´3´

3´5´

DNA-B: Antiparalelismo de las hebras

Residuos de pentosa

(hidrofílicos) en la superficie

de la doble hélice

perpendiculares a las bases

Grupos fosfato (ionizados),

en la superficie de la doble

hélice: a pH fisiológico

el DNA es un polianión

DNA-B: Polianión

Fuerza de unión

por enlace de H

Fuerzas

hidrofóbicas

de apilamiento de

bases

Interacciones

con el agua

bases algoinclinadas:

9º

levógira

surco menor,profundo yestrecho

el surco mayorno existe, es muypoco profundo

DNA-A DNA-B DNA-Z

Distintos tipos DNA

surcomenorancho y

superficial

los surcosson másparecidos

en anchura

surcomayor

estrecho yprofundo

19º

dextrógira

Más

corta

Más

larga

Estructuras superiores: cromatina y cromosomas

Estructura del RNA

Mensajero

Transferencia

Ribosómico

Estructura del RNA

RNA de transferencia RNA ribosómico

DNA bacteriano