Liceo Samca Arumanti Profesor: Milton Vega Biología – PSU 4º Medio

GUIA 5. Principales moléculas que componen la célula: Ácidos Nucleicos.

INTRODUCCION Los ácidos nucleicos son macromoléculas formadas por C, H, O, N y P cuyas unidades monoméricas son los nucleótidos. Hay dos tipos: el DNA y el RNA, ambos polímeros que portan el código para la formación de las proteínas. El DNA es el material genético que los organismos heredan de sus padres. En él están los genes, porciones específicas de la macromolécula de DNA que programan las secuencias de aminoácidos y que corresponde a la estructura primaria de las proteínas. De este modo, y a través de las acciones de las proteínas, el DNA controla la vida de la célula y del organismo. 1. NUCLEÓTIDOS Los nucleótidos constituyen la unidad fundamental de los ácidos nucleicos y está formada por tres subunidades características (Figura 1)

• un grupo fosfato (PO4 3-).

• un azúcar de cinco carbonos (pentosa)

• y una base nitrogenada (púrica o pirimídica) Los nucleótidos, además de su papel en la formación de estas dos importantes macromoléculas, el DNA y RNA, tienen funciones independientes y de vital importancia para la vida celular.

Figura 1. Estructura básica de un nucleótido. 1.1. Funciones de los nucleótidos libres: • Transportadores de energía, fundamentalmente, el sistema ATP/ADP

El principal portador de energía, es una molécula llamada ATP (adenosina trifosfato), que se forma a partir del AMP, al cual hay que agregarle dos fosfatos más. Los enlaces fosfatos del ATP son relativamente débiles y pueden romperse por hidrólisis, liberando 10 kilocalorías de energía por mol de ATP hidrolizado. La reacción puede ocurrir en sentido contrario si se aportan las 10 kilocalorías por mol.

Figura 2. Sistema ATP / ADP de transporte de energía. • Coenzimas, participan junto a enzimas en la transferencia de un grupo de átomos de una sustancia a otra. Las más comunes son

las derivadas del dinucleótido de nicotinamida adenina (NAD+ y NADP), los derivados de la flavina (FMN y FAD) y la coenzima A (CoA).

2. ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (DNA) Todos los organismos celulares, tanto procariotas como eucariotas, tienen DNA de doble cadena como molécula hereditaria. En las células eucariotas, el DNA se encuentra en el núcleo y una pequeña cantidad en las mitocondrias y los cloroplastos. En las células procariotas, la molécula de DNA es bicatenaria, circular, cerrada y desnuda (libre de histonas), igual que en mitocondrias y cloroplastos. Además posee pequeños anillos de DNA llamados plásmidos.

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2.1. Organización del DNA. Al igual que en las proteínas, en la molécula de DNA se pueden describir varias estructuras: � Estructura primaria

Se trata de la secuencia de desoxirribonucleótidos a lo largo de la cadena polinucleotídica. Los desoxirribonucleótidos que forman el DNA son los de adenina, guanina, citosina y timina. La información genética está contenida en el orden exacto de los nucleótidos.

� Estructura secundaria La estructura secundaria de la doble hélice del DNA, permite explicar, además del almacenamiento de la información genética, el mecanismo de duplicación del DNA (replicación semiconservativa), para transmitir la información a las células hijas. Watson y Crick (1953) postularon un modelo para la estructura tridimensional del DNA, basándose en los datos obtenidos mediante difracción de rayos X por Franklin y Wilkins, y en las leyes de equivalencia de bases de Chargaff que indica que el número de bases de adenina es igual al de timina, así como el número de guanina es igual a la de citosina (Figura 3 y 4).

Figura 3. Estructura de la doble hélice del DNA, según Watson y Crick.

FFigura 4. Estructura secundaria del DNA mostrando las hebras antiparalelas y el apareo de bases nitrogenadas.

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� Estructura terciaria Se refiere a la forma de como se almacena el DNA en un volumen reducido, es diferente en los procariontes y en los eucariontes. Las bacterias contienen una sola molécula de DNA bicatenaria (doble hélice), desnuda (no asociada a proteínas) que tiene forma circular. En las mitocondrias y cloroplastos de las células eucariotas, el DNA presenta la misma estructura, lo que apoya la teoría endosimbionte de Margulis.

El DNA de los eucariontes, que desplegado mediría como un centímetro, debe empaquetarse para caber en un espacio de un micrómetro. Para conseguir el máximo empaquetamiento se une a proteínas de dos tipos: histonas y proteínas cromosómicas no histonas. Estas últimas incluyen miles de proteínas con funciones muy diversas, como la síntesis de RNA o de DNA, entre otras. Esta asociación DNA-proteínas forma una unidad estructural y funcional llamada cromatina.

La forma en que se pliega la molécula de DNA en el núcleo de las células eucariontes es importante por dos razones: permite disponer de grandes moléculas en poco espacio y determina la actividad de los genes.

Las histonas son proteínas estructurales que contienen gran cantidad de aminoácidos con carga positiva, por lo que se unen estrechamente al DNA. También se ha demostrado que son reguladoras de la actividad de muchos genes, es decir, son capaces de promover su expresión.

2.2. Replicación del DNA.

La replicación consiste en la formación de dos moléculas de DNA con una secuencia de bases idénticas a partir de una molécula de DNA inicial. (Figura 5).

De acuerdo al modelo de Watson y Crick, la replicación del DNA se basa en la complementariedad de las bases. Si una cadena de la molécula de DNA tiene una secuencia de bases, la otra cadena debe tener las bases complementarias. Por ejemplo, si una cadena tiene la secuencia 5’ – ATTCGG – 3’, la cadena complementaria es de 3’ –TAAGCC – 5’. Esta complementariedad de la molécula de DNA provee un medio fiel de replicación. A esta forma de replicación se le denomina semiconservativa, ya que se conserva la secuencia de cada una de las hebras de la macromolécula doble original. Se separan las dos hebras originales y cada una sirve como molde para construir una nueva cadena. De esta forma, la secuencia de nucleótidos se duplica con exactitud y la información genética permanece constante. Para comprobar que la replicación era semiconservativa, Mathew Meselson y Franklin Stahl (1958) del Instituto Tecnológico de California, emplearon la técnica del gradiente de densidad para separar distintas cadenas de DNA con densidades algo diferentes. Figura 5. Replicación semiconservativa del DNA.

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El experimento consistió en lo siguiente:

• Cultivaron bacterias E. coli en un medio con amoniaco marcado con nitrógeno pesado (15N), dejándolo un par de horas, tiempo suficiente para que el nitrógeno contenido en el compuesto se utilizase durante el ciclo de división bacteriana en la síntesis de DNA. Después las pasaron a un medio con amoniaco con nitrógeno liviano (14N) y compararon la densidad de los DNA aparecidos en sucesivas generaciones (Tabla 1 y Figura 6). Los resultados obtenidos se esquematizan en la siguiente tabla.

Los datos indican que el DNA intermedio es una cadena híbrida constituida por dos cadenas de diferente densidad, una liviana y otra pesada. En cada generación disminuye a la mitad el DNA híbrido y aumenta el DNA con nitrógeno liviano.

Figura 6. Experimento de Meselson y Stahl (F1 corresponde a la generación II de la tabla 1, y F2 corresponde a la generación III de la misma tabla).

3. ÁCIDO RIBONUCLEICO (RNA) El RNA es un polirribonucleótido formado fundamentalmente por lo ribonucleótidos de adenina, guanina, citosina y uracilo (en vez de la timina del DNA). La pentosa es la ribosa. Los RNA suelen ser monocatenarios, salvo en algunos virus, aunque pueden presentar regiones de apareamiento intracatenarias. Los RNA se transcriben copiando una cadena de la doble hélice del DNA (molde, templado o patrón), mediante la complementariedad de bases. Se debe mencionar que existe una hebra molde, y otra no molde. Existen distintos tipos de RNA que se pueden clasificar según su actividad biológica:

• RNA mensajero (mRNA) • RNA ribosómico (rRNA) • RNA transferencia (tRNA)

En las células eucariontes se les encuentra en el núcleo, citoplasma y en el interior de mitocondrias y

cloroplastos.

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Figura 7. Estructura del tRNA. El dogma central de la Biología molecular afirma que la información genética debe fluir desde los ácidos nucleicos a las proteínas. PREGUNTAS 1. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es incorrecta?

A) Los nucleótidos poseen C, H, O, N y P. B) El DNA es una molécula exclusiva del núcleo en la célula eucariótica. C) Existen nucleótidos importantes como almacenadores de energía química. D) En el DNA, la relación Adenina-Timina es semejante a la relación Guanina-Citosina. E) Algunas vitaminas están relacionadas en su estructura química con los ácidos nucleicos.

2. Respecto de la molécula de DNA es incorrecto afirmar que

A) es un polímero. B) el nucleótido es la unidad estructural del DNA. C) las bases nitrogenadas se unen entre sí por enlaces fosfatos. D) entre citosina y guanina se forman tres puentes de hidrógeno. E) adenina y timina se unen a través de un doble puente de hidrógeno.

3. Un nucleótido

I) contiene una base nitrogenada. II) es la unidad estructural de los ácidos nucleicos. III) contiene la información genética del organismo.

A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo I y II D) Sólo I y III E) I, II y IIII

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4. ¿Qué base nitrogenada no posee el DNA? A) Citosina. B) Uracilo. C) Timina. D) Adenina. E) Guanina.

5. Para la siguiente secuencia de DNA: ATC GGA TAG, determine la hebra complementaria

A) TTG CCT ATG B) TAG GGA TAC C) TAG CCT ATC D) AAG CCT ATC E) UAG GGT AUC

6. El diagrama adjunto representa un nucleótido de DNA. Las letras M, N y O, corresponden respectivamente a

A) fosfato, ribosa, uracilo. B) adenina, ribosa, fosfato. C) base nitrogenada, fosfato, glucosa. D) fosfato, desoxirribosa, base nitrogenada. E) desoxirribosa, fosfato, base nitrogenada.

7. Los ácidos nucleicos

A) pueden estar fuera del núcleo. B) nunca se encuentran en el citoplasma. C) son constituyentes exclusivos del núcleo. D) solamente existen dentro de la membrana nuclear. E) son sustancias de exclusiva influencia metabólica.

8. El concepto denominado cromatina se puede asociar correctamente a

I) plantas. II) hongos. III) bacterias.

A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y II E) Sólo II y III

9. Seleccione la alternativa que corresponda a un dinucleótido:

A) AMP B) GTP C) TDP D) RNA E) NAD

10. Si el porcentaje de una base púrica es un 25% en un segmento de ADN, significa que ese segmento tiene de bases pirimídicas un

A) 20 % B) 25 % C) 50 % D) 40 % E) 15 %

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Cuadro Resumen CARACTERÍSTICAS CARBOHIDRATOS LÍPIDOS PROTEÍNAS ÁCIDOS NUCLEICOS

Elementos constituyentes

C-H-O (proporción 1:2:1)

C-H-O (baja cantidad de O)

C-H-O-N-S

C-H-O-N-P

Unidad monomérica

monosacáridos

- - - -

aminoácidos

nucleótidos

Clasificación

Monosacáridos: (Glucosa, fructosa, galactosa). Disacáridos: Maltosa (glu-glu), Sacarosa (glu-fru), Lactosa (glu-gal). Polisacáridos: Almidón (vegetal), glicógeno (animal), celulosa, quitina.

Saponificables (con Ac. Grasos) Triglicéridos y Fosfolípidos Insaponificables (sin Ac. Grasos) Esteroides, Vitaminas A,D,E,K y prostaglandinas

Aminoácidos Péptidos Polipéptidos Proteínas

Mononucleótidos: ATP-GTP Dinucleótidos: NAD+-FAD Polinucleótidos: DNA-RNA

Comportamiento respecto al agua

Mayoría polares

Apolares

Hay polares y apolares

Polares

Tipo de enlace presente

Glucosídico (presente desde disacáridos).

Principalmente enlace éster (unión de un ácido graso con un alcohol), presente en mono-di y triglicéridos y también en fosfolípidos.

Enlace peptídico (presente desde los dipéptido).

Enlaces covalentes para la unión de las BN con los azúcares y enlaces P-P para mantener las cadenas de polinucleótidos.

Rol principal en la célula

Rol energético, estructural, de reserva y participación en el reconocimiento intercelular (glucocálix).

Reserva energética, aislante térmicos, hormonal, estructural (membranas), jabones.

Estructural, defensiva (anticuerpos), de transporte, reguladora, catalítica (enzimas), de reserva, hormonal, etc.

Energética (ATP), transportadora de electrones (NAD+-FAD-NADP), genética (DNA), síntesis de proteínas (ARNs).

Reactivos de reconocimiento

- Fehling + (Glucosa-Maltosa) - Fehling – (Sacarosa-Almidón) - Lugol + (Almidón)

- Sudán III - Solubilidad en agua

- Reactivo de Biuret

- Feulgen + (DNA) - Feulgen – (RNA)

Conceptos relacionados

- Glicemia (glucosa en la sangre) - Glucosuria (glucosa en la orina)

- Lipidemia - Saponificación - Esterificación

- Proteinemia (proteína en la sangre) - Proteinuria (proteína en la orina)

- Traducción - Duplicación - Transcripción