Ácidos Nucleicos: estructura y función

CICLO I-2015

Universidad Privada San Juan Bautista Facultad de Ciencias de la Salud

Escuela Profesional de Medicina Humana

Curso de Biología Celular y Molecular

• Con algunas excepciones el DNA es el material genético de todos los seres vivos, proporcionan las bases químicas para almacenar y expresar información genética en las células y transmitirla a generaciones futuras; el RNA comparte muchas semejanzas en su estructura con DNA pero esta formado por una cadena, RNA se utiliza en la expresión de la información genética y sirve de material genético en algunos virus.

Los genes están formados por DNA

• La ciencia de la genética se desarrollo bajo la premisa de que existía elementos invisibles portadores de información: genes.

• Estos genes han de estar formados por moléculas.

• ¿Qué tipo de moléculas podría ser almacenada en una célula, dirigir las actividades de un organismo en desarrollo y además ser capaz de una replicación exacta y casi ilimitada?

• Al igual que los aa son los sillares, o unidades monómeras, de los polipéptidos, los nucléotidos son las unidades monoméricas de los ácidos nucléicos.

• Así como un tipo de molécula proteica se distingue de otra, por la secuencia, o grupos R, de los aminoácidos monómeros, cada tipo de ácido nucléico se distingue por la secuencia de bases heterocíclicas característica de sus monómeros nucleotídicos.

Las unidades monoméricas del DNA se llaman desoxirribonucleótidos y las del RNA ribonucleótidos.

NUCLEÓTIDOS

Bases Nitrogenadas

Compuestos heterocíclicos. Poseen carácter aromático. Insolubles en agua Son compuestos básicos débiles

Bases nitrogenadas • Son cuatro características

tanto para el DNA como para el RNA.

• Purínicos – Adenina– Guanina

• Pirimidínicas – Citosina – Timina (DNA)– Uracilo (RNA)

Ácidos Nucléicos

La pentosa esta unida a la base por un enlace β-N-glucosilo.El grupo fosfato esta unido mediante enlace éster (fosfoéster) al átomo de carbono 5 de la pentosa.

Desoxirribonucleótidos

Ribonucleótidos

Bases secundarias• Existen formas metiladas de

las bases principales, aunque en algunos DNA víricos pueden estar hidroximetiladas o glucosiladas.

• Estas modificaciones están involucradas en la regulación o protección de la expresión.

• El RNA también posee estas modificaciones, tRNA.

• El grupo fosfato puede estar tambien ubicado en otras posiciones distintas al 5’.

cAMPcGMP

Las moléculas de DNA consisten en dos largas cadenas unidas por pares de bases complementarias

Los nucleótidos están unidos por enlaces covalentes fosfodiester entre en carbono 5’ de un grupo desoxirribosa y el carbono 3’ del siguiente.

5’

3’< 50 nucleótidos = oligonucleótidos>50 nucleótidos = polinucleótidos

• ¿Cómo una larga cadena de nucleótidos puede codificar las instrucciones para todo un organismo, o incluso para una sola célula?

• Rpta: la estructura tridimensional de ADN

El apareamiento complementario

La formación específica de hidrógeno entre G y C y entre A y T (A y U en el RNA) genera los para de base complementaria.Esto permite la duplicación de la información genética.

ESTRUCTURA GENERAL DE LOS ÁCIDOS NUCLÉICOS

PARTE II

Niveles jerárquicos de complejidad

PRIMARIAPRIMARIA

SECUNDARIASECUNDARIA

TERCIARIATERCIARIA

ESTRUCTURA COVALENTE Y SECUENCIA DE NUCLEOTIDOS

ESTRUCTURA COVALENTE Y SECUENCIA DE NUCLEOTIDOS

ESTRUCTURA REGULAR Y ESTABLE ADOPTADA POR ALGUNOS O TODOS LOS NUCLEOTIDOS

ESTRUCTURA REGULAR Y ESTABLE ADOPTADA POR ALGUNOS O TODOS LOS NUCLEOTIDOS

GRANDES PLEGMIENTOS: CROMOSOMAS

GRANDES PLEGMIENTOS: CROMOSOMAS

El DNA almacena información genética(Avery-MacLeod-McCarty, 1944)

Hershey-Chase,1952fosforo radioactivo (32P)Azufre radiactivo (35S)

Leyes de Chargaff

• La composición de bases del DNA varia de una especie a otra.

• La composición de bases es la misma cada tejido de una misma especie.

• La composición de bases no varia por efectos de edad, nutrición y variaciones del ambiente.

• El # A = # T y el # G = # C, por lo tanto en todo el ADN: A + T = G + C

La estructura del DNA proporciona una explicación al proceso e herencia

WATSON, J. D. & CRICK, F. H. C.: Nature 171, 737-738 (1953) : A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid

Rosalind Frankling y Maurice Wilkins

Las cadenas antiparalelas

Estructuras no habituales del DNA

La estructura del DNA proporciona una explicación al proceso de herencia

• Puesto que cada hebra contiene una secuencia de nucleótidos que es exactamente complementaria de la secuencia de nucleótidos de la otra hebra, en realidad ambas contienen la misma información genética.

La información se hereda a través de la replicación del ADN

• La replicación del DNA es una reacción irreversible.

• La información genética se duplica en su totalidad – es decir, se llegan a formar dos dobles hélices completas de DNA, cada una de las cuales es idéntica en cuanto a secuencias de nucleótidos a la hélice de DNA que sirvió de patrón.

ADN-A: ADN con 75% de humedad, requiere Na, K o Cs como contraiones, presenta 11 pares de bases por giro completo y 23°A de diámetro. Es interesante por presentar una estructura parecida a la de los híbridos ADN-ARN y a las regiones de autoapareamiento ARN-ARN.

ADN-Z: doble hélice sinistrorsa ,12 pares de bases por giro completo,18 °A de diámetro, se observa en segmentos de ADN con secuencia alternante de bases púricas y pirimidínicas (GCGCGC), Requiere una concentración de cationes superior a la del ADN-B, y teniendo en cuenta que las proteínas que interaccionan con el ADN tienen gran cantidad de residuos básicos sería posible que algunas convirtieran segmentos de ADN-B en ADN-Z. Las posiciones N7 y C8 de la Guanina son más accesibles.

La forma A-ADN, se encuentra en uno de los pasos de la transmisión de la información, cuando se forma un híbrido de ADN-ARN. Es una hélice dextrógira más corta y ancha que el B-ADN, donde las bases se sitúan más inclinadas con respecto al eje de la hélice. La forma Z-ADN, se denomina así por la disposición en zig-zag de los grupos fosfato, es una hélice levógira más larga y estrecha que el B-ADN, y su función aún está por clarificar.

Ubicación• La molécula de ADN está constituida por una doble

hélice de nucleótidos. En esta molécula solo podemos hallar como bases nitrogenadas A, T, C y G y como único azúcar a la 2-desoxi-D-ribosa.

• Se encuentra fundamentalmente en el núcleo celular (o su equivalente) en donde constituye los cromosomas. Esta es una gigantesca molécula poco flexible que es la base fundamental de la transmisión de la información hereditaria.

• También se encuentra en cloroplastos y en las mitocondrias.

Molécula de ARN

• ARN es una molécula químicamente inestable, de forma que en una disolución acuosa se hidroliza fácilmente. En este la base que se aparea con la A es U, y el azúcar presente es la D-ribosa. Está es una molécula de gran flexibilidad, de modo que no solo puede formar hélices con otros ADN´s o ARN´s si no también puede formar loops intracadena.

• En una célula existen varios tipos de ARN´s que se ubican tanto en núcleo como en citoplasma, dependiendo de sus funciones.

• A diferencia del ADN, el ARN puede tener funciones catalíticas (similares a la de las proteínas). Es la molécula encargada de llevar la información desde los genes (ADN) hasta los lugares de síntesis de proteínas, siendo su secuencia de nucleótidos, la que directamente determina la secuencia de aminoácidos de las proteínas.

Tipos de RNA RNA MENSAJERO (RNAm)Se sintetiza sobre un molde de ADN por el proceso de transcripción, el cual pasa al citoplasma y sirve de pauta para la síntesis de proteínas. Cada tripleto de nucleotido corresponde al codon.

5-10%

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

75-85%

RNA de transferencia (RNAt)Son cadenas cortas de una estructura básica, que pueden unirse específicamente a determinados aminoácidos. 5-10%. Tienen el anticodon.Cada aa posee por lo menos un RNAt.

ESTRUCTURAS DEL RNA

ARN t: 75-90 nucleotidos, participa en sintesis de proteínas . Presente en todos las celulas. Peso 25KDa

ARNr: en ribosomas. Presenta plegamiento que permite su unión a proteínas

Funciones de los ácidos nucleicos

• Responsable de almacenamiento e información genética

• La dirección de la biosíntesis de todas las proteínas celulares.

• Replicación de la células en forma constante para dar células hijas.

• Adaptación de las células a cambios fisiológicos, ambientales.

• Mutaciones en la constitución genética.

Determinación de la variabilidad individual de una especie

OTRAS FUNCIONES DE LOS NUCLEÓTIDOS

Como portadores de energía química en las células

• Casi todas las células pueden producir ATP a partir del metabolismo de una variedad de moléculas orgánicas.

• Sin embargo, la fuente mayoritaria es la glucosa.

La liberación de un enlace anhídrido libera más energía que un ester

Como cofactores enzimáticos

Intermediarios de la comunicación celular.

MUCHAS GRACIAS