Biología. 2º Bachillerato BIOQUÍMICA ÁCIDOS NUCLEICOS. Son macromoléculas biológicas de carácter ácido que se descubrieron en el interior del núcleo de

Biología. 2º BachilleratoBIOQUÍMICA

ÁCIDOS NUCLEICOS.• Son macromoléculas biológicas de carácter ácido que se descubrieron en

el interior del núcleo de las células eucariotas. Se distinguían de los otros componentes del núcleo, porque eran muy ricas en fósforo, concretamente ácido fosfórico.

• Son el ADN y ARN.• El ADN es el almacén de la información genética y la molécula encargada

de transmitirla a la descendencia.• El ARN es la molécula que extrae la información del ADN y dirige la

síntesis de proteínas a partir de esta información.


PIRIMIDÍNICAS

PÚRICAS

Citosina Timina(exclusiva del ADN)

Uracilo(exclusiva del ARN)

Adenina Guanina

Componentes del ADN: bases nitrogenadas (A, G, C, T), dexosirribosa, ácido fosfórico.

Componentes del ARN: bases nitrogenadas (A, G, C, U), ribosa , ácido fosfórico.

Bases nitrogenadas.


H2O

BASE NITROGENADA (Adenina)

PENTOSA (Ribosa)

NUCLEÓSIDO (Adenosina)

ION FOSFATO

Enlace N-glucosídico

NUCLEÓTIDO (Adenosín 5’-monofosfato)

Enlace éster

H2O

Nucleósido: azúcar+ base nitrogenada. Enlace N-glucosídico.

Nucleótido: nucleósido+ácido

fosfórico. Enlace éster fosfórico.


ADN: formado por dos cadenas de polinucleótidos de A,G,C,T unidos en la dirección 5´ 3´mediante enlaces fosfodiéster. Las dos cadenas se enrollan formando una doble hélice. Su peso molecular es muy elevado 3.6x10¹² y contiene 5,6x10000000000 pares de nucleótidos.

El ADN en las células eucariotas se encuentra , principalmente en el núcleo , pero también en mitocondrias y cloroplastos. El ADN nuclear está unido a proteínas básicas denominadas histonas , y a otras proteínas denominadas no histónicas , está asociación se conoce como fibra de cromatina. El ADN de mitocondrias y cloroplastos es similar al de las células procariotas.

El ADN de células procariotas, está asociado a proteínas parecidas a las histonas , a ARN y a proteínas no histónicas, formando una condensación denominada nucleoide, que a diferencia del núcleo no está delimitado por ninguna membrana envolvente. En los virus también se han observado asociaciones con proteínas básicas propias o con histonas de la célula parasitada.

La longitud del ADN, en general es mayor cuanto mayor es la complejidad del organismo. En general varía desde 1.7µ en virus hasta los 2.36 m del ser humano, pasando por 1.36nm de bacteria,11.2 cm en Drosophila, 0.57m del erizo de mar, los 0.93 m del gallo o las 1.89del perro.

En el ADN se distinguen tres niveles estructurales:• Estructura primaria , secuencia de nucleótidos.• Estructura secundaria: doble hélice • Estructura terciaria : fibra de cromatina


Estructura primaria del ADN

• Es la secuencia de nucleótidos, unidos por enlaces fosfodiéster. En la dirección 5´ 3

Adenina

Citosina

Timina

Guanina

Extremo 3’

• La cadena presenta dos extremos libres: el 5’ unido al grupo fosfato y el 3’ unido a un hidroxilo.

• La secuencia se nombra con la inicial de la base que contiene cada nucleótido:

Extremo 5’

ACGT



La estructura secundaria del ADN corresponde a la doble hélice y se descubrió a partir de los siguientes datos experimentales que fueron aportando diferentes investigadores:

• La densidad y viscosidad de las dispersiones acuosas del ADN eran superiores a las esperadas, es decir , a las que se habían calculado a partir de su composición química y masa molecular. Esto les hizo suponer a los investigadores que las cadenas de ADN debían unirse entre ellas por medio de puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas.

• Todos los ADN tienen tantas moléculas de A como de T y de C como de G. Chargaff observó que se cumplía que A/T= 1 y C/G= 1, esto explica que los puentes de H se establecían entre A y T y entre C y G, es decir existía una complementariedad de bases. Se establecían dos puentes de H entre adenina y timina y tres puentes de H entre citosina y guanina.

• El ADN tiene una estructura fibrilar de 20 Å de diámetro, cada pareja de nucleótidos está separada de la siguiente por una distancia de 3.4 Å y cada vuelta de la doble hélice está formada por diez pares de nucleótidos, lo que supone una longitud de 34Å por vuelta de hélice. Estas conclusiones se elaboraron gracias a los análisis mediante difracción de rayos X de los físicos Rosalind Franklin y Maurice Wilkins en los años 1950 y 1953.


Estructura secundaria del ADN.

• Es una doble hélice de 2 nm de diámetro.

2 nm

Par de bases nitrogenadas

• Las bases nitrogenadas se encuentran en el interior.

• Las parejas de bases se encuentran unidas a un armazón formado por las pentosas y los grupos fosfato.

Armazón fosfoglucídico

• El enrollamiento es dextrógiro

• Cada pareja de nucleótidos está situada a 0,34 nm de la siguiente y cada vuelta de doble hélice contiene 10 pares de nucleótidos.

3,4 nm0,34 nm

• Las dos cadenas son antiparalelas y complementarias.

Doble hélice de Watson y Crick

• Se establiza por interacciones hidrofóbicas



Complementariedad entre las bases

Las bases de ambas cadenas se mantienen unidas por enlaces de hidrógeno.

Adenina Timina

Guanina Citosina

3 Enlaces de hidrógeno

2 Enlaces de hidrógeno

El número de enlaces de hidrógeno depende de la complementariedad de las bases.


Estructura del ADN

Extremo 3’

Extremo 5’

Extremo 3’

Extremo 5’


Desnaturalización e hibridación del ADN

La desnaturalización se produce al separarse las dos hebras por la rotura de los enlaces de hidrógeno.

pH>13o

Tª 100 °C

Desnaturalización Desnaturalización

Renaturalización Renaturalización

Desenrollamiento de las hélices

Dobles hélices de ADN

Cadenas sencillas de ADN

A la temperatura de fusión (Tm) el 50% de la doble hélice está separada.

Manteniendo una temperatura de 65 °C durante un tiempo prolongado se puede producir la renaturalización o hibridación del ADN.


Técnica de hibridación para la detección de enfermedades

1.- Se identifica la secuencia de ADN que presentan los enfermos.

2.- Mediante ingeniería genética se construye una sonda marcada radiactivamente con la secuencia complementaria del ADN enfermo.

3.- Se extrae una muestra de ADN de la persona que se quiere dignosticar.

4.- Se desnaturaliza y se añade la sonda.

5.- Se deja renatularizar.

6.- Mediante enzimas, se hidroliza todo el ADN que no esté en forma de doble hélice, destruyendo la sonda que no ha hibridado.

7.- El ADN de doble cadena se transfiere a un papel de nitrocelulosa y se mide la radiactividad.

Si aparecen bandas radiactivas la sonda ha hibridado y la persona presenta la anomalía.


Función biológica del ADN

El ADN almacena y transmite la información genética ya que puede realizar copias de sí mismo.

REPLICACIÓN DEL ADN



Tipos de ADN

ADN monocatenario lineal (virus). Parvovirus

ADN bicatenario lineal (virus del herpes) y el del núcleo de c. eucariotas

ADN monocatenario circular (virus) Ø X-174

ADN bicatenario circular (bacterias)

Cromatina (eucariotas)

ADN asociado a histonas

Dímero concatenado (mitocondrias)

Cromosomas


Niveles de empaquetamiento del ADN del núcleo.• Primer nivel de empaquetamiento o fibra de cromatina de 100Å , llamada “collar de perlas”,

está constituida por la fibra de ADN de 20 Å, asociada a histonas , proteínas básicas de bajo peso molecular. Estructuralmente esta fibra de cromatina está constituida por una sucesión de partículas de 100Å de diámetro denominadas nucelosomas. Cada nucleosoma está formado por un octámero de histonas (ocho moléculas de de cuatro tipos diferentes de histonas, dos

moléculas de H2A, dos moléculas de H2B, dos moléculas de H3 y otras dos de H4) y por una fibra de ADN de 200 pares de bases de longitud.. El ADN que hay entre un octámero y el siguiente se denomina ADN espaciador. Esta fibra de cromatina de 100Å se encuentra en

forma laxa. Pero si el nucleosoma se asocia a una molécula de histona H1, la fibra se acorta y se pasa a estar condensada. La fibra de cromatina de 100Å también recibe el nombre de

filamento nucleosómico.

• Segundo nivel de empaquetamiento o fibra de cromatina de 300Å, se forma por el enrollamiento sobre si misma de la fibra de cromatina de 100Å condensada , es decir que tiene la H1. En cada vuelta hay 6 nucleosomas y seis histonas H1, que agrupan el eje central de la

fibra de 300Å. Esto provoca un acortamiento de entre 35 y 40 veces la fibra de 20Å.

• Tercer nivel de empaquetamiento dominio en forma de bucle. La fibra de 300Å forma una serie de bucles, unos 600Å

• Los siguientes niveles de empaquetamiento son que unos 6 bucles forman un rosetón y luego los rosetones se van retorciendo en espiral para formar el cromosoma. Con el

cromosoma se reduce la longitud del ADN en 7000 veces.

Empaquetamiento del ADN en bacterias y mitocondrias.

En el ADN bacteriano o mitocondrial , la estructuta terciaria consiste en la fibra de 20Å retorcida sobre si misma formando una superhélice, que se denomina ADN

superenrrollado.









ADN bacteriano superenrrollado


El ácido ribonucleico (ARN)

Bases complementarias.

Zona de doble hélice (horquilla).

Bucle

ARN: constituido por nucleótidos de ribosa y cuatro bases nitrogenadas, A, G, C, U. Los ribonucleótidos se unen en la dirección 5´ - 3´mediante enlaces fosfodiéster.

El ARN es casi siempre monocatenario, excepto en algunos casos como en los reovirus que es bicatenario. Se encuentra en muchos tipos de virus y en las células procariotas y eucariotas, En estas últimas hay de cinco a diez veces más ARN que ADN.


ARN mensajero

ADN

ARN mensajero

Su función es copiar la información genética del ADN y llevarla hasta los ribosomas.

En eucariotas porta información para que se sintetice una proteína: MONOCISTRÓNICO.

En procariotas contiene información separada para la síntesis de varias proteínas distintas: POLICISTRÓNICO.

Tiene una vida muy corta (algunos minutos) ya que es destruído rápidamente por las ribonucleasas.

Es moncatenario lineal, pero presenta zonas de doble hélice, debido a la complementariedad de bases entre diferentes segmentos (estructura secundaria) y zonas monocatenarias que dan lugar a los lazos en herradura.. Se encuentra asociado a proteínas formando partículas ribonucleoproteícas ,(estructura terciaria). Pm= 200000-1000000u.


El ARN m se forma a partir del transcrito primario pre-ARNm . Este pre- ARN posee una serie de segmentos con información denominados exones y otros sin información intrones que luego son suprimidos y no aparecen en el ARN m.

Este proceso se denomina maduración y se produce en el núcleo. En el extremo 5´hay una gunaosina trifosfato invertida y metilada en el nitrógeno 7. Esta molécula se denomina caperuza, bloquea la acción de las exonucleasas que pueden destruir el ARNm y constituye la señal de inicio en la síntesis de proteínas. A continuación hay un segmento sin información seguido de otro con información que suele empezar por AUG. En el extremo 3´ posee unos 200 nucleótidos de A que sirven de estabilizador frente a las enzimas exonucleasas.El ARN procariota no presenta intrones, ni caperuza ni cola de poli A.




ARN de transferencia

3’

5’

Brazo T

Brazo A

Brazo D

Anticodón

Todos los tipos de ARNt comparten algunas características:

En el extremo 5’ un triplete que tiene guanina y un ácido fosfórico libre.

En el extremo 3’ tres bases (C-C-A) sin aparear. Por este extremo se une al aminoácido.

En el brazo A un triplete de bases llamado anticodón diferente para cada ARNt en función del aminoácido que transportan.

Zona de unión a la enzima que lo une al aminoácido.

Zona de unión al ribosoma.

Zona de unión al ARNm.

Además de las bases A,G,C;U aparecen otras como dihidrouridina, inosina…

ARNt: Tiene entre 70 y 90 nucleótidos, con un peso molecular de 25000u. Se encuentra en el citoplasma y se sintetiza en el nucleoplasma. Su función es transportar los aminoácidos hasta los ribosomas , donde según la secuencia especificada en un ARNm se sintetizan las proteínas. Estructura secundaria (hoja de trébol) y terciaria( L invertida)

3´


En eucariotas la subunidad menor es 40S y tiene ARNr 18S , la subunidad mayor 60 S tiene ARN r 28 S, 5,8 S y 5 S . En procariotas la subunidad menor tiene 30S tiene ARN 16S y la mayor 50 S ARN r 23S y 5S

Se encuentra en los ribosomas, representa el 60% del peso de dichos orgánulos. Presenta segmentos monocatenarios y de doble hélice, por secuencias complementarias. Su masa molecular oscila entre 500000 y 1700000u. La masa de los ARNr y de los ribosomas se expresa en unidades Svedberg. La células procariotas presentan ribosomas 70S y las de células eucariotas 80S.


ARN nucleolar

Se encuentra asociado a diferentes proteínas formando el nucléolo. Se forma a partir de diferentes segmentos de ADN, el principal de ellos es el organizador nucleolar., que da lugar a un ARN 45S que se asocia a proteínas procedentes del citoplasma y forman una ribonucleoproteína . Este ARN 45 S se escinde en ARNr 28 S, ARNr 5.8 S y ARN r 18 S. El otro ARN r que forma parte de los ribosomas el 5 S se sintetiza en el nucleoplasma.

Otros tipos de ARN

ARN pequeño nucleolar de tamaño pequeño , se encuentra en el núcleo de las células eucariotas. Se une a ciertas proteínas del núcleo formando las ribonucleoproteínas nucleares que actúan eliminado los intrones en el proceso de maduración del ARNm gracias a las secuencias complementarias de los extremos de los intrones.

ARN de interferencia. De doble cadena y con solo 20 a 25 nucleótidos, es utilizado por determinadas enzimas para reconocer ARN m concretos, por la complementariedad de las bases con una de sus cadenas, después los degrada, impidiendo que estos ARNm originen proteínas. Se considera que son un mecanismo de autocontrol de la célula.



Tipo de ARN Función Lugar de síntesis

ARNm Transferencia de información

desde el núcleo al citoplasmanucleoplasma

ARNt Llevar los aa hasta el ARNm en

los ribosomasNucleoplasma

ARNr Forma los ribosomas ARN 28S nucleolo

ARN 18S nucleolo

ARN 5.8Snucleolo

ARN 5S nucleoplasma

ARNn Componente principal del

nucleolo. Forma los ARN rnucleolo

ARN pn Elimina intrones Nucleoplasma


Funciones del ARN

ARN mensajero

Ribosoma

El ribosoma es el encargado de la traducción del ARNm y está formado por ARN ribosómico y proteínas.

ProteínaARN de transferencia con aminoácido

ADN

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Biología. 2º Bachillerato BIOQUÍMICA ÁCIDOS NUCLEICOS. Son macromoléculas biológicas de carácter ácido que se descubrieron en el interior del núcleo de