Química BiológicaNucleótidos y Ácidos nucleicos

FAUBA

Nucleótidos y Ácidos Nucleicos

Entre las biomoléculas más importantes por su papel en el almacenamiento y transmisión de los caracteres hereditarios están los Ácidos Nucleicos, biopolímeros de elevado peso molecular, formados por otras subunidades estructurales o monómeros, denominados Nucleótidos. Estos últimos están constituidos por:

1) Una base nitrogenada

2) Un monosacárido

3) grupos fosfato

OH

O2

OH

HC

NH2

PO

OO

O

N

N O

OH

O2

OH

HC

NH2

PO

OO

O

N

N O O

OH

NH2

O2

OH

HCPO

OOP

OO

O

N

N

N

N

O

OH

NH2

O2

OH

HCPO

OOP

OO

O

N

N

N

N

Bases Nitrogenadas Compuestos heterocíclicos con carácter aromático, y disposición espacial planar o cuasiplanar

Se clasifican en Purínicas o Pirimidínicas

Bases Nitrogenadas Purínicas Bases Nitrogenadas Pirimidínicas

Adenina (A) Guanina (G)

Presentes en ADN y ARN

N

NN

NH

NH2

N

NHN

NH

O

NH2 N

N

O

O

H

HN

N

O

O

CH3H

H

N

NO

NH2

H

Citocina (C) Timina (T) Uracilo (U)2-oxo- 2,4-dioxo- 2,4-dioxopirimidina4-aminopirimidina 5-metilpirimidina

N

N

O

O

H

HN

N

O

O

CH3H

H

N

NO

NH2

H

Citocina (C) Timina (T) Uracilo (U)2-oxo- 2,4-dioxo- 2,4-dioxopirimidina4-aminopirimidina 5-metilpirimidinaADN y ARN ADN ARN

O2

OH

HCHO

NH2

N

N

N

N

Desoxiadenosina Desoxicitidina

O2

OH

HCHO N

NN

N

H

O

NH2

Desoxiguanosina

ADN desoxirribonucleósidos (desoxiribosa)

O2

OH

HCHO

NH2

N

N O

Desoxitimidina

O2

OH

HCHON

N

O

O

HCH3

Adenosina Citidina

O2

OH OH

HCHO N

NN

N

H

O

NH2

Guanosina

OH

O2

OH

HCHON

N

O

O

H

ARN ribonucleósidos (ribosa)

Uridina

O2

OH

HCHO

OH

NH2

N

N OO2

OH OH

HCHO

NH2

N

N

N

N

NucleósidosResultan de la unión de una base nitrogenada y una pentosa (ribosa o desoxirribosa) mediante una unión -N-glicosídica.

2-desoxi-ribosa

O2

OH OH

OHHCHO1'

2'3'

4'

5'O2

OH

OHHCHO

ribosa

unión (1’ 9) N glicosídica

unión (1’ 1) N glicosídica

O

OH

POH

OOPHO

OH

OO P OHHO P OH

OH

O2 -H2O

O

OHHO P O

H2O-

HO P OHOH

O

OHPOH

O

OH

O2

OH

HC

NH2

PO

OO

O

N

N O

Nucleótido: Unión de un nucleósido a un grupo fosfato (éster fosfato)

ácido pirofosfórico ácido trifosfórico

unión anhídrido

citidin monofosfato CMP adenosin difosfato ADP

unión anhídrido

unión éster fosfato

O

OH

NH2

O2

OH

HCPO

OOP

OO

O

N

N

N

Nunión éster fosfato

- Poseen mayor solubilidad en agua que los nucleósidos- Poseen fuerte carácter ácido y a pH fisiológico poseen carga negativa

OH

PO

OO

NH2

O2

OH

HCPO

OO

OPO

OO

N

N

N

N

Funciones Biológicas de los Nucleótidos

1-Portadores de energía Las reacciones biosintéticas (procesos anabólicos) ocurren a través de reacciones de reducción, para las cuales se requiere energía o poder reductor. Las que requieren energía se acoplan con la reacción de pérdida de un grupo fosfato de un nucleótido trifosfato (ATP y otros). Las otras utilizan directamente el poder reductor de otro nucleótido (NADPH).

PATP ADP + + Energía

trifosfato de adenosina30 kJ/mol

14 kJ/mol

ATP

La cantidad de energía liberada es 7,3 kcal/mol

2-Mensajeros químicos

Cuando señales químicas extracelulares (mensajeros primarios) interactúan con receptores proteicos de la membrana plasmática se sintetiza cAMP intracelular (mensajero químico)

3’, 5’-AMP cíclico (cAMP) NH2

OH

O2HC

PO

O

OO

N

N

N

N

O CH2O

N

N

N

N

NH2

CH2O P O P

P OO

O

HO

CCH3

CH3COH

NHH

CH2 CH2 CO

NH

CH2 CH2SHO O

O O OC

O

CoA

3-Transportadores de moléculas específicas (activadas)

CoAAcetil-CoA CH3 C

O

S CoA

Transportador de grupos acilo

H: + H+

H

R

+ H

H H

. .N

CO

NH2

+N

CO

NH2

R

4- Cofactores enzimáticos de oxidorreductasas

1-Nucleótidos de nicotinamida (coenzimas)

oxalacetato malatoR=H NAD+

R=PO3-2 NADP+

NAD+ NADH

COOCH OHCH2COO

COO

CH2COO

C ONAD +H

NADH+

Organismos aerobios: O2 es el aceptor final de e- provenientes de la degradación oxidativa de glucosa, que son transferidos a transportadores de electrones: nucleótidos de nicotinamida y de flavina (NAD+ y FAD).

H+

N

NN

N

NH2

OCH2O

PO O-

O

O-O P

O

OH OR

OHOH

CH2O

NH2

O

C

N+

NAD+ se reduce

Paralelamente un metabolito se oxida

nicotinamida

2- Nucleótidos de flavina

succinato fumarato

flavina

FAD

grupo prostético de flavoproteínasH

+ H : H

HR

CH3

CH3

O

O

N

N

N

NH

N

N

N

NH

O

O

CH3

CH3

R

CH

FAD FADH2 HCCOOCH2CH2COO

COO

COO

FAD + 2H+ FADH2

2H+

N

NN

N

NH2

OCH2O

PO O-

O

O-O P

O

OH

CH2

CHOH)

CH2

OH

H3C

H3C

O

O

NH

N

N

N

(3

Dinucleótido de flavina y adenina

Ciclo de los ácidos tricarboxílicos

- Ácidos Nucleicos Biopolímeros lineales de nucleótidos, unidos por enlaces diéster fosfato, sin una periodicidad aparente.

Función biológica: contener la información genética necesaria para controlar el metabolismo de un ser vivo.

Dos tipos de ácidos nucléicos: Ácido Ribonucleico (ARN) y Ácido Desoxirribonucleico (ADN).

Existen tres tipos de ARN con funciones distintas en la síntesis de proteínas y otros procesos.

ARN mensajero (ARNm), lleva el mensaje genético del ADN a los ribosomas (5% del ARN total).

ARN ribosomal (ARNr), forma parte de la estructura de los ribosomas (80% del ARN total).

ARN de transferencia (ARNt), acopla la información del ARNm con los aminoácidos (15% ARN total).

- Acido Desoxirribonucleico (ADN) Estructura Tridimensional

Estructura Primaria: Secuencia de nucleótidos unidos por uniones fosfodiéster.

El grupo fosfato ubicado en la posición 5’ de un nucleótido reacciona con el OH en 3’ de la 2’desoxi-ribosa de otro nucleótido.

La cadena es un polinucleótido de tamaño variable (cientos de millones de monómeros).

fosfodiéster

PP PP PP OH

T C C A G

extremo 5' extremo 3'

La secuencia se describe nombrando las bases empezando por el extremo 5’

polímero asimétrico

fosfato

bases

Extremo 3’

Extremo 3’

Extremo 5’

Extremo 5’

Es una estructura en doble hélice dextrógira o levógira según el ADN. Permite explicar el almacenamiento de la información genética y el mecanismo de duplicación del ADN. Postulada por Watson y Crick (1953).Carácter dicatenario estabilizado por puentes de hidrógeno entre bases complementarias e interacciones de Van der Waals entre las bases apiladas.

Cadena de información Cadena molde o plantilla (complementaria)

Complementariedad de bases

desoxiribosa

bases

A TG C

Estructura secundaria

Puente de hidrógeno

Los grupos fosfato y las unidades de monosacáridos hacen hidrofílico el exterior de la molécula de ADN

Doble hélice del ADN: La estructura de doble hélice dextrógira da flexibilidad a la molécula y le permite interactuar con las proteínas básicas (Histonas) y estabilizarse.Posee siempre el mismo diámetro (Purínicas = Pirimidínicas)

dextrógiro

ADN B

surco menor surco menor

surco mayorsurco mayor

Estructura terciaria

ADN – Nucleosomas

En las células eucarióticas, el ADN interacciona con proteínas para formar la cromatina y acomodarse en el núcleo celular.

Las proteínas más comunes son las histonas, proteínas pequeñas ricas en lisina y arginina

En la formación de los nucleosomas, la cadena de ADN se enrolla alrededor de un núcleo formado por cuatro tipos de histonas (H2A, H2B, H3 y H4). cromosoma

cromátides

Tipos de ARN: ARNm (ARNmensajero)

Ej: UUU …………….Fenilalanina Si la secuencia en ARNm es: UUUUCUCUU UCU……………..Serina la secuencia del péptido que se sintetiza será: Fen-Ser-Leu CUU……………..Leucina

Cada secuencia de 3 bases (3

ribonucleótidos) identifica a un

aminoácido para formar la cadena

polipeptídica

Lleva el mensaje genético del ADN desde el núcleo hasta los ribosomas (lugar donde se sintetizan las proteínas).La secuencia de codones que compone al ARNm determina la secuençia de aminoácidos que tendrá la proteína. Cada codón está formado por tres nucleótidos.

ARN ribosómico (ARNr)

Principal componente de los ribosomas donde se asocia, formando complejos, con proteínasEs el ARN más abundante.

60% ARN ribosomal40% proteína

Subunidad mayor

Subunidad menor

ARN transferencia (ARNt)

Transporta aminoácidos específicos a los ribosomas, donde son unidos para formar proteínas

El código expresado en el ARNm es leído por los ARNt en un proceso llamado traducción

Existe al menos un ARNt

para cada aminoácido con el anticodón complementario del codón que lo identifica

(ARNm)

Unión covalente

(éster) a un aminoácido

Anticodón: zona de apareamiento (por complementariedad de bases)con el codón del ARN m

ARNt C G U

ARN m G C A (un mensaje para Ala)

ADN ARN

Dicatenario A + G = T + C (cadenas antiparalelas complementarias) Monocatenario

Se encuentra en el Núcleo Se encuentra en el Núcleo y el Citoplasma

Citosina C Citosina Timina T Uracilo UAdenina A AdeninaGuanina G Guanina

Desoxi-ribosa Ribosa

Diferencias entre ADN y ARN

Transmisión de la información genética y síntesis de proteínas

Al segmento de ADN que contiene la información para la síntesis de una única proteína se lo llama GEN

Una de las cadenas del ADN contiene los genes con la información genética (Cadena de Información). La otra cadena sirve de molde o plantilla

La transmisión de la información genética y la síntesis de proteínas involucra diferentes procesos, tales como:

- Replicación

- Transcripción

- Traducción

-Replicación del ADN

2- Las bases complementarias expuestas impulsan el alineamiento de nucleótidos

1- La doble hélice de ADN se desenrolla en un punto llamado horquilla de replicación

Cada cadena formada es complementaria de su patrón original, produciendo dos dobles hélices hijas idénticas de ADN

Cadena original

Cadena original

Nuevas cadenas

Se sintetiza 1 copia del ADN de modo que la información genética se preserva y se transfiere a las células hijas

Los nucleótidos trifosfato son precursores de los ácidos nucleicos.

Síntesis de Proteínas -Transcripción de la información

La cadena se abre donde esta el gen

Cadena de información (gen)

Cadena molde (complemento)

Si se está sintetizando ARNm la longitud del mismo depende del largo de la cadena polipeptídica que se va sintetizar.

ADN gen G C A (un mensaje para Ala)ADN molde C G TARN m G C A (un mensaje para Ala)

El ARNm se copia por complementariedad de bases de la cadena molde o plantilla. El ARNm posee las mismas bases nitrogenadas que la secuencia del ADN (gen) denominada cadena de información. (cambiando solo T por U)

Transcripción (núcleo)

El ARNm lleva la información genética del núcleo al ribosoma (citoplasma).

El mensaje del ADN es leído y transcripto al ARNm

Síntesis de Proteínas -Traducción de la información

Traducción (citoplasma en los ribosomas) proteína

Los ribosomas se desplazan a los largo del ARNm interpretando los codones y catalizando la unión peptídica.

Los ARNt se acercan en el orden indicado por el ARNm y ubican al correspondiente aminoácido en la secuencia de la proteína que se está sintetizando.