I.5 ÁCIDOS NUCLÉICOS

5.1 IMPORTANCIA Y ESTRUCTURA DEL DNA Y RNA

Los ácidos nucleicos son macromoléculas complejas de suma importancia biológica, ya que todos los organismos vivos contienen ácidos nucleicos en forma de ácido desoxirribonucleico (ADN) y ribonucleico (ARN). Sin embargo, algunos virus sólo contienen ARN, mientras que otros sólo poseen ADN. Se les denomina así porque dan una reacción ácida al suspenderse en agua y fueron aislados por primera vez del núcleo de las células. No obstante, ciertos ácidos nucleicos no se encuentran en el núcleo de la célula, sino en el citoplasma celular, 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 una de las múltiples unidades que componen un ácido nucleico se llama nucleótido y está 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 purinas y pirimidinas ( bases púricas y pirimídicas). Un ácido nucleico simple puede llevar varios o muchos nucleótidos y entonces recibe el nombre de polinucleótido. Esto podría compararse a las unidades de aminoácidos que constituyen la cadena péptida de una proteína. Los ácidos nucleicos son sustancias esenciales para los seres vivos, y se cree que aparecieron hace unos 3.000 millones de años, cuando surgieron en la Tierra las formas de vida más elementales. Los investigadores han aceptado que el origen del código genético que portan estas moléculas es cercano al origen de vida en la Tierra. El ADN codifica información necesaria para sintetizar ARN y proteínas. Estas últimas moléculas son las responsables de todos los cambios químicos y metabólicos que permiten la vida. Es por ello que se llama al ADN la molécula de la herencia porque al transmitirse de un individuo al otro porta la información necesaria para posibilitar la vida.

En términos bioquímicos, la expresión del programa genético tiene dos protagonistas esenciales: los ácidos nucleicos (AN) y las proteínas. El diálogo molecular entre ellos determina el funcionamiento equilibrado del sistema. Se podría decir que la célula viva es una comunidad organizada de moléculas que funciona en forma ordenada, realizando todo el trabajo con el menor gasto de energía (fig. 86). En este proceso, el ADN tiene una actitud pasiva. La lectura y la ejecución del programa están a cargo del ARN y de las proteínas.

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Figura 86. Flujo de información en la célula.

Para que dos macromoléculas se asocien es necesario que se produzca el encuentro (por colisión). La complementariedad entra las estructuras tridimensionales (tipo “llave- cerradura”) permite el “encaje” y las interacciones químicas entre los grupos funcionales favorecen la estabilización de los complejos formados. Interacciones que dependen por lo tanto de la secuencia de aa o de la secuencia de bases en la región de interacción. Las interacciones proteínas/ADN son esenciales para la ejecución del programa genético. La estructura de las proteínas que interactúan con los AN permite no sólo la asociación con el esqueleto fosfodiéster sino también el reconocimiento de secuencias de bases específicas.

Esto resulta de la interacción de los grupos funcionales de los aa, ubicados en la región de contacto, con las secuencias específicas de reconocimiento (En el ADN se encuentran generalmente posicionadas el surco mayor de la doble hélice). Una característica fundamental para el diálogo ordenado es el cambio en la estructura que generan las interacciones proteína/ proteína, AN/ AN, AN/ proteína y proteína/ proteína/ AN. El proceso de transcripción (tratado en esta unidad) es un claro ejemplo de la importancia que tienen las interacciones y los cambios de estructura en el ordena-miento secuencial y preciso del proceso y en su regulación. Los cambios conformacionales en las proteínas generados por modificaciones químicas, tales como la fosforilación o por la interacción con moléculas efectoras, amplía el lenguaje, permitiendo la modulación de la respuesta de acuerdo a las necesidades de la célula.

1.1.1 Aspectos Generales de los Ácidos Nucleicos

Los ácidos nucleicos fueron descubiertos por Freidrich Miescher en 1869. Hay 2 tipos de ácidos nucleicos (AN): el ácido desoxirribonucleico (DNA) y el ácido ribonucleico (RNA), y están presentes en todas las células. Su función biológica no quedó plenamente demostrada hasta que Avery y sus colaboradores demostraron en 1944 que el DNA era la molécula portadora de la información genética.

Los AN son polímeros lineales en los que la unidad repetitiva, llamada nucleótido está constituida por: (1) una pentosa (la ribosa o la desoxirribosa), (2) ácido fosfórico y (3) una base nitrogenada (purina o pirimidina). La unión de la pentosa con una base constituye un nucleósido. La unión mediante un enlace éster entre el nucleósido y el ácido fosfórico da lugar al nucleótido.

El DNA y el RNA se diferencian porque:

el peso molecular del DNA es generalmente mayor que el del RNA

el azúcar del RNA es ribosa, y el del DNA es desoxirribosa

el RNA contiene la base nitrogenada uracilo, mientras que el DNA presenta timina

La configuración espacial del DNA es la de un doble helicoide, mientras que el RNA es un polinucleótido lineal, que ocasionalmente puede presentar apareamientos intracatenarios

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Diferencias estructurales entre el DNA y el RNA

pentosa bases nitrogenadas estructura

DNA

RNA

5.1.1.1 Composición de los Ácidos Nucleicos

Los ácidos nucleicos son polinucleótidos, es decir, polímeros lineales resultantes de la unión mediante enlace fosfodiéster de un número variable de unidades monoméricas básicas, denominadas nucleótidos. Un nucleótido está formado por tres componentes; una pentosa (la ribosa o la desoxirribosa), un compuesto heterocíclico nitrogenado (base nitrogenada purina o pirimidina) que junto con la pentosa forma un nucleósido, y una molécula de ácido fosfórico. Los nucleótidos tienen papeles muy variados dentro del metabolismo celular. Son la moneda energética en el metabolismo (ej. ATP), son mensajeros químicos secundarios en la respuesta celular a los estímulos inducidos por hormonas o agentes externos (ej.: AMPc), constituyen una serie de importantes cofactores enzimáticos y, por supuesto, son los constituyentes de los ácidos nucleicos: ribonucleicos (ARN) y desoxirribonucleicos (ADN).

5.1.1.2 Las Pentosas

La -D-ribofuranosa es uno de los constituyentes del RNA, mientras que la -D-2-desoxirribofuranosa forma parte del ácido desoxirribonucleico (DNA). La única diferencia consiste en que en la posición 2 de la pentosa, un grupo OH ha sido sustituido por un H. Esta pequeña alteración supone que la molécula del DNA sea más resistente a la hidrólisis que el RNA.

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5.1.1.3 Las Bases Nitrogenadas

Las bases púricas tienen la estructura fundamental del heterociclo purina. Las bases púricas que se encuentran en los ácidos nucleicos (tanto DNA como RNA) son la adenina y la guanina. Las bases pirimidínicas derivan del anillo de pirimidina. Las bases pirimidínicas que aparecen en el RNA son uracilo y citosina, mientras que en el DNA encontramos timina y citosina (ver fig. 88).

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Figura 87. Pentosas componentes de los ácidos nucleicos.

Figura 88. Bases púricas y pirimídicas constituyentes de los ácidos nucleicos.

Los átomos de los anillos de estas cinco bases se numeran de la misma manera que los anillos de pirimidina y purina. Esta numeración es importante y se hará referencia a ella más adelante. Tanto el ADN como el ARN contienen adenina, guanina y citosina, si bien el uracilo sólo está presente en el ARN, mientras que la timina lo está únicamente en el ADN.

En ciertos casos aparecen otros tipos de bases nitrogenadas en los AN. En el RNA transferente (RNAt) se encuentran a menudo bases como la N2-dimetilguanina, la hipoxantina o el dihidroxiuracilo. En el DNA se puede encontrar 5-metilcitosina o 5-hidroximetilcitosina. Todas las bases mencionadas son estructuras casi planas y tienen la peculiaridad de que pueden presentar diferentes formas tautómeras. Contienen la función lactama, que es una amida interna. Esta función se puede convertir en la función lactima (imida interna) por un fenómeno de isomería intramolecular, por ejemplo, la citosina puede estar en forma lactámica (normal) y entonces se empareja con la guanina, pero puede también adoptar forma lactímica y entonces es más estable su unión a la adenina, lo que facilita las mutaciones espontáneas y por tanto la evolución.. En las condiciones fisiológicas, el equilibrio está casi completamente desplazado hacia la forma lactama.

Es importante destacar el carácter aromático de las bases nitrogenadas, que hace que los ácidos nucleicos absorban en el UV a unos 260 nm. Las bases nitrogenadas tienen poco interés bioquímico como sustancias libres, salvo en las vías biosintéticas y degradativas de los ácidos nucleicos. El ácido úrico es un derivado púrico que constituye el producto final de la degradación de purinas. Normalmente se elimina por la orina, pero en circunstancias patológicas puede cristalizar originando cálculos renales o la gota.

5.1.1.4 Nucleósidos

Los nucleósidos son -N-glicósidos de ribosa o desoxirribosa, en los que el sustituyente en posición del carbono 1 de la pentosa es una base púrica o pirimidínica (ver figura de la derecha). Los nucleósidos que contienen ribosa se llaman ribonucleósidos y los que contienen desoxirribosa son los desoxirribonucleósidos. Por convención, la numeración de los carbonos del anillo de la pentosa incluye un apóstrofo para diferenciarlos de los átomos de los anillos de la base nitrogenada. Los nucleósidos tienen poco interés bioquímico como sustancias libres, salvo en las vías biosintéticas y degradativas de los AN. Una excepción importante es la S-adenosilmetionina (SAM). La SAM se forma por condensación de adenosina y metionina. Es un agente metilante muy enérgico.

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Los nombres de los nucleósidos indican su estructura. Así, si el nucleósido está formado por una ribosa y una base púrica, se nombra cambiando la terminación -ina de la base por -osina (por ejemplo, de la guanina y la ribosa obtenemos la guanosina), mientras que si se trata de una base pirimidínica la terminación cambia a -idina (de timina y ribosa obtenemos el nucleósido timidina). Por su parte, si el nucleósido se forma con desoxirribosa, delante del nombre obtenido habrá que colocar el prefijo desoxi- (de adenina y desoxirribosa se obtiene el nucleósido desoxiadenosina). La tabla 10 recoge el nombre de todas las combinaciones posibles (si bien la timidina y la desoxiuridina no existen en los ácidos nucleicos naturales).

5.1.1.5 Nucleótidos

Los nucleótidos son esteres fosfóricos de nucleósidos (figura de la derecha). El ortofosfato se encuentra esterificando normalmente a los hidroxilos en posición 3' y 5', aunque excepcionalmente también pueden hacerlo en 2'. Es precisamente este grupo fosfato el que confiere carácter ácido a la molécula. Los nucleótidos se representan con la letra mayúscula correspondiente al nucleósido del que derivan más la letra p minúscula, que representa al grupo fosfato. La letra p se antepone a la letra mayúscula de la base si el fosfato está esterificado en posición 5', y se pone detrás si el fosfato está esterificado en posición 3'. Por tanto, el símbolo pA denota la adenosina-5'-fosfato, y el símbolo Ap a la adenosina-3'-fosfato. A veces, los nucleótidos contienen más de un grupo fosfato, unidos entre sí mediante un enlace anhidro. En este caso, cada grupo fosfato se representa por una letra p.

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Tabla 10. Nomenclatura de los nucleósidos.

Bases púricasNucleósido Desoxinucleósido

A Adenina Adenosina Desoxiadenosina

G Guanina Guanosina Desoxiguanosina

Bases pirimidínicas

C Citosina Citidina Desoxicitidina

U Uracilo Uridina (Desoxiuridina)

T Timina (Timidina) Desoxitimidina

De esta forma, pAp representa a la 5', 3'-adenosina difosfato, ppA representa a la adenosina-5'-difosfato (ADP) y pppA a la adenosina -5'-trifosfato (ATP). Cuando los nucleótidos contienen más de una molécula de ácido fosfórico, como en el caso de la adenosina-5'-trifosfato (ATP, pppA), las 3 moléculas de ácido fosfóricos se distinguen mediante los prefijos a, b y g. Para que un nucleótido se pueda incorporar a una cadena naciente de polinucleótido, éste debe estar en forma trifosfato. Los nucleótidos, además de integrar las cadenas de AN poseen funciones biológicas en estado libre:

La energía libre almacenada en el ATP se utiliza para desarrollar trabajo mecánico (contracción muscular), osmótico (transporte activo), químico (biosíntesis) y eléctrico (transmisión del impulso nervioso)

La guanosina-5'- trifosfato (GTP, pppG) interviene en la síntesis de proteínas La uridina-5'- trifosfato (UTP, pppU) en el metabolismo de los glícidos La citosina-5'- trifosfato (CTP, pppC) en el metabolismo lipídico

Los flavina-nucleótidos son grupos prostéticos de enzimas de oxidorreducción. La flavina-mononucleótido (FMN) está compuesta por la base flavina, el azúcar ribitol y un grupo fosfato. La FMN puede unirse al AMP para formar la flavina-adenina-dinucleótido (FAD), que también es un grupo prostético (fig. 89).

Los nucleótidos se denominan combinando el nombre del nucleósido del que proceden con la palabra monofosfato. Así, el éster fosfórico de adenosina se denomina 5'-monofosfato de adenosina (tabla 11).

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Figura 89. Dinucleótido de flavina y adenina.

Otros nucleótidos que participan en procesos de oxidorreducción son las piridina-nucleótidos. Suelen actuar como coenzimas libres. Las más comunes son la nicotinamida-adenina-dinucleótido (NAD), compuesta de la nicotinamida, ribosa, fosfato y AMP, y la nicotinamida-adenina-dinucleótido-fosfato (NADP), que además contiene ácido fosfórico esterificado con el OH del carbono 2' del AMP. Algunos nucleótidos actúan como intermediarios de la acción hormonal (mensajeros químicos). Son nucleótidos cíclicos, en los que el ácido ortofosfórico esterifica dos hidroxilos (el 3' y el 5') de la misma ribosa. Los más comunes son la adenosina-3', 5'-monofosfato o AMP cíclico (AMPc) y la guanosina-3',5'-monofosfato o GMP cíclico (GMPc). La coenzima A es un cofactor importante que participa en multitud de procesos enzimáticos (fig. 90). Está compuesta por ácido pantoténico (una vitamina),-mercaptoetilamina y una molécula de ADP que tiene otro grupo fosfato esterificado en 3' (ppAp). Interviene en reacciones de acilación, en las que los grupos acilo que se movilizan se incorporan al coenzima A mediante un enlace tioéster, muy reactivo.

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Tabla 11. Nomenclatura de los nucleótidos monofosfato.

Figura 90. Fórmula química de la coenzima A

Bases púricasNucleótido Desoxinucleósido

A Adenina Monofosfato de

adenosina

Monofosfato de

desoxiadenosina

G Guanina Monofosfato de

guanosina

Monofosfato de

desoxiguanosina

Bases

pirimidínicas

C Citosina Monofosfato de citidina Monofosfato de

desoxicitidina

U Uracilo Monofosfato de uridina

T Timina Monofosfato de

desoxitimidina

5.2 POLINUCLEÓTIDOS: ESTRUCTURA DEL DNA Y RNA

Los polinucleótidos son cadenas lineales de nucleótidos en los que los grupos fosfato están esterificando a los hidroxilos 5' y 3' de dos nucleótidos consecutivos (fig. 91). Como consecuencia, cada polinucleótido contiene únicamente un OH libre en el grupo fosfato en posición 5' (extremo 5' fosfato) y un OH libre en posición 3' (extremo 3'). Por convención, la secuencia de los polinucleótidos se representa en el sentido 5' 3'. Los dos polinucleótidos presentes en los seres vivos son el ácido ribonucleico (RNA) y el ácido desoxirribonucleico (DNA).

En la síntesis de DNA o RNA, el nucleótido que se va a añadir a la cadena de polinucleótido (siempre en forma trifosfato) se une por su OH en posición 5' al grupo OH en posición 3' del último nucleótido de la cadena de polinucleótido mediante un enlace fosfodiéster, liberando un grupo pirofosfato

5.2.1 RNA

Es el AN más abundante en la célula, y puede purificarse fácilmente. Una célula típica contiene 10 veces más RNA que DNA. El azúcar presente en el RNA es la ribosa. Esto indica que en la posición 2' del anillo del azúcar hay un grupo hidroxilo (OH) libre. Por este motivo, el RNA es químicamente inestable, de forma que en una disolución acuosa se hidroliza fácilmente.

En el RNA la base que se aparea con la A es U, a diferencia del DNA, en el cual la A se aparea con T. En la mayor parte de los casos es un polímero monocatenario, pero en ciertos casos puede presentar zonas en su secuencia con apareamientos intracatenarios. Según las modernas teorías sobre el origen de la vida, parece bastante probable que el RNA fuese el primer biopolímero que apareció en la corteza terrestre durante el transcurso de la evolución. Se distinguen varios tipos de RNA en función, sobre todo, de sus pesos moleculares (fig. 92).

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Figura 91. Enlace fosfodiéster entre nucleótidos.

5.2.1.1 RNA Heterogéneo Nuclear (RNAhn)

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 (fig. 93). En células procariotas, el transcrito primario actúa directamente como molde para la síntesis de proteínas. En el núcleo de las células eucariotas actúa como precursor de los demás tipos de RNA que se encuentran en el citoplasma. La fragmentación del RNA hn para formar otros tipos de RNA constituye la maduración o procesamiento del RNA.

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Figura 92. Tipos y características estructurales del RNA.

Figura 93. Evoluciones del RNA.

5.2.1.2 RNA Pequeño Nuclear (RNAsn)

El RNA pequeño nuclear (RNAsn) está presente en el núcleo, y es de pequeño tamaño (figura de la derecha). 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 (aquellos fragmentos del transcrito primario de RNA que no aparecen en el molde de RNAm). Cuando las RNPsn se unen al precursor del RNAm para eliminar los intrones se forma un complejo RNA-proteína de gran tamaño, visible al microscopio electrónico, y que recibe el nombre de espliciosoma (spliceosome).

5.2.1.3 RNA Transferente (RNAt)

Las moléculas de RNA transferente (RNAt) tienen entre 75 y 90 nucleótidos, y su peso molecular es de unos 25000 dalton. Se conocen unos 60 RNAt

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.

5.2.1.4 RNA Ribosómico (RNAr)

El RNA ribosómico (RNAr) está presente en los ribosomas, orgánulos intracelulares implicados en la síntesis de proteínas.

Se conocen 3 ó 4 tipos distintos de RNAr. Su estructura secundaria y terciaria presenta un plegamiento complejo que le permite asociarse tanto a las proteínas integrantes de los ribosomas como a otros RNAr y participar en el proceso de síntesis proteica (RNAr de 16S y RNAr de 5S).

5.2.1.5 RNA Mensajero (RNAm)

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Estructura secundaria del RNAt

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). 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 (fig. 94). Estas modificaciones tienen por objeto aumentar la vida media de estas moléculas en el citoplasma.

La presencia de la cola de poliA en el extremo 3' de una molécula de ARNm

facilita enormemente su purificación en una cromatografía en columna de afinidad, ya que forma híbridos con residuos de poliU unidos a una resina empaquetada en el interior de la columna.

5.2.1.6 RNA Vírico (RNAv)

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Figura 94. Modificaciones en los extremos de un RNAm eucariota .

El RNA vírico (RNAv) es el que constituye 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 (virus de la gripe, virus del SIDA), y su hallazgo supuso replantearse el dogma central de la biología (fig. 95)

Es muy probable que el RNA fuese el primer biopolímero. En un ambiente similar al que debió existir en la Tierra primitiva pudieron formarse espontáneamente cadenas cortas de RNA, pero no de DNA o proteínas. Además, se conocen casos en los que las moléculas de RNA se cortan y empalman por sitios específicos, en ausencia de proteínas. Estas moléculas de RNA reciben el nombre de ribozimas. Las ribozimas presentan actividad catalítica en ausencia de proteínas y participan en el corte y empalme de moléculas precursoras de RNA que darán lugar al ARNr.

5.2.2 LA ESTRUCTURA DEL DNA

En los años 20, el bioquímico Phoebus Levene determinó que el DNA estaba formado por 4 tipos distintos de nucleótidos. Cada nucleótido estaba formado por desoxirribosa, fosfato y una base nitrogenada (A, C, T o G). En 1949, el bioquímico Erwin Chargaff analizó el contenido molar de las bases de DNA procedente de diversos organismos y descubrió que en todos los casos [A]=[T] y que [G]=[C], o lo que es lo mismo, [A+G]=[T+C] ([purinas]=[pirimidinas]). Esta es la llamada ley de Chargaff.

A principio de los años 50 Maurice Wilkins y Rosalind Franklin realizaron los primeros estudios físicos con el DNA mediante la técnica de difracción de rayos X y observaron que (1) la molécula de DNA es una cadena extendida con una estructura altamente ordenada

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Figura 95. Composición y estructura vírica.

Virus de la gripe Virus del SIDA

(2) la molécula de DNA es helicoidal y tiene 20 Å de diámetro (3) la hélice del DNA está compuesta por dos hebras helicoidales y (4) las bases de los nucleótidos están apiladas con los planos separados por una distancia de 3,4 Å. En 1953, James Watson y Francis Crick combinaron los datos químicos y físicos del DNA, y propusieron un modelo estructural del DNA (fig. 96).

En este modelo estructural del DNA:

Las dos hebras están enrolladas una alrededor de la otra formando una doble hebra helicoidal :

Las dos cadenas de polinucleótidos se mantienen equidistantes, al tiempo que se enrollan en torno a un eje imaginario.

El esqueleto azúcar-fosfato (formado por una secuencia alternante de desoxirribosa y fosfato, unidos por enlaces fosfodiéster 5'-3') sigue una trayectoria helicoidal en la parte exterior de la molécula.

Las bases se dirigen desde cada cadena al eje central imaginario. Las bases de una hebra están enfrentadas con las de la otra, formando los llamados pares de bases (PB). Las bases interaccionan entre sí mediante puentes de hidrógeno. Las dos bases que forman un PB están en el mismo plano y dicho plano es perpendicular al eje de la hélice. Los pares de bases están formados siempre por una purina y una pirimidina, de forma que ambas cadenas están siempre equidistantes, a unos 11 Å una de la otra. Los PB adoptan una disposición helicoidal en el núcleo central de la molécula, ya que presentan una rotación de 36º con respecto al par adyacente, de forma que hay 10 PB por cada vuelta de la hélice. La A se empareja siempre con la T mediante dos puentes de hidrógeno, mientras que la C se empareja siempre con la G por medio de 3 puentes de hidrógeno (figura 97).

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Figura 96. Modelo Watson-Crick para la estructura del DNA. El modelo original propuesto tiene 10 pares de bases; o 34 Å (3.4 nm), por giro de la hélice. Subsecuentes mediciones revelaron 10.5 pares de bases, o 36 Å (3.6 nm) por giro.

El apareamiento de bases es una de las características más importantes de la estructura del DNA porque significa que las secuencias de bases de ambas hebras son complementarias. Este hecho tiene implicaciones muy profundas con respecto al mecanismo de replicación del DNA, porque de esta forma la réplica de cada una de las hebras obtiene la secuencia de bases de la hebra complementaria (fig. 98).

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Figura 97. Modelo Watson-Crick para la estructura del DNA. Cada base de una cadena está unida a una base complementaria de la otra cadena por medio de enlaces de hidrógeno. La adenina es complementaria de la timina, y la guanina es complementaria de la citosina. Una base púrica y una pirimidínica están implicadas en cada par de bases.

Figura 98. La replicación del DNA conduce a dos dobles moléculas de DNA hijas idénticas a la progenitora. Cada cadena original de la doble hélice sirve como plataforma, y la secuencia de nucleótidos de cada una de estas cadenas es copiada para formar una nueva cadena complementaria por medio de la enzima DNA polimerasa. Mediante este proceso de biosíntesis se obtienen dos dobles DNA hijas a partir de la doble hélice progenitora.

En cada extremo de una doble hélice lineal de DNA, el extremo 3'-OH de una de las hebras es adyacente al extremo 5'-P (fosfato) de la otra. En otras palabras, las dos hebras son antiparalelas, es decir, tienen una orientación diferente. Por convención, la secuencia de bases de una hebra sencilla se escribe con el extremo 5'-P a la izquierda. La doble hélice es dextrógira. Esto quiere decir que si alguien mira al eje de la hélice hacia abajo, en cualquier dirección, cada una de las hebras sigue una trayectoria en el sentido de las agujas del reloj al alejarse del observador.

La hélice presenta dos tipos de surcos helicoidales externos, unos son anchos y profundos (surcos mayores) y otros son estrechos y poco profundos (surcos menores). Los dos tipos de surcos son lo suficientemente amplios como para permitir que las moléculas proteicas entren en contacto con las bases.

La relación A=T y C=G siempre se cumple, pero no hay regla que rija las concentraciones totales de G+C y de A+T. Existe una enorme variación en esta relación para los diferentes tipos de bacterias. Normalmente la composición de bases de una molécula de DNA de un organismo se expresa como su contenido en G+C.

En organismos superiores, este valor está próximo a 0,5, pero en los organismos inferiores (bacterias) este valor varía mucho de un género a otro. Así, en el género Clostridium es de 0,27; en Sarcina es de 0,76 y en Escherichia es de 0,5. Esta estructura de doble hélice del DNA no es la más habitual (ver figuras 99 y 100).

Núcleo de célula eucariota

Cromosoma Enrollamiento de la cromatinaDoble hélice y fibra

de cromatina

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Figura 99. En las células eucariotas, el DNA se encuentra localizado principalmente en el núcleo, en forma de cromosomas, que son complejas asociaciones de DNA y proteínas.

5.2.2.1 Factores que determinan la estructura del DNA

La estructura helicoidal del DNA se mantiene gracias a interacciones no covalentes. Por un lado, el apilamiento entre las bases adyacentes de una misma hebra favorece interacciones hidrofóbicas entre éstas, y por otro lado, cada base está unida a su pareja mediante puentes de hidrógeno. La energía libre de las interacciones no covalentes que mantienen la estructura helicoidal del DNA no es muy superior a la energía de los movimientos térmicos a temperatura ambiente, por lo que es posible desestabilizar la estructura tridimensional del DNA mediante un simple aumento de la temperatura. Cuando se calienta un DNA de doble hebra (forma nativa) se rompen las fuerzas de unión entre las dos hebras y acaban por separarse. Por tanto, el DNA desnaturalizado es de una sola hebra. La transición entre el estado nativo y el desnaturalizado se conoce como desnaturalización. En determinadas condiciones, una disolución de DNA monocatenario (desnaturalizado), puede volver a formar el DNA nativo (de doble hebra). Este proceso recibe el nombre de re-naturalización del DNA. Cuando el DNA re-naturalizado se forma a partir de moléculas de DNA de distinto origen, o entre una molécula de DNA y otra de RNA, la re-naturalización se conoce como hibridación.

5.2.2.2 Desnaturalización del DNA

Cuando se rompen las fuerzas de unión entre las dos hebras del DNA, éstas acaban por separarse. Por tanto, el DNA desnaturalizado es de una sola hebra. La transición entre el estado nativo y el desnaturalizado se conoce como desnaturalización. La forma más corriente de desnaturalizar el DNA es por calentamiento (fig. 101). Otro agente desnaturalizante es el pH elevado porque cambia la carga de algunos grupos que forman parte de los puentes de hidrógeno. En agua destilada (con una fuerza iónica muy reducida) se produce la separación de las hebras. Este fenómeno se debe a que en agua muy pura, la fuerte repulsión entre las cargas negativas de los grupos fosfato no es contrarrestada por los correspondientes contraiones (Na+, Mg+2).

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Figura 100. En procariotas, así como en las mitocondrias y cloroplastos, el DNA se presenta en forma circular, en la que la doble hélice se cierra por sus extremos. Este DNA circular puede presentar diversos grados de súper enrollamiento. En virus, el DNA puede presentarse como una doble hélice cerrada, como una doble hélice abierta o simplemente como una única hebra lineal.

La curva de desnaturalización o fusión del DNA en función de la temperatura presenta las siguientes características:

1.- La A260 permanece constante hasta temperaturas por encima de las fisiológicas. En este intervalo, la molécula está en forma de doble hebra. 2.- El aumento de A260 tiene lugar en un estrecho rango de temperaturas (6-8 ºC). La A260

empieza a aumentar cuando comienzan a romperse las uniones entre las bases en varios segmentos de la molécula. El número de PB que se rompen aumenta con la temperatura, y con ella la A260. Al final del tramo ascendente, las dos hebras se mantienen juntas por unos cuantos PB. 3.- La A260 máxima es aproximadamente un 37% mayor que el valor inicial, y corresponde al estado en que las dos hebras están completamente separadas.

Un parámetro muy útil para caracterizar la evolución de la fusión es la temperatura a la que el aumento de la A260 ha llegado a la mitad de su camino. Esta temperatura se llama temperatura de fusión (Tm). Se ha comprobado que la Tm aumenta con el contenido de G+C. Como el par de bases G-C está unido por tres puentes de hidrógeno (a diferencia del par A-T que sólo presenta 2) se requiere una temperatura más alta para desnaturalizarlo. Los reactivos que incrementan la solubilidad de las bases (como el etanol) disminuyen la Tm, ya que reducen la interacción hidrofóbica que las mantiene unidas. De esto se deduce que tanto los puentes de hidrógeno como las interacciones hidrofóbicas cooperan para formar una estructura estable. Si se reduce o elimina cualquiera de estas interacciones, la estabilidad disminuye y la Tm es menor

5.2.2.3 Re-naturalización del DNA

Una disolución de DNA desnaturalizado puede ser tratada de forma que recupere su configuración nativa. El proceso se llama re-naturalización, y se obtiene un DNA re-naturalizado. Para que tenga lugar la re-naturalización deben cumplirse dos requisitos:

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Figura 101. Gráfica que representa la medida de A260 en función de la temperatura durante la fusión del DNA.

La concentración salina debe ser alta ([NaCl] entre 0,15 y 0,5 M) para eliminar la repulsión entre los grupos fosfato de las dos hebras.

La temperatura deber ser lo suficientemente elevada como para romper los puentes de hidrógeno intracatenarios producidos al azar en el DNA monocatenario, y lo suficientemente baja como para estabilizar los apareamientos correctos entre las bases de hebras distintas. La temperatura óptima de re-naturalización es de unos 20 a 25 ºC por debajo de la Tm.

La re-naturalización es un fenómeno de unión al azar (ver figura de la derecha), y por tanto la molécula de DNA re-naturalizada no contiene las hebras originales. Si mezclamos un DNA marcado con el isótopo 15N con otro que contenga el isótopo normal 14N y los desnaturalizamos, durante la re-naturalización se forman 3 tipos de moléculas de doble hebra: un 25% con 14N en las dos hebras, un 25% con 15N en las dos hebras y un 50% con una hebra 14N y otra 15N.

5.2.2.4 Hibridación del DNA

Cuando el DNA re-naturalizado se forma a partir de moléculas de DNA de distinto origen la re-naturalización se conoce como hibridación. Una característica importante de la hibridación es que no sólo se puede producir entre dos DNA distintos, sino también entre DNA y RNA, siempre que sus secuencias de nucleótido sean complementarias.

Ejercicios resueltos

1. ¿Qué característica del DNA explica que la relación A a T y G a C sean muy cercanas a la unidad?

R. El DNA es una molécula doble en la cual dos cadenas polinucleotídicas (o hebras) están unidas una con otra a través de un apareamiento de bases específico. La adenina de una cadena está apareada con la timina de la otra, y la guanina está apareada con la citosina, por lo que esta relación da como resultado un valor 1. De ahí que se dice que las dos cadenas son complementarias. Esta fue una de las características más importantes de la proposición de Watson y Crick al considerar la estructura del DNA. Dentro de un par de bases opuestas se forman `puentes de hidrógeno. En la estructura propuesta por Watson y Crick, los pares de bases A:T y G:C con los puentes de H son casi planas.

237

2. ¿Cuántas uniones 3’, 5’ fosfodiéster estarían presentes en un polinucleótido lineal que contiene 20 unidades de nucleótidos?

R. Una unión fosfodiéster une cada nucleótido con el nucleótido adyacente, de manera que el número total de estas uniones en un polinucleótido es uno menos que el número de unidades de nucleótido. Los fosfatos presentes en los extremos 5’ o 3’ de la cadena constituyen fosfodiéster. Por lo tanto la respuesta es 19.

3. Escríbase la secuencia de DNA complementaria para: GCTTAGTA

R. En el apareamiento de bases complementarias dentro del DNA, G se aparea con C y A con T. entonces la respuesta es CGAATCAT

4. ¿Cuáles son las especies más abundantes de RNA en una célula?

R. El RNA ribosomal (rRNA) es el más abundante; constituye cerca del 80% de todo el RNA

5. Aparte de la composición química ¿Cuáles son las principales diferencias entre el RNA y DNA?

R. Además de las diferencias químicas entre las estructuras del DNA y RNA se puede encontrar que el DNA tiene mayor peso molecular, es menos propenso a la solubilidad, mayor punto de fusión, forma cadenas helicoidales, da lugar al RNA por trascripción, entre otras.

6. Mencione las características generales de las bases púricas y pirimídicas.

R. 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. Varios de estos mismos compuestos forman parte de un número de coenzimas. 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 y en contraste en RNA: A, G, C, U

Bases púricas: están formadas por la condensación de dos ciclos de carbono y nitrógenoBases pirimidínicas: están formadas por un solo ciclo de carbono y nitrógeno

La purina y pirimidina absorben radiación ultravioleta es por ello que los nucleótidos y ácidos nucleicos la absorben también. Esto tiene varias aplicaciones:

1) En los métodos de laboratorio para detección y cuantificación de ácidos nucleicos y sus componentes2) Observación de muestras biológicas por microscopia3) El efecto mutágeno de la radiación ultra violeta4) La esterilización con rayos UV

7. Las medidas de la doble hélice son muy concretas y pueden estudiarse por difracción de rayos X. a) ¿Cuál es la distancia constante entre las cadenas?; b) ¿Cuántos nucleótidos hay por vuelta?; c) cual es la dimensión del paso de rosca?

R. a) 1.9 nmb) 10.5 nucleótidos por vueltac) el paso de rosca 3.4 nm

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5.2.2.5 El DNA como material genético

Hasta mediados de los años 40 había fuertes controversias sobre la naturaleza química del material hereditario. Si alguna biomolécula podía ser candidata a ser el material genético, éstas eran las proteínas con su estructura tan compleja y variada. Moléculas tan simples y repetitivas como los ácidos nucleicos no eran, a priori, candidatos idóneos como portadores del material genético. Esta controversia fue resuelta en la década de los 40 mediante dos brillantes experimentos:

1. Experimento de Avery, McLeod y McCarty

En 1928, Frederick Griffith describió el llamado fenómeno de transformación por neumococos. Se distinguen dos tipos de neumococos. Los neumococos de tipo R (rugoso) forman colonias de aspecto rugoso sobre un medio sólido, y son poco virulentos. Los neumococos de tipo S (liso) forman colonias aspecto liso y brillante sobre un medio sólido, y provocan infecciones letales. Se caracterizan por poseer una cápsula de polisacáridos en la superficie celular. En 1944, Oswald Avery, Colin McLeod y Maclyn McCarty demostraron que el factor de transformación del neumococo era el ácido desoxirribonucleico (DNA). Trabajaban con cultivos puros de neumococo R a los que añadían distintos componentes de neumococos S muertos (fig. 102). Sólo se producía el fenómeno de transformación cuando se añadía a los neumococos R el DNA de los neumococos S. Este DNA era captado por los neumococos R vivos con lo que se transformaban en neumococos S vivos y letales.

Esta conclusión se vio reforzada por otra serie de experimentos:

En presencia de proteasas (proteínas que rompen proteínas), el factor de transformación sigue siendo operativo.

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Figura 102. El neumococo tipo R (rough, rugoso) (colonias a la izda.) puede ser transformado en neumococo tipo S (smooth, liso) (colonias a la dcha.) por el DNA del neumococo S. Esta transformación se transmite a la descendencia.

En presencia de desoxirribonucleasa (enzima que rompe el DNA) el factor de transformación deja de funcionar.

Esto no deja lugar a duda sobre la naturaleza del factor de transformación, que es un DNA y no una proteína como se sospechaba en aquella época. El esquema que se presenta a continuación describe aproximadamente los hallazgos de los experimentos realizados por los mencionados investigadores

Los neumococos de tipo R (rugoso) forman colonias de aspecto rugoso sobre un medio sólido, y son poco virulentos.

Los neumococos de tipo S (liso) forman colonias de aspecto liso y brillante sobre un medio sólido, y provocan infecciones letales.

Los neumococos de tipo S (liso) provocan infecciones letales, pero son sensibles al calor. Si se inyectan al ratón neumococos de tipo S que han sido calentados, el animal sobrevive.

Si se inyectan a un ratón neumococos vivos de tipo R y neumococos muertos de tipo S (ninguno de los dos es letal por separado) se produce la muerte del ratón, y de la infección se pueden extraer neumococos vivos del tipo S. Al componente presente en los neumococos S muertos que convierte a los neumococos R vivos en neumococos S letales se le llamó FACTOR DE TRANSFORMACIÓN .

2. Experimento de Hershey y Chase

Para poder entender el experimento de Hershey y Chase, que demostraba que eran las moléculas de DNA y no las proteínas las portadoras de la información genética, es necesario comprender el mecanismo de replicación de los bacteriófagos. Los bacteriófagos

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(o fagos) son virus que atacan a las bacterias. Los fagos de la serie T-par (T2, T4 y T6) atacan a la enterobacteria Escherichia coli (fig.103).

Como los virus de la progenie heredan los caracteres fenotípicos del virus primitivo, Alfred Hershey y Martha Chase diseñaron un sistema para averiguar si la herencia era comunicada por el DNA o por las proteínas.

Utilizaron técnicas de marcaje radioactivo para construir dos tipos de fagos distintos. Una población de fagos creció en un medio que contenía 35S. El 35S marca a las proteínas que contienen residuos de Cys o Met y por lo tanto, esta población contiene proteínas radioactivas y DNA no radioactivo, ya que el DNA no contiene S. La segunda población de virus creció en un medio que contenía 32P.

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Figura 103. Los fagos constan de una cabeza proteica que guarda una molécula de DNA, una cola y una serie de filamentos Cuando estos virus encuentran una bacteria susceptible, se fijan a un receptor específico de la superficie celular y le inyectan el contenido de la cabeza (el DNA). En el interior de la bacteria, este DNA crea varios cientos de copias de sí mismo y de las proteínas que lo componen, aprovechando la maquinaria biosintética de la célula. Una vez completada la síntesis, las moléculas de DNA y de proteína se ensamblan para formar nuevas copias del virus. Una vez terminado el proceso, la bacteria de destruye (lisis) y los nuevos virus son liberados al medio donde pueden iniciar nuevos ciclos de infección (ciclo lítico).

Infección de la célula huéspedReproducción y lisis

bacteriana

Ciclo lítico completo de un bacteriófago

El 32P marca los ácidos nucleicos, pero no a las proteínas, de forma que esta población contiene DNA radioactivo y proteínas no radioactivas. Ambos tipos de virus fueron utilizados por separado para infectar a células de E. coli susceptibles.

Después de la infección, y antes de que se completara el ciclo lítico sometían a las células a una fuerte agitación mecánica para desprender de la superficie de la célula a todos los virus que pudiesen estar adheridos, y después, por centrifugación separaban las células de las partículas víricas: Las células se acumulan en el sedimento, y los fagos permanecen en el sobrenadante.

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Población de fagos que ha crecido en un

medio con 32P

Proteína: no radioactiva (en negro)

DNA: radioactivo (en rojo)

Población de fagos que ha crecido en un

medio con 35S

Proteína: radioactiva (en rojo)

DNA: no radioactivo (en negro)

 

Cultivo de las bacterias con los fagos

Separación fagos-bacteriasCentrifugación: las células sedimentan y los fagos no

Población de fagos que ha crecido en un medio con 35S

Población de fagos que ha crecido en un medio con 32P

A continuación medían la radioactividad asociada a las células. Las células presentaban radioactividad únicamente cuando se hacía el experimento con virus 32P. Cuando se realizaba el experimento con virus 35S, las células no contenían radioactividad. Como los virus que surgen de ambos ciclos líticos son absolutamente normales, este experimento indica que las características genéticas del virus han sido comunicadas a la progenie mediante el DNA, no mediante la proteína.

La mayoría de los virus son partículas núcleo proteínicas que consisten en una molécula de ácido nucleico- el cromosoma viral (genoma) empacada en una vaina de proteínas. Los virus no se consideran una verdadera forma de vida puesto que solo se replican desde la infección a la célula.

También podemos encontrar caso de viroides o priones. Los viroides son un RNA viral “desnudo” y los priones son sustancias proteínicas libres o “desnudas” o partícula proteínica infecciosa.

Una característica única de los viroides es que la estructura original parece ser la de un RNA circular de cadena sencilla. Los estudios de la secuencia de bases del tiroides indican que hay una gran homología secuencial y también apoyan la posibilidad de apareamiento intramolecular de bases para generar cierto carácter de doble cadena en la estructura celular. Cuatro de los viroides cuyas secuencias se conocen hasta ahora tienen homología secuencial idéntica en uno de estos segmentos de doble cadena.

5.3 PROPIEDADES BIOLÓGICAS DEL DNA

En las células eucariotas, el DNA está presente en el núcleo, así como en mitocondrias y cloroplastos. En procariotas, el DNA se encuentra en el citoplasma celular. La molécula de

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DNA es el soporte material de los caracteres hereditarios de una especie y es trasmitida íntegramente a la progenie. Cada cromosoma eucariota contiene una sola molécula de DNA. Su masa molecular es enorme. El peso molecular por unidad de longitud de la hélice es aproximadamente de 2 x 106 dalton por µm.

El modelo de Watson y Crick explica las propiedades biológicas del DNA:

1. Resistencia a la alteración de las bases (mutación)

Si aparece una base incorrecta, su emparejamiento se ve impedido, y la doble hélice se altera. Estos errores pueden ser reparados por medio de diversos mecanismos celulares.

La información genética se establece con base a la secuencia del DNA. Cambios en las bases del DNA o sus secuencias tienen efecto mutagénico. Los mutágenos a menudo también dañan la regulación del desarrollo celular, y estos son también carcinogénicos. Las alteraciones genéticas (mutaciones) son factores decisivos para la evolución biológica. Por otro lado, una frecuencia excesiva de mutaciones podría amenazar la supervivencia de organismos individuales o especies enteras. Por esta razón, cada célula tiene mecanismos de reparación que elimina la mayoría de los cambios que surgen de las mutaciones.

Las mutaciones pueden tener lugar como resultado de efectos químicos o físicos, o bien por efecto de errores en la replicación del DNA y su recombinación. El principal mutágeno físico es la radiación ionizante. En las células, estas producen radicales libres, los cuales son extremadamente reactivos y pueden dañar al DNA. La luz ultravioleta de longitudes de onda corta (UV) también tiene efectos mutagénicos principalmente en las células de la piel (bronceado).

El cambio químico más común debido a la exposición UV es la formación de dímeros de timina, en donde dos bases timina vecinas se enlazan covalentemente una a otra. Este efecto da como resultado error cuando es leído durante la replicación y transcripción. De los numerosos mutágenos químicos se puede mencionar al ácido nitroso (HNO2; sal: nitrito) e hidroxilamina (NH2OH) ambas bases de amina; convierten citosina en uracilo y adenina en inosina.

Los compuestos alquilados llevan grupos reactivos que pueden formar enlaces covalentes con bases DNA. La metilnitrosamina libera el reactivo catión metilo (CH3

+), el cual metila OH y grupo NH2 en el DNA. El peligroso carcinógeno benzopireno es un hidrocarburo aromático que es únicamente convertido en su forma activa en el organismo.

La hidroxilación múltiple de uno de los anillos produce un epóxido reactivo que puede reaccionar con grupos NH2 de residuos de guanina, por ejemplo. Los radicales libres de benzopireno también contribuyen a su toxicidad. El ácido nitroso causa mutaciones puntuales, por ejemplo, C es convertido en U, el cual en la siguiente replicación se aparea con A en lugar de G. la alteración de allí viene a ser permanente. Las mutaciones en las cuales un número de nucleótidos no divisibles en tres son insertados o removidos conducen a errores de lectura todos los segmentos del DNA, ellos modifican el contexto de

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la lectura. Un importante mecanismo para la remoción de DNA dañado es la reparación por escisión. En este proceso, una endonucleasa específica de escisión remueve un segmento completo de DNA en ambos lados del sitio de error. Usando la secuencia de hebra opuesta, el segmento extraño es entonces reemplazado por una DNA polimerasa. Finalmente, un DNA ligasa cierra los espacios de nuevo. Los dímeros de timina pueden removerse por fotoreactivación. Una fotoliasa específica enlaza en el defecto y, cuando se ilumina, separa el dímero para producir dos bases simples de nuevo.

Dongping Zhong (un profesor de física, química y bioquímica en la Universidad del Estado de Ohio) y sus colegas aportan ahora pruebas experimentales de lo que durante mucho tiempo han sospechado los científicos: que la luz visible excita la molécula de fotoliasa e incrementa la energía de sus electrones. Esto hace que la enzima inyecte un electrón a la molécula de ADN, en el sitio dañado temporalmente por la luz UV, para repararlo. También informan de algo que les resultó inesperado: el agua tiene un papel crucial durante el proceso, regulando el tiempo de permanencia del electrón donado en el punto dañado antes de regresar a la molécula de fotoliasa.

Los científicos creen que todos los mamíferos placentarios perdieron la capacidad de elaborar esta enzima hace unos 170 millones de años. Esto explica porqué los humanos, los ratones, y otros mamíferos son particularmente vulnerables al cáncer causado por la luz UV de los rayos solares, pero los demás miembros del reino animal, incluyendo insectos, peces, aves, anfibios, marsupiales, e incluso bacterias, virus y levaduras, poseen una capacidad mucho mayor de enmendar el daño. Desde los años 40, los científicos han tratado de entender cómo el ADN dañado en plantas y algunos animales por acción de la luz UV es reparado por la luz visible.

En los años 60, identificaron la enzima responsable de la reparación, y la llamaron fotoliasa, pero no sabían exactamente cómo actúa. En los años 80, los científicos propusieron que la fotoliasa dona un electrón al ADN dañado, pero nadie podía probarlo. La reacción es demasiado rápida para ser detectada con herramientas normales de laboratorio. Los científicos también sabían que la enzima forma un diminuto "bolsillo" lleno de agua para alojar el sitio dañado dentro del núcleo celular. Pero hasta su última serie de experimentos, no se conocía el papel exacto del agua en la reacción.

Un tercer mecanismo es la reparación recombinante. En este proceso, el defecto se omite durante la replicación. El espacio (gap) es cerrado por desplazamiento de la secuencia correspondiente a partir de la correcta replicación de la segunda hebra. El nuevo agujero (gap) que resulta es ocupado (rellenado) por polimerasas y ligasas. Finalmente, el defecto original es corregido por reparación por escisión. Los aspectos tratados en este apartado se presentan secuencialmente en los siguientes flujos;

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2. Replicación del material genético

Las células hijas deben tener la misma dotación genética que su progenitora. Para obtener esta replicación exacta, basta la separación de las dos cadenas de la doble hélice progenitora y la síntesis de las hebras complementarias. La replicación es catalizada por una DNA-dependiente de la DNA polimerasa. Estas enzimas requieren una hebra simple de DNA, conocida como plantilla. Iniciando con una secuencia corta de partida de RNA

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(primer o cebador), se sintetiza una segunda hebra complementaria con base a la plantilla, y de allí se crea una hélice doble completa de DNA de nuevo. El sustrato de la DNA polimerasa son 4 desoxinucleósidos trifosfato dATP, dGTP, dCTP y dTTP. En cada paso, la primera base que se aparea enlaza el nucleótido que es complementario a la base corriente en la hilera plantilla. El residuo fosfato del nuevo nucleósido trifosfato enlazado es entonces sometido a un ataque nucleofílico por el grupo –OH del nucleótido incorporado previamente. Esto es seguido por la eliminación de difosfato y la formación de un nuevo enlace diester fosfórico. Estos pasos se repiten de nuevo por cada nucleótido. El mecanismo descrito significa que la matriz únicamente se lee en la dirección 3 a 5. En otras palabras, la nueva hilera sintetizada siempre crece en dirección 5 a 3. El mismo mecanismo es también utilizado en la transcripción por la DNA-dependiente de RNA polimerasa. La mayoría de la DNA y RNA polimerasas consistente en más de 10 subunidades, el pale de cada uno de estas aun permanece sin aclararse en toda su extensión. Las secuencias de la replicación y los compuestos participantes se muestran en la siguiente descripción gráfica, y para ejemplificar el proceso en la lámina B se presenta la replicación del DNA de la E. colli.

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3. Transcripción de la información genética

La complementariedad de bases permite a la célula sintetizar una molécula de RNAm con una secuencia complementaria a la de una de las hebras del DNA. Este proceso se denomina transcripción. La molécula de RNAm recién sintetizada servirá como molde para la síntesis de proteínas en un proceso denominado traducción. Esta serie de procesos se conoce como el dogma central de la Biología.

Para que la información genética almacenada en el DNA sea efectiva, esta se debe reeditar (transcribir) en el RNA. El DNA únicamente sirve como una plantilla y no se altera de ninguna manera durante el proceso de transcripción. Los segmentos transcritos de DNA que codifican para un producto definido se denominan GENES. Se estima que el genoma humano contienen de 30 000 a 40 000 genes, que juntos cuentan menos del 5% del DNA.

La transcripción es catalizada por DNA-dependiente de la RNA polimerasa. Esta actúa en forma similar a la DNA polimerasa, excepto que incorpora ribonucleótidos en lugar de desoxirribonucleótidos en la nueva hilera sintetizada; también, esta no requiere un cebador o primer. Las células eucariotas contienen al menos tres diferentes tipos de RNA polimerasa. La RNA polimerasa I sintetiza un RNA con un coeficiente de sedimentación de 45 S, el cual sirve como precursor para tres RNAs ribosomales. Los productos de la RNA polimerasa II son hnRNAs, a partir del cual se desarrolla más tarde mRNA, así como también precursores para snRNAs. Finalmente, la RNA polimerasa III transcribe genes que codifican para tRNAs, 5S rRNA, y ciertos snRNAs. Estos precursores dan lugar a moléculas funcionales RNA por un proceso denominado maduración RNA.

La forma en la cual un gen eucariota típico es organizado se puede ejemplificar utilizando un gen que codifica para una enzima clave en gluconeogénesis; la fosfoenolpiruvato carboxilasa (PEP-CK). En la rata el gen PEP-CK está constituido con aproximadamente 7 kbp (pares de kilobases) de largo. Únicamente 1863 bp (pares de bases), se distribuyen sobre 10 segmentos codificantes (exones, de color azul fuerte en la lamina B que se presenta en la siguiente página de esta sección) llevan la información para 621 aminoácidos proteicos. Los remanentes contribuyen en el promotor (de color rosa en la misma lámina señalada) y en secuencias intermedias (intrones de azul débil en la lamina). La región de promoción de genes (1 kbp aproximadamente) sirve para la regulación. La transcripción inicia en la posición 3 terminal del promotor (iniciador de transcripción) y continua hasta que se alcanza la secuencia poliadenilada. El primer transcripto (hnRNAs) aun tiene un tamaño de alrededor de 6.2 kbp. Durante la maduración del RNA, la secuencia no codificante correspondiente a los intrones son removidos, y los dos extremos de la hnRNAs se modifican. La traducción de mRNA aun tiene la mitad del tamaño de la hnRNAs y es modificada en ambos extremos. En muchos genes eucariotas, la proporción de intrones es aún mayor.

Como se ha mencionado, la RNA polimerasa II (de color verde en la lámina C) enlace en la posición 3 terminal de la región del promotor. Una secuencia que es importante para este enlace se conoce como la TATA box – una secuencia corta y rica en A y T (adenina y timina) que varia poco de gen a gen. Una secuencia de bases típica (secuencia consensuada) es …TATAAA. Numerosas proteínas conocidas como factores basales

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transcripsionales son necesarias para la interacción de la polimerasa con esta región. Factores adicionales pueden promover o inhibir el proceso (control de la transcripción). Que junto con la polimerasa integran el complejo basal de la transcripción. Al final de la iniciación, la polimerasa es repetidamente fosforilada, liberada del complejo basal, e inicia un movimiento a través del DNA en la dirección 3´.la enzima separa un corto segmento de la doble hélice de DNA en dos simples hileras. El nucleósido trifosfato complementario se enlaza con las pares de bases en la hilera plantilla y se unen paso a paso al hnRNAs cuando este está creciendo en la dirección 5´a 3 ´. Inmediatamente después del inicio de la elongación, la posición terminal 5´del transcripto es protegida por una cubierta (ver lámina correspondiente en la siguiente página). Una vez alcanzada la secuencia de poliadenilación (secuencia típicamente dada por AATAA..) el transcripto se libera. Poco después la RNA polimerasa detiene la transcripción y se disocia del DNA.

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Ejercicios resueltos

8. Describa los principales aspectos del fenómeno de transcripción.

R. La transcripción del ADN es el primer proceso de la expresión genética. Durante la transcripción genética, las secuencias de ADN son copiadas a ARN mediante una enzima llamada ARN polimerasa. La transcripción produce ARN mensajero como primer paso de la síntesis de proteínas. La transcripción del ADN también podría llamarse síntesis del ARN mensajero.

Etapas de la transcripción

Clásicamente se divide el proceso de la transcripción en 3 principales etapas:

I. Iniciación

El complejo de transcripción en el que forma parte la ARN polimerasa, necesita factores de iniciación que se unan a secuencias específicas de ADN para reconocer el sitio donde la transcripción ha de comenzar y se sintetice el ARN cebador. Las secuencias de ADN en las que se ensamblan los complejos de transcripción se llaman promotores. Los promotores tienen secuencias de nucleótidos definidas, donde las más conocidas son la caja TATAAT y la caja TTGACA. Los promotores se localizan en los extremos 5'-terminales de los gen fuerzas de Van der Waals y enlaces de hidrógeno. La unión de ARN polimerasa a ADN se llama complejo cerrado. El reconocimiento del promotor por la ARN polimerasa corre a cargo de la subunidad delta. Aunque la búsqueda del promotor por la ARN polimerasa es muy rápida, la formación de la burbuja de transcripción o apertura del ADN y la síntesis del cebador es muy lenta. La burbuja de transcripción es una apertura de ADN desnaturalizado de 18 pares de bases, donde empieza a sintetizarse el ARN cebador a partir del nucleótido número 10 del ADN molde de la burbuja de transcripción. La burbuja de transcripción se llama complejo abierto. Los ribonucleótidos trifosfato se van uniendo al ADN molde para formar el cebador. La subunidad delta abandona el complejo de transcripción cuando el cebador alcanza una longitud de 10 ribonucleótidos.

II. Elongación

La ARN polimerasa cataliza la elongación de cadena del ARN. Una cadena de ARN se une por apareamiento de bases a la cadena de ADN, y para que se formen correctamente los enlaces de hidrógeno que determina el siguiente nucleótido del molde de ADN, el centro activo de la ARN polimerasa reconoce a los ribonucleótidos trifosfato entrantes. Cuando el nucleótido entrante forma los enlaces de hidrógeno idóneos, entonces la ARN polimerasa cataliza la formación del enlace fosfodiéster que corresponde. A esto se le llama elongación, la segunda etapa de la transcripción del ARN.

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III. Terminación

Al finalizar la síntesis de ARNm, esta molécula ya se ha separado completamente del ADN (que recupera su forma original) y también de la ARN polimerasa, terminando la transcripción. La terminación es otra etapa distinta de la transcripción, porque justo cuando el complejo de transcripción se ha ensamblado activamente debe desensamblarse una vez que la elongación se ha completado. La terminación está señalizada por la información contenida en sitios de la secuencia del ADN que se está transcribiendo, por lo que la ARN polimerasa se detiene al transcribir algunas secuencias especiales del ADN. Estas secuencias son ricas en guanina y citosina, situadas en el extremo de los genes, seguidas de secuencias ricas en timina, formando secuencias palindrómicas, que cuando se transcriben el ARN recién sintetizado adopta una estructura en horquilla que desestabiliza el complejo ARN-ADN, obligando a separarse de la ARN polimerasa, renaturalizándose la burbuja de transcripción. Algunas secuencias de ADN carecen de la secuencia de terminación, sino que poseen otra secuencia a la que se unen una serie de proteínas reguladoras específicas de la terminación de la transcripción como rho esta información no es del todo confiable.

Transcripción en eucariontes

En el caso de las eucariotas, el proceso se realiza en el núcleo, y es similar al de las procariotas, pero de mayor complejidad. Una vez transcrito el ARN, sufre un proceso de maduración que tras cortes y empalmes sucesivos elimina ciertos segmentos del ADN llamados los intrones para producir el ARNm final. Durante este proceso de maduración se puede dar lugar a diferentes moléculas de ARN, en función de diversos reguladores. Así pues, un mismo gen o secuencia de ADN, puede dar lugar a diferentes moléculas de ARNm y por tanto, producir diferentes proteínas. Otro factor de regulación propio de las eucariotas son los conocidos ENHANCERS, que incrementan bruscamente la actividad de transcripción de la célula y no depende de la ubicación de éstos en el gen, ni la dirección de la lectura.

9. Describa y ejemplifique la ley de Chargaff

R. Al principio se pensaba que los ácidos nucleicos eran la repetición monótona de un tetranucleótido, de forma que no tenían variabilidad suficiente para ser la molécula biológica que almacenara la información. Sin embargo, Chargaff (1950) demostró que las proporciones de las bases nitrogenadas eran diferentes en los distintos organismos, aunque seguían algunas reglas. Estas reglas de Chargaff se cumplen en los organismos cuyo material hereditario es ADN de doble hélice y son las siguientes:

REGLAS DE CHARGAFF PARA ADN DE DOBLE HÉLICE La proporción de Adenina (A) es igual a la de Timina (T). A = T . La relación entre Adenina y Timina es igual a la unidad (A/T = 1).

La proporción de Guanina (G) es igual a la de Citosina (C). G= C. La relación entre Guanina y Citosina es igual a la unidad ( G/C=1). La proporción de bases púricas (A+G) es igual a la de las bases pirimidínicas (T+C). (A+G) = (T + C). La relación entre (A+G) y (T+C) es igual a la unidad (A+G)/(T+C)=1.

Sin embargo, la proporción entre (A+T) y (G+C) era característica de cada organismo, pudiendo tomar por tanto, diferentes valores según la especie estudiada. Este resultado indicaba que los ácidos nucleicos no eran la repetición monótona de un tetranucleótido. Existía variabilidad en la composición de bases nitrogenadas.

10. Defina los siguientes conceptos:

a) Gen

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R. Fragmento de ADN en un orden fijo en los cromosomas que determina la aparición de los caracteres hereditarios en los seres vivos. Un gen es el conjunto de una secuencia determinada de nucleótidos de uno de los lados de la escalera del cromosoma referenciado. La secuencia puede llegar a formar proteínas, o serán inhibidas, dependiendo del programa asignado para la célula que porte los cromosomas. El gen es, pues, la unidad mínima de función genética, que puede heredarse.

b) CodónR. La información genética, contenida en el ARNm, se escribe a partir de cuatro letras, que corresponden a las bases nitrogenadas del ARN (A, C, G y U), las cuales van agrupadas de tres en tres. Cada grupo de tres se llama codón y lo que hace es codificar un aminoácido o un símbolo de puntuación (Comienzo, parada).

c) AnticodónR. Un anticodón es parte de un ARNt, el anticodón está formado por un triplete de nucleótidos, el cual se une con su respectivo codón de ARNm en el ribosoma en el proceso de la síntesis proteica Anticodón. El ARN de transferencia (ARNt), necesita acoplarse al ARN mensajero (ARNm) para llevar el aminoácido adecuado al ribosoma.

d) Ribosoma R. Los ribosomas son complejos supramoleculares encargados de ensamblar proteínas a partir de la información genética que les llega del ADN transcrita en forma de ARN mensajero (ARNm). Sólo son visibles al microscopio electrónico, debido a su reducido tamaño (29 nm en células procariotas y 32 nm en eucariotas). Bajo el microscopio electrónico se observan como estructuras redondeadas, densas a los electrones. Bajo el microscopio óptico se observa que son los responsables de la basofilia que presentan algunas células. Están en todas las células (excepto en los espermatozoides).

Los ribosomas se elaboran en el núcleo pero desempeñan su función de síntesis de proteínas en el citoplasma. Están formados por ARN ribosómico (ARNr) y por proteínas. Estructuralmente, tienen dos subunidades. En las células, estos orgánulos aparecen en diferentes estados de disociación. Cuando están completos, pueden estar aislados o formando grupos (polisomas). También pueden aparecer asociados al retículo endoplasmático rugoso o a la membrana nuclear. En células eucariotas, los ribosomas del citoplasma se denominan 80 S. En mitocondrias y plastos de eucariotas así como en procariotas son 70 S. Tanto los ARNr como las subunidades de los ribosomas se suelen nombrar por su coeficiente de sedimentación en unidades Svedberg.

11. De acuerdo con la siguiente secuencia de la proteína, responda a lo siguiente:

R:a) GIVCEQASLDRCVPKFYTLHKNb) 36.3%c) 8d) 9%

252

a) Escribir la secuencia en la simbología de una letra

b) Proporción de aminoácidos no polares c) No. de aminoácidos esenciales para el ser

humano adulto promediod) Proporción de aminoácidos aromáticos

P

5’

3’

P

3’

P

3’

P

3’

P

3’

P

3’

P

5’ 5’ 5’ 5’ 5’

A U G C A C

12. ¿Cuántas uniones 3’, 5’ fosfodiéster estarían presentes en un polinucleótido lineal que contiene 20 unidades de nucleótidos?

R: 19 /3’ y 19/5’, en total se formarían 38 enlaces tipos éster y 19 enlaces fosfodiéster.

13. Escríbase la estructura de pApUpGpCpApCp en forma topológica.

R

14. Responda el cuestionario dado a continuación subrayando una o más respuestas correctas, según corresponda, para cada pregunta.

Pregunta nº 1: Son bases púricas A) A B) T C) G D) C

Pregunta nº 2: Son bases pirimidínicas A) A B) T C) G D) C

Pregunta nº 3: El uracilo A) Es una base púrica B) se encuentra en el RNA C) no presenta fenómenos de tautomería D) es una base pirimidínica

Pregunta nº 4: El uracilo, la timina y la citosina tienen en común que A) Son bases púricas B) pueden encontrarse tanto en el DNA como en el RNA C) dan lugar a procesos de tautomería D) se pueden unir a la ribosa, pero no a la desoxirribosa

Pregunta nº 5: La timina y la citosina A) Son bases pirimidínicas B) se encuentran tanto en el DNA como en el RNA C) se unen entre sí mediante dos puentes de hidrógeno D) nada de lo anterior es cierto

Pregunta nº 6: Son componentes de un nucleósido A) Una pentosa B) una base nitrogenada C) un aminoácido D) ácido fosfórico

Pregunta nº 7: En un nucleósido

253

A) La base nitrogenada se une al carbono 1 de la pentosa B) los átomos de carbono de la pentosa se numeran con un apóstrofo C) la pentosa puede ser ribosa o desoxirribosa D) el ácido fosfórico se esterifica normalmente con el OH del carbono 5 de la pentosa

Pregunta nº 8: En un nucleósido, el enlace que une a la pentosa con la base nitrogenada es de tipo A) amida B) -N-glicosídico C) -O-glicosídico D) éster

Pregunta nº 9: El ácido úrico A) Deriva de la pirimidina B) deriva de la purina C) es un potente agente metilante D) es el causante de la gota

Pregunta nº 10: La guanosina A) Es un nucleótido B) es un nucleósido C) puede formar parte del DNA D) contiene ribosa

Pregunta nº 11: Un nucleótido contiene A) Una pentosa B) una base nitrogenada C) un aminoácido D) ácido fosfórico

Pregunta nº 12: En un nucleótido, el ácido fosfórico A) Se esterifica siempre en el carbono 2 de la pentosa B) se esterifica siempre en el carbono 5 de la base nitrogenada C) puede esterificarse en diversas posiciones de la pentosa D) puede formar esteres cíclicos

Pregunta nº 13: Entre los nucleótidos que pueden actuar como grupos prostéticos de enzimas de oxidorreducción se encuentran

A) SAM B) FMN C) FADD) GMPc

Pregunta nº 14: El GTP es un nucleótido que interviene A) En la contracción muscular B) en el metabolismo de glúcidos C) en la síntesis de proteínas D) en el metabolismo de lípidos

Pregunta nº 15: En un nucleótido, el enlace que une al ácido fosfórico con la pentosa es de tipo A) amida B) -N-glicosídico C) -O-glicosídico D) éster

Pregunta nº 16: La citidina-5'-trifosfato se puede representar como A) pppC B) pCpp C) CpppD) CTP

Pregunta nº 17: La adenosina-5'-difosfato puede representarse como A) pAp B) App

254

C) ppAD) ADPc

Pregunta nº 18: El UTP es un nucleótido que interviene A) En la contracción muscular B) en el metabolismo de glúcidos C) en la síntesis de proteínas D) en el metabolismo de lípidos

Pregunta nº 19: Entre los nucleótidos que pueden actuar como coenzimas en reacciones redox se encuentran A) NAD B) GMPc C) FAD D) FMN

Pregunta nº 20: En un nucleótido A) La base nitrogenada se une al carbono 1 de la pentosa B) los átomos de carbono de la pentosa se numeran con un apóstrofo C) la pentosa puede ser ribosa o desoxirribosa D) el ácido fosfórico se esterifica normalmente con el OH del carbono 5 de la pentosa

Pregunta nº 21: Son nucleótidos que intervienen en reacciones redox A) SAM B) ATP C) NADPD) FMN

Pregunta nº 22: El nucleótido trifosfato que interviene en la síntesis de proteínas es el A) GTP B) ATP C) CTPD) UTP

Pregunta nº 23: El CTP es un nucleótido que interviene A) En la contracción muscular B) en el metabolismo de glúcidos C) en la síntesis de proteínas D) en el metabolismo de lípidos

Pregunta nº 24: Los nucleótidos A) Pueden tener varios grupo fosfato B) pueden ser cíclicos C) pueden actuar como coenzimas D) pueden actuar como intermediarios en la respuesta hormonal

Pregunta nº 25: Cuando un polinucleótido adiciona un nuevo nucleótido, éste se incorpora A) A cualquier OH no esterificado de la pentosa B) al OH en posición 3' de la pentosa C) al OH del grupo fosfato en posición 5' D) al carbono 5 de la base nitrogenada

Pregunta nº 26: En un polidesoxirribonucleótido A) Las bases nitrogenadas se unen al carbono 1 de las pentosas B) las bases nitrogenadas se unen a las pentosas mediante enlaces de tipo amida C) el azúcar puede ser una pentosa o una hexosa D) el ácido fosfórico conecta el carbono 3 de una pentosa con el carbono 3 de la siguiente

Pregunta nº 27: Cuando un polinucleótido adiciona un nuevo nucleótido, éste A) Debe estar en forma trifosfato B) debe reaccionar con el OH del extremo 3' del polinucleótido C) debe reaccionar con el OH del extremo 5' del polinucleótido D) puede reaccionar con cualquiera de los OH libres del polinucleótido

Pregunta nº 28: Cuando un polinucleótido adiciona un nuevo nucleótido, éste A) Puede unirse por cualquiera de sus extremos B) puede reaccionar con cualquiera de los OH libres del polinucleótido C) debe poseer una base nitrogenada que sea complementaria a la del nucleótido localizado en el

255

extremo 3' D) debe estar en forma trifosfato

Pregunta nº 29: Los polinucleótidos A) Pueden presentar ramificaciones B) sólo pueden adicionar nuevos nucleótidos en forma trifosfato C) pueden elongarse tanto por el extremo 3' como por el extremo 5' D) tienen una secuencia que se lee en el sentido 5' 3'

Pregunta nº 30: El RNA A) Suele ser de mayor peso molecular que el DNA B) no forma una doble hélice C) no está ramificado D) es un polirribonucleósido

Pregunta nº 31: El RNA, a diferencia del DNA A) Generalmente tiene un peso molecular mucho mayor B) tiene timina en vez de uracilo C) es más susceptible a la hidrólisis D) es un polímero lineal, cuyas bases son incapaces de formar apareamientos intra o intercatenarios

Pregunta nº 32: Entre los componentes de una molécula de RNA podemos encontrar A) desoxirribosa B) uracilo C) timinaD) ácido fosfórico

Pregunta nº 33: El RNA A) es el ácido nucleico más abundante de la célula B) es químicamente más estable que el DNA C) presenta un grupo OH en posición 2' D) nada de lo anterior es cierto

Pregunta nº 34: El RNA A) Forma una doble hélice B) está ramificado C) es un polímero lineal D) puede presentar zonas con apareamientos intracatenarios

Pregunta nº 35: En células eucariotas, el RNA precursor es el A) RNAsn

B) RNAm

C) RNAhn D) RNAr

Pregunta nº 36: El material genético del virus del SIDA es una molécula de A) DNA de hebra sencilla B) DNA circular C) DNA de doble hebra D) RNA

Pregunta nº 37: El RNAt

A) Presenta bases modificadas B) puede unirse a aminoácidos C) presenta un plegamiento complejo D) sólo se encuentra en eucariotas

Pregunta nº 38: El RNAsn (pequeño nuclear) A) Se encuentra normalmente en procariotas B) interviene en procesos de maduración del RNAhn

C) está plegado en forma de hoja de trébol D) interviene en la síntesis de proteínas

Pregunta nº 39: El RNAr A) presenta un plegamiento complejo B) interviene en la síntesis de proteínas

256

C) puede ser de varios tipos distintos D) interviene en la maduración del RNAhn

Pregunta nº 40: El RNAhn (heterogéneo nuclear) A) Tiene un tamaño pequeño B) participa en la síntesis de proteínas C) es el precursor de los demás tipos de RNA D) puede encontrarse en algunos virus

Pregunta nº 41: ¿Cuáles de estos tipos de RNA intervienen de un modo u otro en la síntesis de proteínas? A) RNAsn

B) RNAt

C) RNAr D) RNAm

Pregunta nº 42: El RNA A) Puede tener actividad catalítica B) puede haber sido el primer biopolímero que apareció en la corteza terrestreC) puede ser el portador de la información genética D) nada de lo anterior es cierto

Pregunta nº 43: En la maduración del RNA participan el A) RNAhn

B) RNAsn C) RNAm

D) RNAt

Pregunta nº 44: Las moléculas de RNA que presentan actividad catalítica se llaman A) isoenzimas B) ribozimasC) nucleosomas D) endonucleasas

Pregunta nº 45: Los primeros estudios físicos del DNA se realizaron con la técnica de A) microscopía electrónica

B) espectroscopiaC) difracción de rayos X D) difracción de neutrones

Pregunta nº 46: El DNA, a diferencia del RNA A) tiene mayor peso molecular B) contiene ribosa

C) contiene uracilo D) carece de grupos fosfato

Pregunta nº 47: Según la ley de Chargaff, en el DNA A) [A] = [T] B) [G] = [C] C) [purinas] = [pirimidinas] D) [A+T] = [G+C]

Pregunta nº 48: En el modelo de doble hélice de DNA propuesto por Watson y Crick A) La A se aparea con la T mediante 2 puentes de hidrógeno B) la C se aparea con la G mediante 3 puentes de hidrógeno C) cada par de bases está formado por una pirimidina y por una purina D) cada par de bases está girado 36º en relación al anterior

Pregunta nº 49: El DNA, a diferencia del RNA A) Contiene U

B) contiene TC) contiene ribosa D) contiene desoxirribosa

Pregunta nº 50: Podemos encontrar moléculas circulares de DNA en A) MitocondriasB) cloroplastos

257

C) virus D) bacterias

Pregunta nº 51: En el modelo de doble hélice de DNA propuesto por Watson y Crick se cumple que A) [A] = [C] B) [G] = [C] C) [A+G] = [T+C] D) [purinas] = [pirimidinas]

Pregunta nº 52: En la doble hélice del DNA, los pares de bases A) son siempre una purina y una pirimidina B) se orientan hacia el exterior de la molécula, en contacto directo con el disolvente C) se encuentran apiladas, adoptando una configuración helicoidal, con cierta rotación respecto a los pares de bases adyacentes D) se unen entre sí mediante enlaces covalentes que aportan gran estabilidad a la estructura

Pregunta nº53: Entre los componentes de una molécula de DNA podemos encontrar A) desoxirribosaB) uracilo C) timina D) ácido fosfórico

Pregunta nº 54: En el modelo de doble hélice de DNA propuesto por Watson y Crick A) Las dos hebras de DNA son complementarias B) las dos hebras de DNA son paralelas C) es normal que las bases nitrogenadas establezcan puentes de hidrógeno con otras bases pertenecientes a la misma hebraD) se cumple que [C] = [G]

Pregunta nº 55: En una doble hélice de DNA, las dos hebras que la forman A) Son iguales B) son antiparalelas C) son complementarias D) están unidas entre sí mediante enlaces covalentes

Pregunta nº 56: En la doble hélice de DNA A) Cada vuelta de la hélice contiene 10 pares de bases (PB) B) cada PB está formado por dos bases nitrogenadas cualquiera C) los PB se encuentran apilados, formando puentes de hidrógeno entre sí D) las bases pueden interaccionar con ciertas proteínas

Pregunta nº 57: El contenido en G+C de un DNA A) Es igual al contenido en A+T B) está determinado por la ley de Chargaff C) afecta a su Tm D) es característico de cada especie

Pregunta nº 58: En el modelo de doble hélice de DNA propuesto por Watson y Crick A) La A se aparea con la C B) la C se aparea con la G C) cada par de bases está formado por una purina y una pirimidina D) las bases nitrogenadas se mantienen apareadas mediante puentes de hidrógeno.

Pregunta nº 59: En el modelo de doble hélice de DNA propuesto por Watson y Crick, cada par de bases A) Se mantiene unido por 2 puentes de hidrógeno B) se mantiene unido por 3 puentes de hidrógeno C) está girado 36º con respecto al anterior D) está formado por una purina y una pirimidina

Pregunta nº 60: En la doble hélice, las dos hebras del DNA

258

A) Son complementarias B) son antiparalelas C) equidistan entre sí una distancia de unos 11 Å D) están unidas por enlaces covalentes

Pregunta nº 61: La doble hélice de DNA A) Es dextrógira B) presenta unos surcos que permiten que las bases nitrogenadas interaccionen con proteínas C) está estabilizada por medio de interacciones no covalentes D) puede desnaturalizarse con relativa facilidad

Pregunta nº 62: El contenido en G+C del DNA A) Es el mismo para todos los organismos B) afecta a la temperatura de desnaturalización C) es igual al contenido en A+T D) nada de lo anterior es cierto

Pregunta nº 63: En los desoxirribonucleótidos que componen el DNA podemos encontrar A) Grupos OH en posición 2' B) ácido fosfórico en posición 5' C) uracilo en posición 1' D) guanina unida mediante un enlace amida al carbono 1'

Pregunta nº 64: Según Watson y Crick, la doble hélice de DNA A) Es dextrógira B) presenta unos surcos que permiten que las bases nitrogenadas interaccionen con proteínas C) está estabilizada por medio de interacciones covalentes D) alberga 10 pares de base por cada vuelta de la hélice

Pregunta nº 65: Las dos hebras que forman una hélice de DNA A) Tienen la misma secuencia B) tienen el mismo contenido en G+C C) son dextrógiras D) se mantienen siempre a la misma distancia

Pregunta nº 66: La estructura helicoidal del DNA se estabiliza gracias a A) Interacciones hidrofóbicas B) enlaces covalentes C) puentes de hidrógeno D) interacciones electrostáticas

Pregunta nº 67: Entre los agentes que pueden desnaturalizar el DNA se encuentran A) el calor B) el agua destilada C) los cationes como Na+ y Mg++ D) el pH

Pregunta nº 68: Cuando se desnaturaliza el DNA A) Su absorbencia a 260 nm aumenta B) su absorbencia a 260 nm disminuye C) se separan las dos hebras D) la molécula adopta su configuración nativa

Pregunta nº 69: Si calentamos la doble hélice del DNA A) Aumenta la A260 B) disminuye la A260 C) se desnaturaliza D) aumenta su contenido en G+C

Pregunta nº 70: Para re naturalizar el DNA se forma eficaz A) La temperatura debe ser lo más baja posible B) el contenido en G+C debe ser bajo C) hay que realizar el experimento en la oscuridad D) debe haber sales en el medio

Pregunta nº 71: El DNA se puede desnaturalizar

259

A) Calentando B) aumentando el pH C) aumentando ligeramente la fuerza iónica D) disolviéndolo en agua ultrapura

Pregunta nº 72: Cuando se desnaturaliza el DNA A) Cambia su secuencia B) no puede recuperar su estructura nativa C) aumenta su A260 D) las dos hebras se separan

Pregunta nº 73: La desnaturalización térmica del DNA A) Es un fenómeno irreversible B) puede estudiarse por técnicas de espectroscopia C) va acompañada del efecto hipocrómico D) va acompañada de un aumento de la absorbencia a 260 nm

Pregunta nº 74: En el DNA, la temperatura de fusión A) es la temperatura óptima para su replicación B) es aquella temperatura a la cual las dos hebras se han separado por completo C) corresponde a la temperatura a la cual tiene lugar la hibridación con el RNA D) es aquella a la cual el aumento de A260 es mitad del máximo

Pregunta nº 75: Cuando se separan las dos hebras de una doble hélice de DNA A) Decimos que se ha re naturalizado B) ya no pueden volver a unirse C) aumenta la absorbencia a 260 nm D) tiene lugar el llamado efecto hipercrómico

Pregunta nº 76: La temperatura de fusión del DNA A) Aumenta con el contenido en G+C B) aumenta con el contenido en A+T C) aumenta en presencia de reactivos que aumentan la solubilidad de las bases D) disminuye en presencia de reactivos que aumentan la solubilidad de las bases

Pregunta nº 77: La re naturalización del DNA A) Consiste en la separación de sus dos hebras B) puede tener lugar en agua destilada C) está asociada al efecto hipocrómico D) en ciertos casos recibe el nombre de hibridación

Pregunta nº 78: Avery, McLeod y McCarty demostraron que el factor de transformación (FT) descrito por Griffith en neumococos era DNA porque

A) En presencia de proteasas el FT era activo B) en presencia de proteasas el FT era inactivo C) en presencia de DNAasas el FT era inactivo D) en presencia de DNAasas el FT era activo

Pregunta nº 79: En el experimento de Griffith (1928), los ratones mueren cuando se les inocula A) neumococos de tipo R vivos B) neumococos de tipo S vivos C) neumococos de tipo S muertos D) neumococos de tipo R vivos junto a neumococos de tipo S muertos

Pregunta nº 80: Cuando el bacteriófago T2 infecta una célula de Escherichia coli A) Se une a cualquier punto de su superficie celular B) le inyecta su DNA junto con ciertas proteínas víricas C) aprovecha la maquinaria celular para crear cientos de copias del DNA y proteínas víricos D) el DNA y las proteínas víricas se ensamblan después de la lisis de la célula huésped

Pregunta nº 81: Si realizamos el experimento de Hershey y Chase con fagos que han crecido en un medio con 35S

A) las proteínas del fago estarán marcadas radioactivamente B) el DNA del fago estará marcado radioactivamente C) después de la infección, agitación y centrifugación, la radioactividad aparecerá en el sedimento

260

D) después de la infección, agitación y centrifugación, la radioactividad aparecerá en el sobrenadante Pregunta nº 82: Si realizamos el experimento de Hershey y Chase con fagos que han crecido en un medio con 32P

A) las proteínas del fago estarán marcadas radioactivamente B) el DNA del fago estará marcado radioactivamente C) después de la infección, agitación y centrifugación, la radioactividad aparecerá en el sedimento D) después de la infección, agitación y centrifugación, la radioactividad aparecerá en el sobrenadante

PD. Las respuestas del cuestionario pueden consultarse con el profesor de la asignatura solicitándolo en la dirección de correo rrubio@uady.mx

FUENTES BIBLIOGRÁFICAS Y DE CONSULTA

Conm, E., Stumpf, P. y Bruening, R. (1996) Bioquímica Fundamental. 5ª. Edición. Editorial Limusa, México.

Horton, H.R., Moran, L.A., Scrimgeour, K.G., Perry, M.D. y Rawn, J.D. (2008). Principios de Bioquímica. Cuarta Edición. Edit. Pearson Educación. México.

Koolman, J. y Roehm Klaus-Heinrich (2005). Color Atlas of Biochemistry. Second edition, revised and enlarged. Georg Thieme Verlag Rüdigerstrasse 14, 70469 Stuttgart, Germany

Koshland, D. E., (1994). The Key-Lock Theory and the Induced Fit Theory. Angew. Chem. Inl. Ed. Engl. 33, 2375-2378.

Kuchel, P.W.; Ralston, G.B. (1994). Bioquímica General. ed. McGraw-Hill. México. Lehninger, A. (1996). Bioquímica. Editorial Omega, México. Mehler, A.H. (1988). Problemas y Cálculos en Bioquímica. Editorial Acribia. Scriban, R. (1993). Biotecnología. Editorial El manual moderno, México. Stryer, L.; Berg, J. M.; Tymoczko, J. L. (2002). Bioquímica. 5a Edit. Editorial

Reverté, Buenos Aires, Argentina. Suttie, J. (1985). Fundamentos de Bioquímica. Editorial Interamericana, Barcelona,

España. Voet, D. y Voet, J. (1996). Biochemistry. Second Edition. Edit. Jonh Wiley, USA.

MATERIAL DE APOYO Y ENLACES

BioROM (2008-2010); Ayudas al aprendizaje de bioquímica, biotecnología y biología molecular. Online; http://www.biorom.uma.es/indices/index.html

CURSO DE BIOMOLÉCULAS: http://www.ehu.es/biomoleculas/

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CD Rom de biomoléculas en sala de computo (Fiq) Notas de Curso de los docentes responsables de la materia. Presentaciones en Power point de los profesores de la asignatura http://campus.usal.es/~dbbm//modmol/modmol02/index02.html http://www.biology.arizona.edu/biochemistry/problem_sets/aa/aa.html

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