OS ÁCIDOS NUCLEICOS

Profesor: Adán Gonçalves

OS ÁCIDOS NUCLEICOS

Os ácidos nucleicos foron descubertos por Friedrich

Miescher en 1869. Este científico traballando con

leucocitos e espermatozoides de salmón, obtivo

unha substancia rica en carbono, hidróxeno,

osíxeno, nitróxeno e unha porcentaxe elevada de

fósforo. A esta substancia chamoulle nun principio

nucleina, por atoparse no núcleo. O nome actual

débese ao seu carácter ácido e a súa localización

maioritaria no núcleo das células eucariotas, aínda

que como veremos non é o único lugar onde se

atopan.

Os ácidos nucleicos son grandes polímeros formados pola unión

de monómeros, chamados nucleótidos.

Os nucleótidos están formados pola unión de tres substancias:

Unha pentosa : que nos permite diferenciar entre dous tipos de ácidos

nucleicos: ARN se ten ribosa e ADN se ten desoxirribosa.

Unha base nitroxenada : moléculas de carácter básico que conteñen N.

Hai dous grupos de bases:

Púricas: parecidas á purina. Son Adenina (A) e Guanina (G).

Pirimidínicas: similares a pirimidina. Son Citosina (C), Timina (T) ou

Uracilo (U). A T só aparece no ADN e o U é exclusivo do ARN.

Unha molécula de ácido ortofosfórico. Responsable do carácter ácido

destas biomoléculas.

1. COMPOSICIÓN QUÍMICA DOS ÁCIDOS NUCLEICOS

Bases nitroxenadas

1. COMPOSICIÓN QUÍMICA DOS ÁCIDOS NUCLEICOS

Grupo fosfato

Base nitroxenada (C)

Pentosa (desoxirribosa)

Desoxirribonucleótido de citosina

Concepto de nucleósido

Os nucleósidos fórmanse pola unión da pentosa (ribosa ou

desoxirribosa) cunha base nitroxenada mediante un enlace N-

glicosídico que libera unha molécula de H2O.

Este enlace establécese entre o C1´ da pentosa e o N1 da base se é

pirimidínica (C, T ou U), e entre o C1´ da pentosa e o N9 se é púrica (A ou

G).

Concepto de nucleótido

Os nucleótidos fórmanse pola unión dun nucleósido cun ácido

ortofosfórico mediante un enlace fosfoéster, que libera unha molécula

de H2O, entre o grupo –OH do C5´ e un grupo hidroxilo libre do ácido

fosfórico. Teñen carácter ácido debido a que o grupo fosfato ionízase.

Nucleótidos que non forman parte dos ácidos nucleicos

Nucleósidos: emprégase o prefixo desoxi- se a pentosa é a

desoxiribosa e o sufixo –osina (tamén –osín) se a base é púrica e –

idina se é primidínica. Por exemplo: desoxiadenosina ou citidina.

Nucleótidos: noméase o nucleósido seguido de 5´ e o número de

grupos fosfato da molécula. Como tanto no ADN como no ARN os

nucleótidos só teñen un grupo fosfato sería desoxiadenosina 5´-

monofosfato.

Nomenclatura dos nucleósidos e nucleótidos

Non todos os nucleótidos forman parte dos ácidos nucleicos, e algúns

destes nucleótidos desempeñan funcións primordiais nas células. Son

exemplos o ATP (o adenosín 5´-trifosfato é un nucleótido esencial para

acumular e trasferir enerxía nas células) e o AMPc ( o adenosín 3´-5´-

monofosfato cíclico relacionado coas respostas celulares como segundo

mensaxeiro).

AMPCATP

Nucleótidos que non forman parte dos ácidos nucleicos

A función como transportadores enerxéticos de nucleótidos como o ATP,

e tamén outros como o GTP é posible debido a que os enlaces (enlaces

anhídro de ácido) entre os grupos fosfato son moi enerxéticos. A rotura

destes (por hidrólese) e a súa formación permite liberar e acumular

enerxía.

Nucleótidos que non forman parte dos ácidos nucleicos

Por outra banda, algúns nucleótidos poden actuar como coenzimas

(substancias orgánicas non proteicas que axudan a moitas enzimas)

como é o caso do FAD, NAD ou NADP que veremos máis adiante

colaborando con enzimas deshidroxenasas na respiración celular.

Polinucleótidos, a unión de nucleótidos

Os polinucleótidos son cadeas de nucleótidos unidos por enlaces 3´-5

´fosfodiéster.

Prodúcese un enlace fosfoéster entre o grupo –OH do C3´ do último

nucleótido e o grupo –OH do radical fosfato do nucleótido que se engade.

Deste xeito quedan establecidos dous enlaces éster (contando o anterior

entre o fosfato e a pentosa no nucleótido) coa participación do grupo

fosfato entre eles, de aí o nome de fosfodiéster.

Nun polinucleótido sempre hai un extremo 5´OH e outro extremo 3´OH

libres.

Polinucleótidos, a unión de nucleótidos

2. O ADN

O ácido desoxirribonucleico, ADN ou DNA (das súas siglas en inglés) está

constituído por desoxirribonucleótidos que están formados por:

- Unha pentosa, que é sempre a desoxirribosa.

- Unha base que pode ser A, G, C, ou T, pero nunca U.

- Un grupo fosfato.

O ADN póde definirse como un polímero de desorribonucleótidos unidos

por enlaces 5´-3´ fosfodiéster.

Está molécula tan importante pode clasificarse segundo a súa forma en:

ADN lineal: no núcleo das células eucariotas e nalgúns virus.

ADN circular: nas bacterias, arqueobacterias, cloroplastos,

mitocondrias e algúns virus.

E segundo o número de cadeas en:

ADN monocatenario: inusual, só atopado nalgúns virus.

ADN bicatenario: a forma habitual na maioría dos organismos.

Localización do ADN

En virus de ADN, que poden ter ADN bc ou ADN mc. Está dentro da

cápside proteica.

En procariotas, unha molécula de ADN bc e circular (“cromosoma

bacteriano” ou xenóforo). Tamén soen atoparse en pequenos

fragmentos bc circulares dispersos polo citoplasma que denominamos

plásmidos (teñen aplicacións biotecnolóxicas).

En eucariotas, está dentro do núcleo (cromatina en interfase e

cromosomas na división). Ademais teñen o denominado ADN

extranuclear que é o que atopamos nos cloroplastos e

mitocondrias (ADN bc circular).

Estrutura do ADN

No ADN, do mesmo xeito que nas proteínas, diferencianse distintos niveis

estruturais.

Algúns autores falan de catro niveis estruturais, mentres que outros

prefiren falar de tres niveis diferenciando no 3º nivel a súa vez dous

niveis de empaquetamento.

Estrutura primaria do ADN

Refírese a disposición ou secuencia dos nucleótidos (nt) dunha soa hebra

ou cadea. Formada, polo tanto, por un “esqueleto” de fosfatos e pentosas

dos que colgan as bases nitroxenadas.

A orde desta secuencia de nt determina a información biolóxica ou

xenética cuxa expresión é a síntese de proteínas. Como veremos esta

información pode ser transmitida e organízase en unidades discretas que

chamamos xenes.

Representación simplificada: 5´TCGA3´

Estrutura Primaria do ADN

Estrutura Secundaria

É a disposición espacial de dúas hebras de ADN formando a dobre

hélice na que as bases atópanse enfrontadas e unidas por pontes de

H.

O “modelo da dobre hélice” foi proposto por James Watson e Francis Crick

en 1953 en base aos datos achegados por varios equipos investigadores:

Chargaff e colaboradores (1950) estableceron por técnicas

cromatográficas, que “o nº de bases púricas é igual o nº de bases

pirimidínicas no ADN” , e o chamado “Principio de equivalencia de

bases”: “No ADN hai tantas moléculas de A como de T, e tantas de C

como de G”.

Franklin e Wilkins (1950-1953), por difracción de raios X, descubriron

que a molécula de ADN era longa e helicoidal cun diámetro de 20 Å e

con unidades que se repiten cada 3,4 Å e cada 34 Å.

Estrutura Secundaria

A partir deste datos, Watson e Crick propuxeron o “modelo da dobre

hélice”:

O ADN esta formado por dúas cadeas (hebras) de polinucleótidos

dispostas unha fronte a outra de xeito antiparalelo, unha vai en

sentido 5´-3´ e a outra en sentido 3´-5´.

As dúas cadeas son complementarias, se nunha cadea hai A, na

outra hai T ao mesmo nivel e viceversa. Se nunha cadea hai G na

outra hai C e viceversa.

As dúas cadeas están enroladas de xeito dextróxiro.

As cadeas presentan un “esqueleto” de fosfatos e pentosas cara o

exterior, coas bases perpendiculares o eixe da cadea e cara o interior

unidas complementariamente mediante pontes de H. Entre T e A dúas

pontes e entre G e C tres pontes.

Estrutura Secundaria

A dobre hélice da unha volta cada 34 Å e ten unha distancia entre

pares de bases (nt por tanto) de 3,4 Å. Hai polo tanto, 10 pares por

volta.

Franklin Watson

Wilkins Crick

O descubrimento do ADN

En 1962, Crick, Watson e Wilkins recibiron o premio Nobel (Franklin xa

falecera con só 37 anos).

Estrutura Secundaria

Estrutura do ADN

Dúas cadeas de nucleótidos, complementarias e antiparalelas

Estrutura 2º do ADN

Dobre hélice

Estrutura Secundaria

Este modelo proposto por Watson e Crick denomínase forma B-DNA,

pero hai outras formas de estruturas secundarias da molécula de ADN

como son a forma A (coas bases inclinadas respecto ao eixe da cadea

que xurde por deshidratación da forma B) e a forma Z (que é levóxira).

Actualmente comezamos a dilucidar que estes modelos poderían ter

importancia no recoñecemento específico nos procesos de

transcripción.

Estrutura Terciaria ou primeiro nivel de empaquetamento

Refírese a estrutura do ADN asociado a proteínas.

Cando o ADN adquire a estrutura terciaria condénsase aínda máis para

poder entrar dentro do núcleo ou ocupar menos espazo na célula.

A estrutura 3º varía segundo o tipo de organismo:

En eucariotas o ADN asóciase a histonas formando unhas estruturas

chamadas nucleosomas. Nos espermatozoides o ADN únese a

protaminas (e non a histonas) que ao ser máis básicas proporcionan

un maior grao de empaquetamento.

Nos procariotas o ADN forma unha hebra de ADN bc e circular e

asóciase a proteínas non histónicas.

En virus tamén se ten observado a súa asociación con proteínas

básicas propias e con histonas da célula parasitada.

O grao de empaquetamento en eucariotas é maior xa que posúen moito

máis ADN, esto é posible grazas ás histonas.

Estrutura Terciaria

Nos eucariotas o ADN asociado a proteínas constitúe un primeiro nivel de

empaquetamento, a fibra de cromatina de100 Å. Para formala

podemos falar de dous modelos:

Modelo do “colar de perlas” ou “colar de contas” (con histonas)

Hai cinco tipos de histonas (H1 , H2A , H2B , H3 e H4 ). As histonas forman

unha estrutura octamérica (8 histonas, dúas de cada, excepto a H1 que

non forma parte desta estrutura) chamada nucleosoma e arredor de ela

enrólase o ADN (ADN core). Os nucleosomas atópanse unidos entre sí

por ADN (ADN linker) asociado á H1 conformado unha estrutura que se

asemella a un colar de contas de aí o seu nome. Esta estrutura de fibra

cromatínica que atopamos no núcleo de células en repouso, menos en

espermatozoides tamén se chama nucleofilamento.

Modelo cristalino (con protaminas nos espermatozoides): o ADN

enrólase sobre as protaminas formando unha estrutura moi compacta.

Estrutura Cuaternaria ou segundo nivel de empaquetamento

O ADN nucleosómico todavía se enrola máis orixinando a fibra

cromatínica de 300 Å ou solenoide cando as H1 agrúpanse entre sí e

forman un eixe central e os nucleosomas dispóñense helicoidalmente

sobre el. En cada volta atópanse 6 nucleosomas e esta disposición

permite un acurtamento dunha cinco veces o colar de contas.

No núcleo en interfase a maior parte da cromatina atópase como fibras de

100 Å (eucromatina), pero nos cromosomas o nivel máis baixo de

condensación é o desta fibra de 300 Å.

Dominios de bucle

A fibra de 300Å nos cromosomas forma unha serie de bucles chamados

dominios estruturais de bucle que quedan fixados ao andamio

proteico do cromosoma formado fundamentalmente por proteínas non

histónicas.

Función do ADN

No ADN reside a información para a síntese proteica. Dirixindo

esta síntese, o ADN controla indirectamente a síntese das demais

moléculas orgánicas e polo tanto, de todas as actividades fisiolóxicas

do organismo. Esto é así, porque todos os procesos están catalizados

por enzimas, e as enzimas son proteínas.

Ademais, a capacidade replicativa do ADN permite que esta

información sexa herdable permitindolle ser a molécula portadora da

información xenética. Esta información reside na secuencia de

nucleótidos como veremos máis adiante. De feito, alteracións nesta

secuencia (por mutación ou recombinación xenética) son a base

molecular do proceso evolutivo.

A desnaturalización do ADN

Ao igual que vimos nas proteínas o ADN pode sofrer fenómenos de

desnaturalización por cambios de pH, temperatura…

Neste caso, se produce a rotura das pontes de hidróxeno entre bases e

o resultado final, igual que nas proteínas, é que o ADN perde os seus

niveis estruturais, excepto a estrutura 1º.

En determinadas condicións, una disolución de ADN mc pode volver a

formar unha dobre cadea, fenómeno coñecido como renaturalización.

Esta capacidade de renaturalización do ADN permite a hibridación que

consisten en enfriar lentamente unha mestura de ADN mc

desnaturalizado de distintas orixes para poder formar moléculas

híbridas de ADN (unha molécula con dúas hebras de diferente orixe). A

hibridación ten interesantes aplicacións en estudos filoxenéticos e de

medicina entre outras, xa que canto máis parecidas sexan as dúas

hebras maior complementaridade haberá entre elas.

3. O ARN

O ácido ribonucleico ou ARN (RNA do inglés) está constituído por

nucleótidos formados por:

- Unha pentosa, que sempre é ribosa.

- Unha base nitroxenada que pode ser A, U, C ou G; nunca T.

- Unha molécula de ácido ortofosfórico.

Pódese definir como un polímero de ribonucleótidos unidos por enlaces

5´-3´ fosfodiéster.

Localización do ARN

En virus de ARN, pode ser ARN mc ou bc. Exemplos: os retrovirus

como o VIH (ARN mc) e os reovirus como o virus da “lingua azul” (ARN

bc)

En procariotas, no citoplasma sobre todo onde hai ribosomas.

En eucariotas, no núcleo e no citoplasma sobre todo onde hai

ribosomas.

Tipos de ARN

Na actualidade coñécense varios tipos de ARN, pero se falamos da síntese

proteica diferenciamos tres tipos fundamentais.

ARN mensaxeiro (ARNm): é unha molécula lineal mc cuxa misión é

transmitir a información do ADN ata o citoplasma onde se sintetizan as

proteínas. Para elo, mediante o proceso de transcrición e a partir

dunha das hebras do ADN (ADN molde) obtense unha copia desta

información en forma de ARNm. Esta molécula de ARNm sae do núcleo

(que é onde está o ADN en eucariotas) e pasa ao citoplasma onde a

nivel dos ribosomas servirá de base para obter unha cadea polipeptídica

(tradución ou biosíntese proteica).

Os procesos de transcrición e tradución veremolos en temas posteriores.

Os ARNm dos eucariotas recén sintetizados (transcrito primario) están

formados por intróns, rexións sen información para a síntese proteica e

exóns, rexións con información. Os intróns son eliminados nos procesos

de maduración desta molécula ao ARNm definitivo que será traducido.

Tipos de ARN

ARN tranferente (ARNt): é unha molécula de catro brazos e tres

lóbulos pechados, bucles orixinados pola falta de unións por pontes de

H entre as bases da cadea, que soe dicirse adoita forma de trevo. Este

tipo de ARN é o encargado de capturar os aa do hialoplasma e

transportalos ata o ribosoma para que formen parte da cadea

polipeptídica que se esté formando. Cada ARNt é específico para cada

aa, aínda que varios ARNt poden transportar o mesmo aa. A unión dun

ARNt co seu aa chámaselle activación e está catalizada por unhas

enzimas, tamén específicas, denominadas aminoacil-ARNt-

sintetasas. Unha parte moi importante do ARNt que lle permitirá

unirse ao ribosoma para participar no proceso de tradución é

unconxunto detres nucleótidos chamado anticodón.

Tipos de ARN

ARN ribosómico(ARNr): ARN que se une a proteínas para formar os

ribosomas. O ribosoma é o orgánulo celular onde ten lugar o proceso

de tradución ou síntese proteica. Cada ribosoma está cosntituído por

dúas subunidades, a maior e a menor.

Os ribosomas clasifícanse atendendo a unha unidade denominada

coeficiente de sediementación (S). En eucariotas os ribosomas son 80

S (60-40) e en procariotas son 70 S (50-30), é dicir algo máis

pequenos.

Nos cloroplastos e mitocondrias os ribosomas son 70 S.

Tipos de ARN

Ademais destos tres tipos básicos de ARN podemos falar tamén de:

ARN nucleolar (ARNn): atópase constituíndo o nucléolo. É precursor

do ARNr e polo tanto, da síntese dos ribosomas.

ARN pequeño nuclear (ARNpn): de pequeño tamano e no núcleo.

Únese a proteínas nucleares e permite a eliminación dos intróns do

transcrito primario ou ARN heterogéneo nuclear (ARNhn)

ARN de interferencia (ARN i): é bc e permite a determinados

enzimas recoñecer determinados ARNm para impedir a súa síntese

proteica e permitir a súa degradación. Constitúen un mecanismo de

autocontrol da célula e na actualidade (foron descubertos en 1988)

aplícanse ao tratamento de diversas enfermidades víricas, cancro e

enfermidades hereditarias.

ARNpn + proteínas que permiten el splicing

O Mundo de ARN

Actualmente unha boa parte da comunidade científica considera que o

ARN foi a primeira molécula que apareceu no devir evolutivo como

portador da información xenética fundamentalmente polo descubrimento

nos anos 80 de moléculas de ARN con capacidade catalítica, os

ribozimas (Cech e Altman recibiron en 1989 o premio Nobel por estos

achados).

Polo tanto, fumos conscientes de que o ARN non só pode conter

información, senón que tamén pode autoxestionarse. De aquí xurde a idea

de Gilbert do “Mundo de ARN” na que hipotiza que as primeiras formas de

vida serían moi sinxelas e portarían a información xenética nesta

molécula.

Máis tarde na evolución o ARN foi substituído polo ADN por ser unha

molécula máis estable e a función catalítica pasou as proteínas para ser

máis eficientes.Mundo de ARN

GRAZAS POR ATENDERME

WEBGRAFÍA

http://www.asturnatura.com/articulos/nucleotidos-acido-nucleico-adn/nucleosidos-nucleotidos.php

http://bio2baciel.blogspot.com.es/ http://www.bionova.org.es/biocast/tema09.htm http://blocs.xtec.cat/biogeobloc/biologia-batxillerat/metabolisme/ http://www.geopaloma.com/biologia_2b/unidades/ejercicios/act17acnutema1.htm http://gmein.uib.es/moleculas/ATP/ATPjmol.html http://hublots2.blogspot.com.es/2015_02_01_archive.html https://mahara.org/user/anahev/semana16-martes-y-jueves-noviembre-1y-3 http://www.sesbe.org/evosite/history/genetsims2.shtml.html http://slideplayer.es/slide/5442957/ http://toxamb.pharmacy.arizona.edu/c1-1-1-3.html