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ACIDOS NUCLEICOS
METABOLISMO DEL ADN
METABOLISMO DEL ARN
SINTESIS DE PROTEINAS
NUCLEÓTIDOS Y ÁCIDOS NUCLEICOS
ALGUNOS CONCEPTOS GENERALES
Funciones de los nucleótidos:
Compuestos ricos en energía que dirigen los procesos metabólicos en todas las células.
También actúan como señales químicas respondiendo a estímulos extracelulares (hormonas).
Componentes estructurales de ADN y ARN.
La información necesaria para construir las secuencias de
ARN o de proteínas se encuentra en la secuencia de
nucleótidos del ADN.
GEN: segmento de ADN que contiene la información
necesaria para la síntesis de un producto biológico funcional
(proteína o RNA).
En las células hay varias clases de ARN: ARN ribosómicos,
ARN mensajeros, ARN de transferencia y RNA pequeños
nucleares.
NUCLEÓTIDOS
Los nucleótidos sucesivos de ADN y ARN
están unidos covalentemente por puentes de
grupos fosfatos.
Se une el OH 5’ de un nucleótido con el
OH 3’ del siguiente por un enlace
fosfodiéster.
El esqueleto covalente: unidades alternas
de grupos fosfatos y residuos de pentosa.
Las bases son grupos laterales
Los esqueletos covalentes son
hidrofílicos.
Los fosfatos tienen un pK cercano a 0,
están completamente ionizados cargados
negativamente a pH 7 el DNA es un
ácido.
ESTRUCTURA DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS (Watson y Crick, 1953)
La formación de enlaces de hidrógeno entre los grupos amino y carbonilo de las bases permiten la
asociación de dos o, a veces, tres cadenas de ácidos nucleicos.
Existen patrones de enlaces de hidrogeno específicos definidos por Watson y crick, 1953.
La estructura primaria de un ácido nucleico es su estructura covalente y su secuencia de nucleótidos.
la estructura secundaria es cualquier estructura regular y estable adoptada por algunos o todos los
nucleótidos de un ácido nucleico.
Se denomina estructura terciaria al plegamiento complejo de grandes cromosomas en el nucleoide
bacteriano o en la cromatina eucariótica.
El ADN es una doble hélice
Rosalin Franklin y Maurice Wilkins, utilizando el método de difracción de rayos X, llegaron a las
siguientes conclusiones:
- Los polímeros de ADN son helicoidales
- Tiene dos periodicidades alrededor de su eje longitudinal, una primaria de
0.34 nm y otra secundaria de 3.6 nm.
- La molécula está formada por dos hebras.
El modelo tridimensional debía estar de acuerdo con estos datos y con las leyes de Chargaff.
Modelo tridimencional de Watson y Crick, 1953
10
residuos
Puentes H
Interacciones por
apilamiento
Doble hebra Complementaria y antiparalelas
Es posible desnaturalizar el ADN y el ARN de doble
hebra
Las soluciones de ADN, en estado nativo, son muy viscosas a pH 7 y temperatura ambiente (20 a 25
ºC), pero si se las somete a valores extremos de pH y temperaturas superiores a 80 o 90 ºC, su
viscosidad desciende el ADN ha sufrido un cambio en su estado físico.
Desnaturalización o fusión del ADN por T o pH
extremos:
• Rotura de los enlaces H entre las bases.
• Rotura de las interacciones hidrofóbicas entre las
bases apareadas.
• No se rompe ningún enlace covalente del ADN.
La re-naturalización consta de uno o dos pasos según la
desnaturalización sea parcial o total, respectivamente:
• Paso 1: Las dos hebras deben encontrarse, mediante
colisiones al azar y formar un fragmento corto de doble
hélice complementaria. (no es necesario si persiste un
fragmento de doble hélice de 12 o más residuos)
• Paso 2: Las dos hebras se comportan como una
cremallera, formando la doble hélice completa.
Micrografía electrónica de un ADN
parcialmente desnaturalizado
Temperatura de fusión del ADN
Cada especie de ADN tiene una temperatura de fusión que depende de su composición.
Cuanto más alto sea el contenido de bases G-C, más elevada será la temperatura de fusión.
Si se controlan las condiciones de desnaturalización, se puede desnaturalizar las regiones ricas en
A-T específicamente, mientras la mayor parte del ADN seguirá en la forma de doble hebra.
Las moléculas duplex de ARN
son más estables que las de
ADN y las formas híbridas
(ARN-ADN) son intermedias.
Los ácidos nucleicos de especies diferentes pueden formar
híbridos La capacidad de dos hebras complementarias de ADN para aparearse entre ellas puede usarse para
detectar secuencias similares de ADN en dos especies diferentes o en el genoma de una misma
especie.
Este fenómeno indica que:
Los diferentes organismos comparten un cierto grado de herencia evolutiva común.
Poseen un cierto número de proteínas y ARN con funciones similares y a menudo estructuras
similares.
Los ADN y ARN de estas proteínas tienen secuencias homólogas.
GENES Y CROMOSOMAS Las moléculas de ADN que contienen los genes celulares son
las mayores macromoléculas.
Normalmente se encuentran empaquetadas en estructuras
llamadas CROMOSOMAS
Las bacterias y virus tienen en general un solo cromosoma.
Los organismos eucarióticos tienen muchos más.
Un cromosoma suele tener miles de genes.
El conjunto de los genes y del ADN intergénico de todos los
cromosomas se conoce como GENOMA celular.
Los ADN cromosómicos son, a menudo, varios órdenes de
magnitud más largos que las estructuras biológicas (Células o
Virus) que los contienen.
Los virus requieren una cantidad menor de información
genética que las células.
Los genomas víricos pueden ser de ARN o ADN.
DNA virico
Las bacterias contienen más ADN que los virus. Ej E.
Coli tiene 200 veces más que el bacteriófago . El ADN de
una E. Coli es una única molécula de ADN circular de 4,7 x
106 pares de bases y tiene un contorno de 1,7 mm (850
veces el tamaño de la célula).
Además del gran cromosoma circular (nucleoide),
muchas bacterias contienen una o más moléculas pequeñas
de ADN circular, libres en el citosol: estos elementos
extracromosómicos se denominan PLÁSMIDOS.
DNA bacteriano
Plásmidos Portan información genética y se
replican generando nuevos plásmidos
que se incorporan en las células hijas
en la división celular.
Generalmente, se encuentran
separados y no unidos al cromosoma.
En algunos casos, no aportan
ninguna ventaja al organismo que los
contienen.
Algunos plásmidos son portadores de
genes que confieren resistencia a
antibióticos al huésped que los
contiene.
Los plásmidos son de gran utilidad
para el estudio de muchos procesos del
metabolismo del ADN y son un
componente central en la aplicación de
la tecnología del ADN recombinante.
Células eucariotas
DNA nuclear eucariota es
linear.
La longitud de contorno de
DNA de una célula humana es
de 2 m.
La observación
microscópica demostró que el
materia genético se subdivide
en cromosomas.
El numero de cromosomas
depende de cada especie.
n=numero haploide;
2n=diploide.
Una célula de levadura (eucariotas inferiores) tiene 4 veces mas
ADN que una bacteria, Drosophila 25 veces mas. Las células
humanas tienen unas 600 veces mas y las de algunas plantas y
anfibios mucho mas.
Mitocondrias y cloroplastos contienen DNA
El ADN mitocondrial presente en células
somáticas típicas es menor al 0.1% total.
Células en división DNA mitocondrial > DNA
total.
DNA mitocondrial contiene unas 20.000 bp y es
duplex circular=cloroplastos.
DNA cloroplastos>DNA mitocondrial.
El DNA mitocondrial codifica para los tRNA y
rRNA mitocondriales y unas pocas proteínas
mitocodriales. 95% de las proteínas mitocondriales
esta codificado en el ADN nuclear.
Mitocondrias y cloroplastos se dividen al
dividirse las células. Antes y durante la división
celular el ADN se replica y las moléculas hijas pasan
a los orgánulos generados.
Los genes son segmentos de ADN que codifican cadenas polipeptídicas y ARN
Desde una visión biológica, un GEN es aquella
parte de un cromosoma que determina o afecta a
un solo carácter o fenotipo .
Un gen-una enzima (Beadle y Tatum, 1940)
Un gen- una proteína
Un gen – un polipéptido
Finalmente, se observó que algunos genes
codifican diferentes clases de ARN, como tARN o
rARN.
Los genes que codifican para polipéptidos o ARN
se denominan genes estructurales.
El ADN también contiene otros segmentos que
tienen una función puramente reguladora:
secuencias reguladoras.
Colinealidad de las secuencias de nucleótidos de ADN y
mARN y de las secuencias de aminoácidos.
Los intrones
interrumpen
la
colinealidad
CROMATINA Y ESTRUCTURA NUCLEAR
En las células eucarióticas que no se hallan en proceso de división, el material
cromosómico, denominado CROMATINA, es amorfo y se halla disperso y
desordenado en el núcleo.
Cuando las células se preparan para dividirse la cromatina se condensa y se
estructura en cromosomas bien definidos.
La cromatina consiste en fibras que contienen tanto ADN como proteínas.
El ADN se encuentra asociado a pequeñas proteínas básicas llamadas
HISTONAS, que empaquetan y ordenan el ADN en pequeñas unidades
estructurales llamadas NUCLEOSOMAS.
ADN de enlace
Núcleo de
HISTONA del
nucleosoma
2 cromátidas
(10 vueltas c.u.)
1 vuelta
(3 rosetas)
1 roseta
(6 bucles)
1 bucle
(75.000 pb)
Fibras 30 nm
Cromatina en
forma de cuentas
de rosario
CARIOTIPO
clasificación de los cromosomas para identificar las
anormalidades morfológicas y numéricas
METABOLISMO DEL ADN
Metabolismo del ADN Replicación: produce una replica exacta.
Reparación Existe una baja tolerancia biológica a
cambios en la secuencia del ADN.
Es la única molécula para la que
existen mecanismos de reparación.
Recombinación: se produce por la necesidad de un grado de
diversidad genética nuevas combinaciones de ALELO (sin
alterar la disposición génica)
Forma alternativa de un
mismo GEN
Las enzimas que degradan el ADN se llaman NUCLEASAS o
DNasa.
exonucleasas: degradan el ADN desde los extremos, puede haber
específicas: 5’3’ o 3’ 5’.
• endonucleasas: actuan en el interior. Algunas cortan en
secuencias específicas. Ej. Las endonucleasas de restricción.
DNA POLIMERASA
Reacción catalizada por la ADN polimerasa
Replicación del ADN de E. Coli
Eliminación de los cebadores de RNA y unión de fragmentos
(procariotas)
Eucariotas: eliminación de fragmentos ARN por ARNasa H
(exonucleasa 5’—3’), huecos: polimerasa δ y luego ADN ligasa
Acción de las topoisomerasas durante la replicación del DNA
Modelo de la horquilla de replicación de E. Coli
Las ADN polimerasas son muy precisas
CORRECCIÓN DE PRUEBAS
-Las ADN polimerasas tienen una actividad
exonucleasa 3’5’ separad
