DNA EL LIBRO DE LA VIDAjsancho/estructuramacromoleculas/Material...COMO REGLA GENERAL •La base...

Rosalyn Franklin

Mapa difracción

B-DNA

NIVELES DE COMPOSICION

• Base nitrogenada

• Nucleósido (base + azucar)

• Nucleótido (nucleósido + fosfato)

• Acido nucleico (polímero de nucleótidos)

COMO REGLA GENERAL

• La base confiere al DNA sus propiedades de

reconocimiento específico.

• El azucar delimita en gran parte su

flexibilidad.

• El fosfato le confiere las propiedades

generales de polímero.

NIVELES DE ESTRUCTURA

• Estructura primaria (secuencia)

• Estructura secundaria (hélices)

• Estructura terciaria

• Estructura cuaternaria

CONSTITUYENTES

ESTRUCTURALES DE LOS

ÁCIDOS NUCLEICOS

N

N

N

HH

R

O

N

N

O

R

O

H3 C H

N

N

O

R

O

H

CITOSINA TIMINA URACILO

N

NN

N

O

R

H

N

H

H

N

NN

N

N

R

GUANINA ADENINA

H H

Pirimidinas

Purinas

BASES NITROGENADAS

Apareamientos canónicos

(Watson-Crick)

Ejemplos de bases modificadas por oxidación

de bases codificantes

Esquema de numeración bases

N 3

C 2 N 1

C 6

C 5

C 4

N 4

H H

R

O 2

CITOSINA

N 1

C 2

N 3

C 4

C 5

C 6

N 9

C 8

N 7

O 6

R

H

N H

H

GUANINAA

Esquema de numeración nucleósido

O4'

C4'

C3' C2'

C1'

OHHO

HOH2C

N

N

N

N

NH2

ADENOSINA

Numeración azúcares

C2 'C2 '

C3 'C3 '

O4'O4' C1 'C1 '

OH

B

OH

C4 'C4 '

C5 'H2C5 'H2HO

C2 'C2 '

C3 'C3 '

O4'O4' C1 'C1 '

B

C4 'C4 '

C5 'H2C5 'H2HO

RIBOSA 2'deoxy RIBOSA

O4'O4'

C4 'C4 '

C3 'C3 ' C2 'C2 '

C1 'C1 '

Base

OHHO

HOH2CHOH2CO4'O4'

C4 'C4 '

C3 'C3 ' C2 'C2 '

C1 'C1 '

BaseHOH2CHOH2C

OH

HO

Nucleótidos

O4'

C4'

C3' C2'

C1'

OHHO

O9P3OH2C

N

N

N

N

NH2

ADENOSINA TRIFOSFATO (ATP)

Esquema covalente RNA

Nomenclatura torsiones A.N.

Propiedades fisicoquímicas

• Reconocimiento específico no covalente

• Protonación

• Ataques nucleofílicos

• Hidratación

• Tautomería

LAS BASES POSEEN UNA HUELLA DACTILAR UNICA

BASADA EN SU PAUTA DE PUENTES DE HIDROGENO

N3

C2

N1

C6

C5

C4

N4

HH

R

O2

CITOSINA

N1

C2

N3

C4

C5

C6

N9

C8

N7

O6

R

H

N

H

H

GUANINA

Dada una determinada forma tautomérica

Diferentes estados de

protonación posibles

Biológicamente las ionizaciones

más importantes son las que

afectan a las bases.

pKas de las nucleobases

Comp/site Nucleoside 3’P Nucleot 5’PNucleot

Adenosine/N1 3.52 3.70 3.88

Cytidine/N3 4.17 4.43 4.54

Guanosine/N1 9.42 9.84 10.00

Uridine/N3 9.38 9.96 10.06

Deoxythymidine/N3 9.93 -- 10.47

La tautomería (i.e el intercambio de

hidrógenos entre heteroátomos) puede

cambiar totalmente la pauta de puentes

de hidrógeno de las bases

Topal & Fresco Nature (1976)

verified this assumption

N

N

N

HH

R

O

CITOSINA(amino)

N

N

N

R

O

CITOSINA (imino)

H

N

N

O

R

O

H3C H

TIMINA

N

N

O

R

O

H3C H

TIMINA (ceto)

N

N

O

R

O

H3C

TIMINA (enol)

H

N

N

N

HH

R

O

CITOSINA

H

=

=

Apareamientos canónicos

(Watson-Crick)

Conformación

A

CB

A

B C3

21

3

1

2

Ejemplo dihedro 1-X-Y-A +60 grados

Fruto rotación respecto enlaces simples en

azúcar y en los fosfatos

Rotación enlace exocíclico

C4’-C5’

gauche-gauche trans-gauche gauche-trans

ENLACE C4’-C5’

• Las tres conformaciones se detectan

• La gg parece un poco más estable, pero la

diferencia es muy pequeña

• El puckering del azucar influye mucho en la

conformación del enlace C4’-C5’

Rotación enlace glicosídico

O4'

C4'

C3' C2'

C1'

OHHO

HOH2C

N

N

N

N

NH2

ADENOSINA

NUCLEOSIDO (base + azucar)

Para ver esta película, debedisponer de QuickTime™ y deun descompresor TIFF (LZW).

syn anti

ENLACE GLICOSIDICO

• Normalmente los nucleosidos y nucleótidos

estan en la conformación anti

• La Guanosina es el único nucleósido

(normal) con posibilidad de estar en

conformación syn

• Grupos voluminosos en la posición 8 de la

purina pueden forzar la conformación syn.

Pseudorrotación de la ribosa

(2’deoxy-ribosa)

EL AZUCAR: RIBO: RNA; DEOXY: DNA

C2'

C3'

O4' C1'

OH

B

OH

C4'

C5'H2HO

C2'

C3'

O4' C1'

OH

B

C4'

C5'H2HO

RIBOSA 2'deoxy RIBOSA

O4'

C4'

C3' C2'

C1'

Base

OHHO

HOH2CO4'

C4'

C3' C2'

C1'

Base

OH

HOH2C

El paso entre confórmeros se da siempre a

través de otros confórmeros no planos

C1'

C2'

C4' O4 '

HO

B

OH

HOH2C

C3'

C1'endo

C2'

C3'

'O4 C1'

OH

B

OH

C4'

HOH2C

C2'endo

O4'

C1'

C3' C4'

BCH2OH

HO

C2'

HO

O4'exo

CONFORMACION DE LA RIBOSA

(PSEUDOROTACION)

La transición entre

puckerings del

azucar se da siguiendo

el denominado

Círculo

Pseudorotacional

360>P>0

para tm constante

CONFORMACION DE LA RIBOSA

(PSEUDOROTACION)

• El paso entre formas Envelop es traves de formas Twist

• NUNCA se pasa por la conformación plana

• S, N son las conformaciones más estables.

• NUNCA se pasa por la conformación W

S

N

w E

La transición C2’endo<->C3’ endo es siempre por O4’endo

nunca por O4’exo

S<->N por E

nunca por W

C2'

C3'

O4' C1'

OH

B

OH

C4'

HOH2C C3'

C4'

C1' C2'CH2OH

OH

OH

B

O4'

C2'-endo C3'-endo

O4'

C4'

C2' C1'

CH2OHB

HO

C3'

HO

HO

O4'

C1'

C3' C4'B

HO

CH2OH

C2'

O4'-endo

O4'-exo

PUCKERING

• Las formas más abundantes en nucleósidos

son la N (C3’endo) y la S (C2’endo)

• La forma E (O4’endo) se encuentra a veces,

pero nunca la W (O4’exo)

• Las formas B del DNA presentan

puckerings S y en algún caso E.

• Las formas A del DNA y el RNA presentan

siempre puckerings N