Ácidos Nucleicos

Ácidos Nucleicos

Os ácidos nucleicos son macromoléculas compostas por Carbono, Hidróxeno, Osíxeno, Nitróxeno e Fósforo.

Son polímeros formados pola repetición de monómeros chamados nucleótidos, unidos mediante enlaces fosfodiéster. Fórmanse, así, longas cadeas ou polinucleótidos, o que fai que algunhas destas moléculas cheguen a atinxir tamaños xigantes (de millóns de nucleótidos de longo), as moléculas máis grandes que se coñecen.

O descubrimento dos ácidos nucleicos débese a Friedrich Miescher que na década de 1860 illou dos núcleos das células unha substancia ácida á que chamou nucleína, nome que posteriormente se cambiou a ácido nucleico.

Constituíntes esenciais dos Ácidos Nucleicos

Por hidrólise completa os ácidos nucleicos sepáranse nos seus constituíntes esenciais:

• Ácido Fosfórico

• Aldopentosas. Si a pentosa é a Ribosa o ácido é Ribonucleico (=ARN); pola contra, si é a Desoxirribosa o ácido é Desoxirribonucleico (=ADN)

• Bases Nitroxenadas. Poden derivar da Purina (Guanina e Adenina, que se atopan tanto no ADN como no ARN) ou da Pirimidina (Citosina [presente no ADN e no ARN], Timina [exclusiva do ADN] e Uracilo [exclusiva do ARN])

1 de 32

Ácidos Nucleicos

As bases nitroxenadas son compostos orgánicos cíclicos, que inclúen dous ou máis átomos de nitróxeno. Son parte fundamental dos nucleósidos1, nucleótidos e ácidos nucleicos.

1 Un nucleósido resulta da unión dunha base nitroxenada (pode ser unha pirimidina ou unha purina) unida por un enlace covalente (enlace N-glucósidico entre o carbono 1’ da pentosa e o nitróxeno 9 na base púrica ou o nitróxeno 1 na base pirimidínica) a un azucre de 5 átomos (pentosa) de carbono, ribosa ou desoxirribosa. Os nucleósidos poden combinarse cun grupo fosfórico (ácido fosfórico: H3PO4) producindo nucleótidos, que son oscompoñentes moleculares básicos do ADN e o ARN.

2 de 32

Ácidos Nucleicos

Bioloxicamente existen cinco bases nitroxenadas principais, que se clasifican en dous grupos :

• Bases Púricas (derivadas da estrutura da purina)

A purina é un un composto orgánico heterocíclicoaromático formado por dous aneis fusionados, un deseis átomos (anel de pirimidina) e outro de cinco(anel de imidazol). En total estes aneis presentancatro nitróxenos.

Dúas das bases nitroxenadas dos ácidos nucleicos,denominadas bases púricas, Adenina (taménchamada 6-aminopurina) e Guanina (ou 2-amino-6-oxo-purina), son derivados dunha purina.

Cando as purinas son metabolizadas no interiordas células prodúcese ácido úrico. Este ácido úrico pode cristalizar nas articulacións, por diferentes motivos, producindo a gota. Cando se degradan no intestino delgado por mediode enzimas pancreáticos hidrolízanse en nucleósidos e bases libres e non forman o ácido úrico

• Bases Pirimidínicas (derivadas da estrutura da pirimidina)

A pirimidina é un composto orgánico, similar ó benceno, perocun anel heterocíclico: dous átomos de nitróxeno substitúen ócarbono nas posicións 1 e 3. Os principais derivados da pirimidinason tres bases dos ácidos nucleicos (citosina, timina e uracilo) quelevan os seguintes nomes: a Timina (é a 5-metil-2,4-dioxipirimidina aínda que tamén se leva o nome de 5-metiluracilo),a Citosina (é a 2-oxi-4-aminopirimidina) e o Uracilo (é a 2,4-dioxipirimidina)

Por tanto, a adenina (A) e a guanina (G) son púricas, mentres que a timina (T), a citosina (C) eo uracilo (U) son pirimidínicas. As catro primeiras bases atópanse no ADN, mentres que no ARNen lugar de timina existe o uracilo.

Por comodidade, cada unha das bases represéntase pola letra indicada. Un punto fundamental é que as bases nitroxenadas son complementarias entre si, é dicir, forman parellas de igual maneira que o farían unha chave e a súa pechadura. A adenina e a timina son complementarias (A-T), ó igual que a guanina e a citosina (G-C). Dado que no ARN non existe timina, a complementariedade establécese entre adenina e uracilo (A-U). A complementariedade das basesé a clave da estrutura do ADN e ten importantes implicacións, pois permite procesos como a replicación do ADN e a tradución do ARN en proteínas.

3 de 32

Ácidos Nucleicos

4 de 32

Ácidos Nucleicos

Nucleósidos

Fórmanse mediante a unión dunha Pentosa (ß-D-Ribofuranosa ou ß-D-Desoxirribofuranosa)cunha Base Nitroxenada, mediante un enlace N-Glicosídico entre o Carbono 1' da pentosa e o Nitróxeno 1 da Base Nitroxenada si esta é Pirimidínica, ou o Nitróxeno 9 si é Púrica.

Os Nucleósidos noméanseengadindo a terminación ─osina aonome da base púrica, e a terminación─idina para o caso das basespirimidínicas. Si a pentosa é a ß-D-Desoxirribofuranosa (ADN)anteponse o prefixo Desoxi─ aonome da base nitroxenada.

É dicir,

ARN :

Adenosina - Guanosina -

Citidina – Uridina

ADN :

Desoxiadenosina

Desoxiguanosina

Desoxicitidina

Desoxitimidina

En resume, os nucleósidos podenser de dous tipos, dependendo dapentosa que conteñan:

• Ribonucleósidos: a pentosaé a ribosa.

• Desoxirribonucleósidos: apentosa é a 2-desoxirribosa.

5 de 32

Ácidos Nucleicos

6 de 32

Ácidos Nucleicos

Nucleótidos

Os nucleósidos poden combinarse cun grupo fosfórico (ácido fosfórico: H3PO4) mediante

determinadas quinasas da célula, producindo nucleótidos, que son os compoñentes moleculares básicos do ADN e o ARN.

Fórmanse mediante a unión dunha molécula de Ácido Fosfórico e un Nucleósido, a través do grupo hidroxilo do Carbono 5' (ou do Carbono 3') da Pentosa. Debido á ionización do grupo fosfato, os nucleótidos presentan un forte carácter ácido.

Os nucleótidos noméanse antepoñendo a palabra Ácido ao nome da base, e engadindo a terminación ─ílico. No caso dos nucleótidos do ADN ao nome da base engádeselle o prefixo Desoxi─.

Desta forma, por exemplo, no caso do ARN :

Ac. Adenílico = Adenosín-5'-Fosfato = Adenosín Monofosfato = AMP

Ac. Guanílico = Guanosín-5'-Fosfato = Guanosín Monofosfato = GMP

Ácido Citidílico = Citidín-5'-Fosfato = Citidín Monofosfato = CMP

Ácido Uridílico = Uridín-5'-Fosfato = Uridín Monofosfato = UMP

7 de 32

Ácidos Nucleicos

8 de 32

Ácidos Nucleicos

ÁCIDOS NUCLEICOS : Características xerais

Os Ácidos Nucleicos son polinucleótidos. Os nucleótidos únense entre si a través do radical fosfato situado no Carbono 5' dun nucleótido e do grupo Hidroxilo do Carbono 3' do outro nucleótido. A unión verifícase, por conseguinte, mediante o establecemento de enlaces Fosfodiéster.

Segundo o tipo de pentosa que presenten os ácidos, distínguense o Ácido Desoxirribonucleico(=ADN) e o Ácido Ribonucleico (=ARN).

9 de 32

Ácidos Nucleicos

ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (= ADN )

O ADN está formado por nucleótidos de Guanina, Adenina, Citosina e Timina, que se unen entre si mediante enlaces fosfodiéster no sentido 5'───» 3'.

• Estrutura Primaria do ADN

A estrutura primaria representa a secuencia de nucleótidos dunha soa febra ou cadea. Todos os individuos pertencentes a unha mesma especie posúen a mesma proporción de Guanina, Adenina, Citosina e Timina; este feito débese a que as características morfolóxicas e fisiolóxicas son moi similares dentro dunha determinada especie.

• Estrutura Secundaria do ADN

A estrutura secundaria do ADN representa a disposiciónno espazo de dous febras ou cadeas de polinucleótidosformando unha Dobre Hélice, coas Bases nitroxenadasenfrontadas e unidas mediante pontes de Hidróxeno.

10 de 32

Ácidos Nucleicos

Erwin CHARGAFF

Erwin Chargaff, nos anos 50, mediante unha serie de experiencias chegou a unha serie de conclusións moi importantes, que máis tarde serían utilizadas para formular a estrutura tridimensional do ADN :

• A proporción relativa das catro basees presenta unha gran variabilidade entre as diferentes especies. Con todo, estas proporcións son similares entre individuos da mesmaespecie.

• A cantidade de Adenina é igual á cantidade de Timina, e a cantidade de Citosina igual á de Guanina. Isto indica que as pontes de Hidróxeno de unión entre as bases establécense entre Adenina e Timina (cunha dobre ponte de Hidróxeno) e entre Citosina e Guanina (cunha tripla ponte de Hidróxenon). Este é o denominado Principio de Equivalencia das Bases.

• Como consecuencia do anterior dedúcese que a cantidade de Bases Púricas é igual á cantidade de Bases Pirimidínicas.

Rosalind FRANKLIN e Maurice WILKINS

A partir dos estudos do ADN mediante difracción de Raios X FRANKLIN e WILKINS observaron, entre 1950 e 1953, que o ADN tiña unha estrutura fibrilar, de 20 Å de diámetro, na que se repetían certas unidades cada 3,4 Å, e que presentaba outra repetición maior cada 34 Å.

Franklin dedicouse á bioloxía molecular e colaborou no descubrimento do ADN tras doutorarse en química-física na Universidade de Cambridge no 1945. Aprendeu técnicas de difracción de raios X durante unha estadía de tres anos en París, no Laboratorio Central dos Servicios Químicos do Estado, tras o que se converteu en investigadora asociada no King's College de Londres.

11 de 32

Ácidos Nucleicos

Sen o seu coñecemento, outro investigador asociadodo centro, M. Wilkins, amosou a James D. Watsonalgunha fotografía de difracción de raios X de ADNtomada por ela.

Watson xunto con Francis Crick, tiveron éxito endeterminar posteriormente a estrutura da molécula.

No mesmo número de Nature no que se publicou oartigo crucial de Watson e Crick publicáronse taménoutros de Wilkins e Franklin sobre o soporte de datos dadifracción de raios X.

Watson, Crick e Wilkins foron galardoados co PremioNobel de Medicina en 1962.

Por contra a Rosalind Franklin non lle foi concedido opremio, coa excusa de que xa non estaba viva. Elafalecera de cancro de ovario o 16 de Abril de 1958 aos37 anos de idade.

Rosalind Franklin's DNA diffraction photograph

12 de 32

Ácidos Nucleicos

Francis CRICK e James WATSON

Baseándose nos datos comentados anteriormente WATSON e CRICK elaboraron en 1953 un modelo tridimensional do ADN : o modelo da Dobre Hélice.

Segundo este modelo o ADN estaría formado por dúas cadeas de polinucleótidos antiparalelas, complementarias e plectonémicas (=fíos enrolados; é dicir, en dobre hélice).

Modelos de dobre hélice do ADN

O modelo básico elaborado por WATSON e CRICK é aceptado actualmente para o ADN en disolución. Con todo, estudos posteriores demostraron que o ADN pode formar outras estruturas.

• Forma B. É a estrutura descrita por WATSON e CRICK, sendo a máis común en condicións biolóxicas. En dita conformación, os planos dos pares de bases son perpendiculares ao eixe da dobre hélice. É unha hélice dextróxira.

• Forma A .Tamén é dextróxira, pero as bases complementarias atópanse en planos inclinados, de maneira que o eixe da molécula atravesa devanditos planos por puntos desprazados do centro. Fórmase por deshidratación da forma B.

• Forma Z. É unha hélice levóxira, cun enrolamento irregular que provoca unha configuración en zig-zag, á que fai referencia o seu nome. A formación do ADN-Z prodúcese durante a transcripción de xenes, nos puntos de inicio da transcripción preto dos promotores de xenes que se transcriben de xeito activo.

A-DNA

(esquerda)

B-DNA

(centro)

Z-DNA

(dereita)

13 de 32

Ácidos Nucleicos

• Estrutura Terciaria do ADN : Niveis de Empaquetamento

Tanto no protoplasma bacteriano como no núcleo das células eucariotas debe resolverse o mesmo problema : como almacenar grandes cantidades de ADN nun volume reducido. No caso das bacterias isto conséguese grazas a un superenrolamiento do cromosoma circular. Con todo, nos eucariotas podemos diferenciar distintos grados de empaquetamiento, dependendo do momento no que se sitúa a célula dentro do seu Ciclo Celular. Deste xeito, distinguimos diferentes Niveis de Empaquetamiento :

1. Primeiro Nivel : Estrutura Cristalina e Colar de Perlas

O primeiro nivel de empaquetamento do ADN do núcleo celular eucariótico consiste na asociación da dobre hélice de ADN con Proteínas nucleares : as Histonas e as Protaminas.

Segundo cales sexan ditas proteínas e a estrutura de asociación que se forma, coñécense dous tipos de empaquetamento primario : Estrutura Cristalina e Estrutura en Colar de Perlas.

Estrutura Cristalina. Resulta da asociación do ADN con Protaminas , e é característica do núcleo dos espermatozoides. Ditas proteínas están fortemente unidas ao ADN, e constitúen agregados que se dispoñen ordenadamente, ocupando o mínimo espazo e formando unha estrutura cristalina.

Estrutura en Colar de Perlas. Denomínase tamén Fibra de Cromatina de 100 Å (100 10-10m). Atópase no núcleo en repouso das células somáticas formando a Cromatina.

O Colar de Perlas está constituído por unha sucesión de partículas de 100 Å de diámetro (formadas por un octámero de Histonas : H2A ,H2B, H3 e H4 (dúas moléculas de cada) enlazadas por unha dobre hélice de ADN. Ditas partículas se denominan Nucleosomas.

Cada Nucleosoma pódese asociar a unha nova Histona (H1), o que provoca unha maiorcondensación da fibra cromatínica, e que permite distinguir entre Fibra de Cromatina de 100 Å laxa (sen histona H1) e Fibra de Cromatina de 100 Å condensada (con histona H1).

2. Segundo Nivel : Fibra de Cromatina de 300 Å

O segundo nivel de empaquetamento do ADN é a denominada Fibra de Cromatina de 300 Å. Fórmase ao enrolarse sobre si mesma a fibra condensada de cromatina de 100 Å; édicir, aquelas fibras que posúen Histonas H1.

14 de 32

Ácidos Nucleicos

3. Terceiro Nivel : Dominios Estruturais en forma de Bucles

Co empaquetamento que supón a fibra de 300 Å só se consegue reducir entre 35 e 40 veces a lonxitude da fibra de ADN. Con todo, no Núcleo, o grado de empaquetamento do ADN é da orde de 100 a 1000, e nos cromosomas é case de 10 000.

Desta forma, describíronse a existencia de Bucles , que tenden a enrolar aínda máis o segundo nivel de empaquetamento, constituíndose así este Terceiro Nivel.

4. Cuarto Nivel : Cromosomas

Cando a célula entra en Mitose a cromatina organízase e os bucles de cada fibra compáctanse extraordinariamente e se enrolan para formar un Cromosoma.

15 de 32

Ácidos Nucleicos

16 de 32

Ácidos Nucleicos

Desnaturalización do ADN

A desnaturalización do ADN foi unha das primeiras probas experimentais realizadas para demostrar a complementariedade das bases nitroxenadas. A dobre hélice de ADN é moi estable en condicións fisiolóxicas; pola contra, a separación das dúas cadeas é imprescindible para realizar as funcións de replicación e transcrición.

Se quentamos unha solución de ADN ata valores próximos aos 100ºC, ou si se somete o medio a variacións de pH, o ADN desnaturalízase, producíndose a ruptura das pontes de Hidróxeno que mantiñan estable a dobre hélice.

Á temperatura á cal o 50 % da dobre hélice atópase separada denomínase Temperatura de Fusión (= TM), quen depende directamente daproporción das distintas bases.

Se unha disolución de ADN desnaturalizadoarrefríase lentamente pode chegar a renaturalizarse .Esta particularidade permite formar moléculashíbridas de ADN ao arrefriar lentamente mesturasdos ADN desnaturalizados de distintas especies.

Este método úsase para estudar a similitudexenética entre representantes de distintos grupostaxonómicos.

17 de 32

Ácidos Nucleicos

ÁCIDO RIBONUCLEICO (= ARN 2 )

O Ácido Ribonucleico está formado por Nucleótidos de Ribosa, coas Bases nitroxenadas Adenina, Guanina, Citosina e Uracilo. Estes nucleótidos únense entre eles mediante enlaces fosfodiéster no sentido 5'──» 3', do mesmo xeito que o ADN.

A diferenza do ADN, o ARN é case sempre monocatenario, excepto nos Reovirus. Ademais, en determinadas rexións a febra de ARN pode formar unha estrutura secundaria en dobre hélice,pola complementariedade das bases nitroxenadas, e ata estrutura terciaria ao asociarse a proteínas.

2 Aínda que en todo o mundo hispano ARN significa "Ácido Ribonucleico", internacionalmente esas siglas significan "Adenosín RiboNucleótido". Débese ter en conta que o mundo da investigación móvese en inglés, e nese idioma calquera que vexa ARN entenderá Adenosín Ribonucleótido, sendo o ácido ribonucleico RNA.

18 de 32

Ácidos Nucleicos

19 de 32

Ácidos Nucleicos

Tipos de ARN

O ARN mensaxeiro (ARNm) é o tipo de ARN que leva a información do ADN aos ribosomas, o lugar da síntese de proteínas. A secuencia de nucleótidos do ARNm determina a secuencia de aminoácidos da proteína. Por iso, o ARNm é denominado ARN codificante.

Porén, moitos ARN non codifican proteínas, e reciben o nome de ARN non codificantes; orixínanse a partir de xenes propios (xenes ARN), ou son os intróns rexeitados durante o procesode splicing. Son ARN non codificantes o ARN de transferencia (ARNt) e o ARN ribosómico (ARNr), que son elementos fundamentais no proceso de tradución proteica, e diversos tipos de ARN reguladores.

Certos ARN non codificantes, denominados Ribozimas, son capaces de catalizar reaccións químicas como cortar e unir outras moléculas de ARN, ou formar enlaces peptídicos entre aminoácidos no ribosoma durante a síntese de proteínas.

ARN implicados na síntese de proteínas

• ARN mensaxeiro e ARN Heteroxéneo Nuclear

O ARN mensaxeiro (ARNm ou RNAm) leva a información sobre a secuencia de aminoácidos da proteína desde o ADN, lugar en que está inscrita, ata o ribosoma, lugar enque se sintetizan as proteínas da célula. É, xa que logo, unha molécula intermediaria entreo ADN e a proteína e o apelativo de mensaxeiro é do todo descritivo.

En eucariotas, o ARNm se sintetiza no nucleoplasma do núcleo celular, onde é procesado antes de acceder ao citosol, onde se achan os ribosomas, a través dos poros da envoltura nuclear.

O ARN mensaxeiro ten unha estrutura diferente en Procariotas e en Eucariotas. O ARNm eucariótico ten zonas con estrutura primaria e zonas con estrutura secundaria en dobre hélice, que dan lugar aos chamados Lazos de Ferradura; constitúe do 2% ao 5% dototal de ARN celular.

O ARNm fórmase a partir de pre-ARNm , tamén chamado ARN Heteroxéneo Nuclear (=ARNhn), nome que fai referencia á variabilidade do seu tamaño. Este ARNhnse sintetiza enzimáticamente no Núcleo da célula, sendo a súa secuencia de bases complementaria dun fragmento dunha das cadeas de ADN. Posúe unha serie de segmentos con información (=Exóns) alternados con outros sen información aparente (=Intróns) que logo son suprimidos e non aparecen no ARNm.

20 de 32

Ácidos Nucleicos

Devandito proceso de transformación do ARNhn en ARNm denomínase maduración, e lévase a cabo no núcleo celular. Nas Bacterias este proceso de maduración non ten lugar, posto que carecen de intróns.

En definitiva, o ARNm actúa como intermediario no traslado da información xenética do ADN desde o Núcleo ata o Citosol.

21 de 32

Ácidos Nucleicos

• ARN de transferencia

Os ARN de transferencia (ARNt ou tRNA) son curtos polímeros duns 80 nucleótidos que transfire un aminoácido específico ao polipéptido en crecemento; únense a lugares específicos do ribosoma durante a tradución.

Teñen un sitio específico para afixación do aminoácido (extremo 3') eun anticodón formado por un tripletede nucleótidos que se une ao codóncomplementario do ARNm mediantepontes de hidróxeno.

O ARNt é monocatenario e presentaalgunhas zonas con estruturasecundaria, debido ao apareamento desecuencias de bases complementarias. Representa o 15% do total de ARN daCélula e atópase no Citoplasma enforma de molécula dispersa. Hai uns 50 tipos de ARNt diferentes. A súa misión consiste en captar aminoácidos específicos no citosol e transportalos ata os Ribosomas, onde, segundo a secuencia especificada por un ARN mensaxeiro, se sintetizan as Proteínas.

A unión co aminoácido específico realízasemediante un enlace éster no grupo hidroxilodo extremo 3' terminal do ARNt, onde semprehai unha secuencia "Citosina-Citosina-Adenina" (CCA). No anticodón hai diferentestripletes, quen definen o aminoácido que sevai a unir a devandito ARNt.

Ademais das bases nitroxenadas principais(A,G,C,U) localízanse outras basesnitroxenadas secundarias, en proporciónspróximas ao 10% do total de bases, entre asque se inclúen formas metiladas das basesnormais e outras pouco frecuentes, esenciaispara que a molécula adquira a súa peculiarestrutura tridimensional.

22 de 32

Ácidos Nucleicos

• ARN ribosómico ou ribosomal (ARNr)

O ARN ribosómico ou ribosomal (ARNr ou RNAr) áchase combinado con proteínas para formar os ribosomas, onde representa unhas 2/3 partes dos mesmos. Representa o 80% do ARN total da Célula.

O ARNr presenta segmentos lineais e segmentos de dobre hélice (estrutura secundaria)debido á presenza de secuencias complementarias de ribonucleótidos.

Ademais o ARNr está asociado nos Ribosomas con proteínas, polo que presenta estrutura terciaria. Dita estrutura terciaria está relacionada coa síntese de proteínas, xa que proporciona aos ribosomas a forma adecuada para dar aloxamento a un ARNm e aos aminoácidos que van dar lugar ás proteínas.

Os ARN ribosómicos son o compoñente catalítico dos ribosomas; encárganse de crear os enlaces peptídicos entre os aminoácidos do polipéptido en formación durante a síntese de proteínas; actúan, pois, como ribozimas.

En procariotas, a subunidade maior do ribosoma contén dúas moléculas de ARNr e a subunidade menor, unha.

Nos eucariotas, a subunidade maior contén tres moléculas de ARNr e a menor, unha. En ambos casos, sobre a armazón constituída polos ARNr asócianse proteínas específicas.

O Peso do ARNr adoita expresarse en función do Coeficiente de Sedimentación de Svedberg, quen é directamente proporcional á velocidade de sedimentación da partícula durante a ultracentrifugación. A velocidade de sedimentación depende da masa, da forma e da densidade da partícula.

Un SVEDBERG equivale a 10-13 segundos, e non é proporcional ao peso molecular da molécula.

• As Células Procariotas presentan Ribosomas de 70 S, que conteñen un ARNr de 23 S e un ARNr de 5 S na Subunidade Maior (50 S), e un ARNr de 16 S na Subunidade Menor (30 S).

• As Células Eucariotas posúen Ribosomas de 80 S, que conteñen un ARNr de 28 S, outro de 5,8 S e outro de 5 S na Subunidade Maior (65 S), e un ARNr de 18 S na Subunidade Menor (40 S).

23 de 32

Ácidos Nucleicos

• ARN nucleolar (ARNn)

O ARNn atópase no Nucléolo e orixínase a partir de diferentes segmentos de ADN, un dos cales denomínase rexión organizadora nucleolar. A partir deste ADN fórmase no Nucléolo un ARN de 45 S.

A partir deste ARN de 45 S obtéñense tres ARN novos : un ARN de 18 S, un ARN de 28 S e un ARN de 5,8 S. A estes únese un ARN de 5 S sintetizado fóra do nucléolo (é dicir, no nucleoplasma a partir doutro segmento de ADN) para formar, no seu conxunto, unha gran partícula de ribonuleoproteína , quen se escinde en dúas subunidades que atravesan a membrana nuclear para acabar uníndose no citoplasma, dando lugar a un ribosoma de 80 S.

24 de 32

Ácidos Nucleicos

ARNs reguladores

Moitos tipos de ARN regulan a expresión xénica grazas a que son complementarios de rexiónsespecíficas do ARNm ou de xenes do ADN.

• ARNs de interferencia

Os ARN interferentes (ARNi ou iRNA) son moléculas de ARN que suprimen a expresión de xenes específicos mediante mecanismos coñecidos globalmente como ribointerferencia ou interferencia por ARN.

Os ARN interferentes son moléculas pequenas (de 20 a 25 nucleótidos) que se xeran por fragmentación de precursores máis longos. Pódense clasificar en tres grandes grupos:

◦ Micro ARN

Os micro ARN (miARN ou RNAmi) son cadeas curtas de 21 ó 22 nucleótidos achados en células eucariotas que se xeran a partir de precursores específicos codificados no xenoma. Ao transcribirse, se pregan en horquillas intramolecularese logo únense a enzimas formando un complexo efector que pode bloquear a tradución do ARNm ou acelerar o seu degradación comezando pola eliminación enzimática da cola de poli-A.

◦ ARN interferente pequeno

Os ARN interferentes pequenos (ARNip ou siARN), formados por 20-25 nucleótidos, prodúcense con frecuencia por rotura de ARN virais, pero poden ser tamén de orixe endóxena. Trala transcrición se ensambla nun complexo proteico denominado RISC (RNA-induced silencing complex) que identifica o ARNm complementario que é cortado en dúas metades que son degradadas pola maquinaria celular, bloquean así a expresión do xene.

◦ ARN asociados a Piwi

Os ARN asociados a Piwi (piRNAs ou Piwi-RNAs) son cadeas de 29-30 nucleótidos, propias de animais; xéranse a partir de precursores longos monocatenarios (formados por unha soa cadea). Estes ARN pequenos asócianse cunha subfamilia de proteínas denominada proteínas Piwi.

Son activos nas células da liña xerminal; crese que son un sistema defensivo contra os “ elementos xenéticos egoístas” (transposóns) e que xogan algún papel na gametoxénese.

25 de 32

Ácidos Nucleicos

• ARN antisentido

Un ARN antisentido é a cadea complementaria (non codificadora) dunha febra de ARNm (codificadora). A maioría inhiben xenes, pero uns poucos activan a transcrición.

O ARN antisentido se aparea co seu ARNm complementario formando unha molécula de dobre cadea que non pode traducirse e é degradada enzimáticamente. A introdución dun transxen codificante para un ARNm antisentido é unha técnica usada para bloquear a expresión dun xene de interese. Un ARN antisentido marcado radiactivamente pode usarse para mostrar o nivel de transcrición de xenes en varios tipos de células. Algúns tipos estructurais antisentidos son experimentais, xa que se usan como terapia antisentido.

• ARN longo non codificante

Moitos ARN longos non codificantes (ARNnc longo ou long ncARN) regulan a expresión xénica en eucariotas; un deles é o Xist que recubre un dos dous cromosomas X nas femias dos mamíferos inactivándoo (corpúsculo de Barr 3).

• Riboswitch

Un riboswitch é unha parte do ARNm (ácido ribonucleico mensaxeiro) ao cal poden unirse pequenas moléculas que afectan a actividade do xene. Xa que logo, un ARNm que conteña un riboswitch está directamente implicado na regulación da súa propia actividadeque depende da presenza ou ausencia da molécula sinalizadora.

Tales riboswitchs áchanse na rexión non traducida 5' (5'-UTR), situada antes do codón de inicio (AUG), e/ou na rexión non traducida 3' (3'-UTR), tamén chamada secuencia de arrastre, situada entre o codón de terminación (UAG, UAA ou UGA) e a cola de poli-A.

3 O corpo de Barr, corpúsculo de Barr, cromatina de Barr ou cromatina sexual é o corpúsculo formado polo cromosoma X inactivo que se encontra nas células somáticas das femias, que se fixo inactivo por un proceso chamado lyonización, nas especies que, como a humana, determinan o sexo polo sistema XY ou polo ZW. Recibe o seu nome do seu descubridor Murray BARR. A hipótese de LYON afirma que nas células de mamíferos con varios cromosomas X, todos menos un son inactivados durante a embrioxénese. Isto ocorre ao chou no desenvolvemento embrionario inicial dos mamíferos (pode inactivarse o X de orixe materna ou paterna), agás en marsupiais e nalgúns tecidos extraembrionarios dalgúns mamíferos placentarios, nos cales é o cromosoma X paterno o que sempre se desactiva

26 de 32

Ácidos Nucleicos

ARNs con actividade catalítica

• Ribozimas

O ARN pode actuar como biocatalizador. Certos ARN asócianse a proteínas formando ribonucleoproteínas 4 e comprobouse que é a subunidade de ARN a que leva a cabo as reaccións catalíticas; estes ARN realizan as reaccións in vitro en ausencia de proteína.

Coñécense cinco tipos de ribozimas; tres deles levan a cabo reacciones de automodificación, como eliminación de intróns ou autocorte, mentres que os outros (ribonucleasa P e ARN ribosómico) actúan sobre substratos distintos.

Así, a ribonucleasa P corta un ARN precursor en moléculas de ARNt, mentres que o ARN ribosómico realiza o enlace peptídico durante a síntese proteica ribosomal.

• Espliceosoma

Os intróns son separados do pre-ARNm durante o proceso coñecido como “splicing” polos espliceosomas, que conteñen numerosos ARN pequenos nucleares (ARNpn ou snRNA).

Noutros casos, os propios intróns actúan como ribozimas e sepáranse a si mesmos dos exóns.

• ARN pequeno nucleolar

Os ARN pequenos nucleolares (ARNpno ou snoRNA), achados no nucléolo e nos corpos de Cajal 5, dirixen a modificación de nucleótidos doutros ARN; o proceso consisteen transformar algunha das catro basees nitroxenadas típicas (A, C, U, G) noutras. Os ARNpno asócianse con enzimas e guíanos apareándose con secuencias específicas do ARN ao que modificarán. Os ARNr e os ARNt conteñen moitos nucleótidos modificados.

4 As ribonucleoproteínas nucleares pequenas, con frecuencia coñecidas abreviadamente polas súas siglas en inglés snRNP (Small Nuclear Ribonucleoproteins, pronunciada a sigla como "snurp"), son complexos de ARN eproteínas que se combinan con pre-ARNm non modificado e con outras varias proteínas para formar o espliceosoma, un grande complexo molecular de ARN-proteína que realiza o “splicing” do pre-ARNm. A actuación das snRNP é esencial para a eliminación dos intróns dos pre-ARNm, algo fundamental na modificación post-transcricional do ARN, que ocorre só no núcleo da célula eucariota.

5 Os corpos de Cajal son suborgánulos esféricos de 0,3-1,0 µm de diámetro que se encontran no núcleo celular de células en proliferación como as células embrionarias e tumorais, ou células metabolicamente activas como as neuronas. A diferenza dos orgánulos citoplasmáticos máis típicos, os corpos de Cajal carecen de membrana fosfolipídica que os rodee, e consisten principalmente en proteínas e ARN procedentes do nucleoplasma circundante. Foron descubertos por Santiago Ramón y Cajal en 1903, que os chamou corpos accesorios nucleolares debido á súa asociación cos nucléolos nas células neuronais. Os corpos de Cajal foron implicados enprocesos metabólicos relacionados co ARN como a bioxénese, maduración e reciclaxe das snRNPs, procesamento de histonas e do ARNm, e mantemento dos telómeros.

27 de 32

Ácidos Nucleicos

28 de 32

Ácidos Nucleicos

29 de 32

Ácidos Nucleicos

30 de 32

Ácidos Nucleicos

31 de 32

Ácidos Nucleicos

32 de 32