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Ácidos Nucleicos
MARY L. VALLECILLO MSc
Friedrich Miescher, trabajando en el laboratorio de Félix
Hoppe-Seyler, en el Castillo de Tübingen (Alemania),
descubrió en 1869 el DNA, al que llamó “nucleína”
“Me parece que va a
emerger una completa
familia de estas nucleínas
que contienen fósforo que
quizá
merezca
igual
consideración que las
proteínas”
NUCLEÓTIDOS Y ÁCIDOS NUCLEICOS
• Los nucleótidos son un grupo de macromoléculas que
participan en los procesos de transmisión y expresión
de la información genética. Existen 2 tipos de ácidos
nucleicos, el ACIDO RIBONUCLEICO (RNA o ARN) y el
ACIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (DNA o ADN).
• Los nucleótidos son las
unidades estructurales
de los Ácidos Nucleicos.
Nucleótido:
• Base nitrogenada +
• Azúcar +
• Fosfato
Acido Nucléico: polímero de nucleótidos
Componentes de un nucleótido:
base N + pentosa + fosfato
Azúcares de los ácidos nucléicos
RNA
DNA
LAS PENTOSAS (MONOSACÁRIDOS)
Bases nitrogenadas de los ácidos
nucléicos
(RNA)
(DNA)
EL ENLACE GLUCOSÍDICO
NUCLEOTIDOS DEL ADN
NUCLEOTIDOS DEL ARN
ESQUEMA DE UN NUCLEÓTIDO
POLINUCLEÓTIDOS
ÁCIDOS NUCLEICOS
• ADN ( ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO ).
• ARN ( ÁCIDO RIBONUCLEICO ).
Estructura
del ADN
Los científicos Watson y
Crick , fueron acredores del
premio Nobel en 1953, por
establecer el módelo del
ADN , proponiendo la
estructura helicoidal de doble
cadena de DNA, como se
conoce hoy en día.
“Cada molécula de DNA está formada por dos largas cadenas de polinucleótidos
que corren en direcciones opuestas formando una hélice doble alrededor de un
eje imaginario central. De esta forma la polaridad de cada cadena es opuesta”
La doble cadena
de DNA se forma
por la unión de
nucleótidos
(fosfato, azúcar y
base nitrogenada)
que se atraen
fuertemente
mediante
puentes de H.
LOS NUCLEÓTIDOS
Están formados por:
Una base nitrogenada BN
Un azúcar (pentosa) A
Ácido fosfórico (H3PO4) P
Unidos en el siguiente orden: P
A
BN
NH2
N
N
O
-
O P O CH2
O-
N
O
H
H
OH
OH
N
H
Pentosa
Fosfato
Base
Nucleósido
Nucleótido
Acido Ortofosfórico
Azúcares de RNA y DNA
Pirimidinas Purinas
Bases Nitrogenadas
RNA
DNA
FUNCIONES DE LOS NUCLEÓTIDOS
Son fundamentales para la vida de las
células, pues al unirse con otras moléculas
cumplen tres funciones cruciales:
1. TRANSPORTE DE ENERGÍA
2. TRANSPORTE DE ÁTOMOS
3. TRANSMITEN MENSAJES CELULARES
4. TRANSMITEN LOS CARACTERES HEREDITARIOS
1. TRANSPORTE DE ENERGÍA
Cada nucleótido puede contener de 1 A 3 grupos de acido
fosfórico.
•Monofosfato: AMP, CMP, GMP, UMP, dAMP, dCMP, dGMP, dTMP
•Difosfato: ADP, CDP, GDP, UDP, dADP, dCDP, dGDP, dTDP
•Ttrifosfato: ATP, CTP, GTP, UTP, dATP, dCTP, dGTP, dTTP
Los nucleótidos se encuentran en un estado estable cuando poseen
un solo grupo de acido fosfórico .
Cada grupo de fosfato adicional que posea un nucleótido se
encuentra en un estado más inestable y el enlace del fosfato tiende
a romperse por hidrólisis y liberar la energía que lo une al
nucleótido.
Las células poseen enzimas cuya función es precisamente
hidrolizar nucleótidos (enlaces del fosfato) para extraer el
potencial energético almacenado en sus enlaces.
Por tal razón un nucleótido de trifosfato es la fuente preferida
de energía en la célula.
De ellos, el ATP es el predilecto en las reacciones celulares para
la transferencia de la energía demandada.
UTP y GTP también complacen las demandas de energía de la
célula en reacciones con azúcares y cambios de estructuras
protéicas, respectivamente.
El ATP
Hidrólisis del ATP
7,3 Kcal.
+
3. TRANSMITEN MENSAJES CELULARES
4. TRANSMITIR CARACTERES HEREDITARIOS
Para cumplir esta función, los nucléotidos se polimerizan
formando polinucleótidos en forma de cadena, llamados
ácidos nucleicos.
Formación de dinucleótidos
3’-hidroxilo
5’-fosfato
DNA (estructura de doble hélice)
Las dos cadenas
complementarias se
encuentran entrelazadas
en forma de doble hélice.
Leyes de Chargaf
La Ley de Chargaff y Col es aplicable al
ADN,
ellos
realizaron
un
estudio
cuantitativo sobre el nº de bases
nitrogenadas complementarias en el
ADN(relación AT/CG), demostraron que la
cantidad de Adenina es igual a la cantidad
de Timina, lo mismo que la cantidad de
Citosina es igual a la cantidad de Guanina,
es decir, el nº total de bases Púrinas es
igual al nº total de bases Pirimídinas, sin
embargo, en lo que respecta a la relación
AT/CG existe notables diferencias, en
animales
superiores
y
vegetales
superiores hay mas predominio de AT
sobre CG, en cambio, en bacterias y
plantas inferiores existe lo contrario CG
sobre AT
A=T
G≡C
Nucleótido
Cadena IZQ.
Puentes de H
Cadena DER.
DNA
EL ARN
•
•
•
•
LLEVA RIBOSA Y NO DESOXIRRRIBOSA.
SUS BASES NITROGENADAS SON : A. G. C Y U.
ES UNA MOLÉCULA MÁS CORTA QUE EL ADN.
SALVO EXCEPCIONES NO FORMA CADENAS
DOBLES.
TIPOS DE ARN
• ARN RIBOSOMAL : Forma los ribosomas.
• ARN TRANSFERENTE: Capta aminoácidos en su
extremo 3’.
• ARN MENSAJERO : Lleva la información
genética desde el núcleo al citoplasma.
EXISTEN VARIOS TIPOS DE RNA
Ribosómico rRNA
Los mas
importantes
Mensajero mRNA
Transferencia tRNA
•RNA heterogéneo nuclear (hnRNA)
•RNA pequeño nuclear (snRNA)
•RNA catalítico (cRNA)
•RNA vírico (vRNA)
RNA (estructura de cadena sencilla)
El RNA es
monocatenario
RNA heterogéneo nuclear (hnRNA)
RNA polymerase
Es un RNA de alto peso
molecular, también conocido
como transcrito primario del
DNA of gene
Promoter
DNA
Initiation
Terminator
DNA
RNA ya que es el RNA recién
sintetizado por la RNA
polimerasa en el proceso de
transcripción.
Elongation
Area shown
in Figure 10.9A
En células procariotas, el
transcrito primario actúa
Termination
Growing
RNA
directamente como molde para
la síntesis de proteínas.
Completed RNA
RNA
polymerase
RNA pequeño nuclear (snRNA)
Está presente en el núcleo, y es de pequeño tamaño. Está implicado en
los procesos de maduración del RNAhn. En este proceso, el RNAsn
se asocia a proteínas formando las ribonucleoproteínas pequeñas
nucleares (RNPsn) que se encargan de eliminar los intrones.
En eucariotas, el RNAm maduro presenta unas características
especiales, ya que además de los codones de iniciación (AUG) y de
terminación (UAG) presenta en su extremo 5' una estructura compleja
llamada "capucha" (cap), y en su extremo 3' una cadena de poliA de
longitud variable. Estas modificaciones tienen por objeto aumentar la
vida media de estas moléculas en el citoplasma
AUG
INICIO
UAA
AUG
UGA
TERMINO
RNA de transferencia (tRNA)
Tienen entre 75 y 90 nucleótidos, y su peso molecular es de unos 25000
dalton. Se conocen unos 60 distintos, y se encuentran en todas las
células.
Intervienen en la síntesis de proteínas, ya que van unidos a un
aminoácido.
Pueden presentar nucleótidos poco usuales (ácido pseudouridílico,
ácido inosílico) e incluso bases características del DNA como la timina.
Su estructura secundaria presenta un plegamiento complejo en donde
alternan zonas apareadas y zonas no apareadas, y en donde se pueden
distinguir zonas críticas, como la zona de unión a aminoácidos y la zona
que reconoce los codones del RNAm
Amino acid attachment site
Hydrogen bond
RNA polynucleotide chain
Anticodon
Figure
10.11A
RNA ribosómico (rRNA)
Se conocen varios tipos distintos y están presentes en los ribosomas,
orgánulos intracelulares implicados en la síntesis de proteínas.
Su estructura secundaria y terciaria presenta un plegamiento complejo
que le permite asociarse tanto a las proteínas integrantes de los
ribosomas como a otros RNA y participar en el proceso de síntesis
proteica.
5S y 16S
RNA mensajero (mRNA)
El RNA mensajero (RNAm) se sintetiza sobre un molde de DNA y sirve
de pauta para la síntesis de proteínas (traducción). Su peso molecular
es alto y contiene únicamente los nucléotidos A, U, G y C. Además de
contener codificada la secuencia de una proteína, contiene señales para
la iniciación (codón AUG, que codifica al aminoácido metionina) y
terminación de la síntesis (codones UAA, UAG o UGA).
Trascripción
Traducción
P site
Next amino acid
to be added to
polypeptide
A site
Growing
polypeptide
tRNA
P
A
mRNA
mRNA
binding
site
Codons
RNA catalítico (cRNA)
RNA viral (vRNA)
Es el que consituye el patrimonio genético de ciertos virus como el
bacteriófago MS2, el virus del mosaico del tabaco, el poliovirus, el virus
de la rabia, el virus de la gripe o el virus del SIDA.
Los virus cuyo patrimonio genético es una molécula de RNA se llaman
retrovirus, y su hallazgo supuso replantearse el dogma central de la
biología:
snRNA
Interesting facts about RNA
• Approximately, 5-10% of total weight of a cell is RNA
(compare with only about 1% DNA!).
• The extra hydroxyl group in RNA makes it more succeptible to
damage by hydrolysis; that's why DNA is the ultimate
repository of genetic information.
• RNA is the genetic material (like DNA for other organisms) in
some viruses (which don't have DNA).
• DNA is capable of self-replication, but only when assisted or
catalysed by proteins (enzymes) but RNA is capable of both self
replication and catalysis.
•
"RNA World hypothesis" states that before the emergence
of the first cell, RNA was the dominant and probably the
only form of life.
Diferencias entre
DNA y RNA
DNA
RNA
Doble cadena helicoidal
Cadena Simple
Tiene las bases A, T, G y C
Tiene las bases A, U, G y C
Es una gran macromolécula
Es más pequeña que el DNA
Esta en el Núcleo*
También está en el citoplasma
Constituye los Genes (se
Es una molécula involucrada
en la síntesis de proteínas
Replica o se trascribe a RNA)
* También se encuantra en mitocondrias y cloroplastos
FUNCIONES DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS
1. SÍNTESIS DE PROTÉINAS ESPECÍFICAS DE LA CÉLULA.
2. ALMACENAMIENTO, REPLICACIÓN Y TRANSMISIÓN DE LA
INFORMACIÓN GENÉTICA.
“Son las moléculas que determinan lo
que es y hace cada una de las células
vivas”
“La función principal del RNA es servir como
intermediario de la información que lleva el DNA en forma
de genes y la proteína final codificada por esos genes”
Flujo de información genética
DNA
TRANSCRIPTION
RNA
TRANSLATION
Protein
Gene 1
Gene 3
DNA molecule
Gene 2
DNA strand
TRANSCRIPTION
RNA
Codon
TRANSLATION
Polypeptide
Amino acid
El código
génético
Virtualmente
todos los
organismos
comparten el
mismo código
genético
Escherichia coli
Homo sapiens
Size of genome
4.6 Mbp
3.3 Gbp
Size of typical gene
1 kbp
10 kbp (4 exons : 1350 bp)
Size of typical polypeptide
350 aa
450 aa
Number of genes
4 377
c. 35 000
En un mamifero una célula cualquiera
puede expresar unas 5000 proteinas
diferentes a partir de ~35000 genes.
La mayor parte de estas proteínas son
necesarias para cualquier tipo celular y
normalmente se expresan en forma
constitutiva (housekeeping proteins).
Empaquetamiento del DNA en Eucariotas
En el núcleo en
interfase el DNA se
encuentra asociado
a proteínas y
relativamente
empaquetado
Durante la división
celular, el DNA
alcanza su máximo
grado de
empaquetamiento:
los cromosomas
El CROMOSOMA es el material microscópico constituido del ADN y
de proteínas especiales llamadas histonas que se encuentra en el
núcleo de las células eucariotas en las cuales los cromosomas se
ven como una maraña de hilos delgados, llamada cromatina.
Existen 5 tipos de histonas,
altamente conservadas a
traves del desarrollo.
El empaque inicial se inicia
con la fibra de DNA enrollada
alrededor de un octamero
histonas.
La histona H1 sirve para
sellar el “nucleosoma”.
SUPERENROLLAMIENTO DEL ADN
Test para determinar DNA:
• Difenilamina (transparente)
• Positivo: Azul.