Estructura y Función

ADN Y ARN

T.M. ERIC VERGARA

• Los ácido nucleicos del latín “nucleus” parte central del fruto, constituyen el grupo de biomoléculas más recientemente descubiertas.

• ADN Y ARN fueron asilados originalmente del reino animal (ADN) y vegetal (ARN). Se suponían que cada uno pertenecían a un reino.

• Hoy se sabe que en la célula hay los dos tipos de ácidos nucleicos.

• Función biológica fue descubierta en su totalidad en 1944. Avery y colaboradores averiguan que el ADN era la molécula portadora de la información genética.

ORIGEN HISTÓRICO(ADN Y ARN)

• Mecanismo de transmisión de esta información, y el papel intermediario del ARN quedaron comprobados con los trabajos de Watson y Crick, que descubrieron la ordenación en doble hélice de las macromoléculas de ADN.

Son compuestos orgánicos de elevada masa molecular, formados por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y fósforo. Cumplen la importante función de sintetizar las proteínas específicas de las células y de almacenar, duplicar y transmitir los caracteres hereditarios. Los ácidos nucleicos, representados por el ADN (ácido desoxirribonucleico) y el ARN (ácido ribonucleico), están constituidos por moléculas de alto peso molecular. A su vez, estas macromoléculas están formadas por la unión de moléculas más pequeñas, los nucleótidos.

ADN Y ARN

ADN Y ARN

Es una molécula sumamente compleja que contiene toda la información genética del individuo. El ADN regula el control metabólico de todas las células.

El ADN posee una doble cadena o hilera de polinucleótidos, ambas con forma helicoidal y ensamblada a manera de escalera. Es un ácido nucleico presente en el núcleo, en las mitocondrias y en los cloroplastos de todas las células eucariotas. Se dispone de manera lineal, aunque en las procariotas tiene forma circular y está disperso en el citoplasma.

ACIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN)

PARA SU ESTUDIO SE DIVIDE EN CUATRO ESTRUCTURAS

ESTRUCTURAS:

• PRIMARIA• SECUNDARIA • TERCIARIA• CUATERNARIA

ESTRUCTURA PRIMARIA

Cada nucleótido está compuesto por una molécula de ácido fosfórico, una desoxirribosa como pentosa y cuatro bases nitrogenadas que son la adenina, citosina, guanina y timina

El ADN está formado por dos hileras o cadenas de polinucleótidos. El nucleótido de cada hilera sigue a otro nucleótido, y este a su vez al siguiente. De esta forma, cada nucleótido se denomina de acuerdo a la secuencia de cada base nitrogenada. Por ejemplo, una de las secuencias puede ser G-T-A-C-A-T-G-C. Una determinada secuencia de nucleótidos del ADN se denomina gen. Los genes se ubican en un determinado lugar de los cromosomas, y ejercen funciones específicas.

ESTRUCTURA SECUNDARIA

Las bases nitrogenadas de una cadena o hilera están orientadas hacia las bases nitrogenadas de la otra hilera complementaria, unidas entre sí por puentes de hidrógeno.

Las bases enfrentadas de cada hilera no lo hacen al azar, sino que la adenina se une siempre a la timina (A-T) mediante dos puentes de hidrógeno y la citosina hace lo propio con la guanina (C-G) a través de tres puentes de hidrógeno, tal como puede verse en el siguiente esquema. De esta forma, las dos hileras permanecen conectadas en toda su longitud.

La forma en que se disponen las cuatro bases nitrogenadas a lo largo de toda la cadena es la responsable de codificar la información genética de la célula, con instrucciones para controlar el desarrollo y las funciones del individuo. Numerosas proteínas como las histonas y factores de transcripción se adosan a la molécula de ADN con el fin de regular su expresión.

El ADN no está libre dentro del núcleo de la célula, sino que está organizado en un complejo llamado cromatina. Se denomina cromatina a la estructura formada por ADN y proteínas histónicas y no histónicas. La cromatina está inmersa en el jugo nuclear cuando la célula está en interfase, es decir, entre dos mitosis. En esa etapa, la molécula de ADN forma largos y numerosos filamentos que se enrollan a sucesivas moléculas de proteínas especiales llamadas histonas. Esto produce que el ADN sufra una importante compactación, puesto que en cada enrollamiento el ADN da casi dos vueltas sobre cuatro pares de histonas. Esas histonas, que se reconocen como H2A, H2B, H3 y H4, forman el octámero de histonas al agruparse de a pares.

ESTRUCTURA TERCIARIA

El ADN enrollado junto al octámero se denomina cromatosoma. Entre dos cromatosomas se ubica el ADN espaciador, al que está asociada otra proteína histónica llamada H1, que mantiene en posición al ADN en el octámero.

Cada cromatosoma seguido de la histona H1 y del ADN espaciador forma las unidades fundamentales de la cromatina de las células eucariotas, llamadas nucleosomas. Los nucleosomas, con unos 100 ángstrom de diámetro, adoptan la forma de un collar de perlas, forma en que se observa la cromatina mediante microscopía electrónica cuando la célula está en interfase.

Estructura cuaternaria del ADN

Los nucleosomas también se compactan enrollándose de manera helicoidal. Forman estructuras de alrededor de 300 ángstrom de diámetro, denominadas solenoides. Cuando la célula entre en mitosis, las fibras de cromatina se pliegan entre sí sufriendo una mayor compactación, formando los cromosomas.

Almacenamiento de la información genética. Replicación de su propia molécula. Síntesis de ARN (transcripción). Transferencia de la información genética.

FUNCIONES DEL ADN

La replicación o duplicación de la molécula de ADN se produce en la interfase de la división celular, más precisamente en la fase S, con el objetivo de conservar la información genética. Los puentes de hidrógeno que unen las dos hileras de polinucleótidos se rompen, con lo cual ambas cadenas se separan, sirviendo cada una de molde para fabricar una nueva hilera complementaria. La enzima ADN polimerasa se encarga de agregar nucleótidos fabricados por la célula que están esparcidos en el núcleo. Dicha enzima los va añadiendo a cada hilera separada conforme con la secuencia adenosina-timina y citosina-guanina (A-T y C-G). Al terminar la duplicación se obtienen dos moléculas idénticas de ADN de forma helicoidal, cada una con una hilera original y otra hilera neoformada. El núcleo tiene ahora el doble del ADN y de proteínas que al principio. De esta manera, la información genética de la célula madre será transmitida a las células hijas al producirse la mitosis

• A diferencia del ADN que posee desoxirribosa y timina, el ARN está formado por ribosa como monosacárido y uracilo como una de las bases nitrogenadas. El ARN forma una sola cadena de polinucleótidos dispuesta en manera lineal. Está presente en el citoplasma de las células procariotas y eucariotas.

• La formación o síntesis de ARN se realiza a partir del ADN mediante la enzima ARN polimerasa, que copia una secuencia de nucleótidos (genes) de una hilera del ADN.

• El ARN controla las etapas intermedias en la formación (síntesis) de proteínas.

• Existen cuatro tipos de ARN con distintas funciones. Ellos son el ARN mensajero, el ARN de transferencia, el ARN ribosómico y el ARN heteronuclear.

ACIDO RIBONUCLEICO (ARN)

●Como el ADN, el ARN está formado por una cadena de monómeros repetitivos llamados nucleótidos. Los nucleótidos se unen uno tras otro mediante enlaces fosfodiéster cargados negativamente.

●Cada nucleótido está formado por una molécula de monosacárido de cinco carbonos (pentosa) llamada ribosa (desoxirribosa en el ADN), un grupo fosfato, y uno de cuatro posibles compuestos nitrogenados llamados bases: adenina, guanina, uracilo (timina en el ADN) y citosina.

Estructura química

ESTRUCTURA DEL ARN

Comparación entre el ARN y el ADNARN ADN

Pentosa Ribosa Desoxirribosa

PurinasAdenina y Guanina

Adenina y Guanina

Pirimidinas Citosina y UraciloCitosina y Timina

Estructura secundaria• importante característica estructural del ARN que lo

distingue del ADN es la presencia de un grupo hidroxil en posición 2' de la ribosa, que causa que las dobles hélices de ARN adopten una conformación A, en vez de la conformación B que es la más común en el ADN.

• Esta hélice A tiene un surco mayor muy profundo y estrecho y un surco menor amplio y superficial.

• La vida media de las moléculas de ARN es mucho más corta que las del ADN, de unos minutos en algunos ARN bacterianos o de unos días en los ARNt humanos.

Estructura terciariaLa estructura terciaria del ARN es el resultado del apilamiento de bases y de los enlaces por puente de hidrógeno entre diferentes partes de la molécula. Los ARNt son un buen ejemplo; en disolución, están plegados en forma de "L" compacta estabilizada por apareamientos de Watson y Crick convencionales (A=U, C=G) y por interacciones de bases entre dos o más nucleótidos, como tripletes de bases; las bases pueden donar átomos de hidrógeno para unirse al esqueleto fosfodiéster; el OH del carbono 2' de la ribosa es también un importante dador y aceptor de hidrógenos.

ARN mensajero (ARNM)

Se forma a partir del molde de una hilera de ADN. El ARN mensajero transporta la información para sintetizar una proteína copiada del ADN, desde el núcleo hasta el citoplasma, pasando por los poros de la membrana nuclear o carioteca. Luego se acopla a los ribosomas, organelas celulares donde se produce la síntesis de proteínas. Un codón está formado por tres nucleótidos del ARNm. Cada codón contiene un aminoácido diferente. Por lo tanto, a partir de la sucesión de los nucleótidos del ARNm se arma la secuencia de aminoácidos de la proteína. Debe recordarse que una serie de aminoácidos forman una proteína. El ARNm se degrada rápidamente por acción enzimática.

CLASES DE ARN

ARN de transferencia (ARNt)

Tiene por función transportar aminoácidos hacia el ribosoma. En un extremo de su estructura, el ARNt posee un lugar específico para que se fije el aminoácido. En el otro extremo tiene un anticodón, formado por tres nucleótidos que se unen al codón del ARNm por puentes de hidrógeno.

ARN ribosómico (ARNr)

Se unen a proteínas para formar los ribosomas, organelas constituidas por dos subunidades, una mayor y otra menor. En los ribosomas se produce la síntesis de proteínas. El ARNr se sitúa en el citoplasma y es el tipo de ácido ribonucleico más abundante de las células.

ARN heteronuclear (ARNhn)

• Se aloja en el núcleo celular, y su función es actuar como precursor de los distintos tipos de ARN.

• Otro tipo de ARN se ubica en el nucléolo de las eucariotas, el ARN nucleolar (ARNn), que es el precursor del ARN ribosómico.

ARN de interferencia

Los ARN interferentes (ARNi o iRNA) son moléculas de ARN que suprimen la expresión de genes específicos mediante mecanismos conocidos globalmente como ribointerferencia o interferencia por ARN. Los ARN interferentes son moléculas pequeñas (de 20 a 25 nucléotidos) que se generan por fragmentación de precursores más largos.

ARN reguladores

Muchos tipos de ARN regulan la expresión génica gracias a que son complementarios de regiones específicas del ARNm o de genes del ADN.

FUNCIÓN DE ARNSu función es realizar la síntesis de proteínas a través de la transcripción y traducción. Si bien el ADN contiene la información genética del organismo, el ARN permite que ésta se transforme en proteínas.

REPLICACIÓN.

(Duplicación del ADN). El ARNm copia al ADN progenitor en moléculas hijas idénticas al ADN progenitor.

TRANSCRIPCIÓN.

Se transcribe la información del ADN al ARNt para ser llevado a los ribosomas.

TRADUCCIÓN.

Es el proceso mediante el cual el mensaje es descifrado por el ARNr sintetizándose en proteína.

REPLICACION, TRANSCRIPCIÓN Y TRADUCCIÓN