ÁCIDOS NUCLEÍCOS
ÁCIDOS NUCLEICOS 20.- Ácidos nucleicos: Definición de nucleósidos y nucleótidos. Fórmula química general. Bases púricas y pirimidínicas. 21.- Ácido desoxirribonucleico (ADN): Composición, localización y función. Estructura primaria y secundaria (doble hélice): complementariedad y antiparalelismo de las cadenas. Empaquetamiento del ADN en eucariotas (cromatina y cromosomas). Conocimiento de los procesos de desnaturalización y renaturalización del ADN (consultar relación de prácticas obligatorias, nº 4). 22.- Ácido ribonucleico (ARN): Composición y estructura general. Tipos de ARN (ARN mensajero, transferente y ribosómico): estructura, localización y función.
ﾃ，IDOS NUCLEICOS
Definición de nucleósido y nucleótido. Fórmula química general. Bases púricas y pirimidínicas
ﾃ…idos nucleicos: componentes
BASES NITROGENADAS: púricas y pirimidínicas
Definición de nucleósido. Fórmula química Las pentosas se unen a las bases nitrogenadas dando lugar a
unos compuestos denominados nucleósidos. La unión se realiza mediante un enlace N-glucosídico entre el átomo de carbono carbonílico de la pentosa (carbono 1') y uno de los átomos de nitrógeno de la base nitrogenada, el de la posición 1 si ésta es pirimídica o el de la posición 9 si ésta es púrica. El enlace N-glucosídico es una variante del tipo más habitual
de enlace glucosídico (O-glucosídico), que se forma cuando un hemiacetal o hemicetal intramolecular reacciona con una amina, en lugar de hacerlo con un alcohol, liberándose una molécula de agua.
NUCLEÓSIDOS. Los nucleósidos en estado libre sólo se encuentran en cantidades
mínimas en las células, generalmente como productos intermediarios en el metabolismo de los nucleótidos.
Existen dos tipos de nucleósidos: los ribonucleósidos, que contienen β-D-ribosa como componente glucídico, y los desoxirribonucleósidos, que contienen β-D-desoxirribosa. En la naturaleza se encuentran ribonucleósidos de adenina, guanina, citosina y uracilo, y desoxirribonucleósidos de adenina, guanina, citosina y timina.
Los nucleósidos se nombran añadiendo la terminación -osina al
nombre de la base nitrogenada si ésta es púrica o bien la terminación -idina si ésta es pirimídica y anteponiendo el prefijo desoxi- en el caso de los desoxirribonucleósidos.
NUCLEÓTIDOS. FÓRMULA GENERAL. Los nucleótidos resultan de la unión mediante enlace éster de la pentosa de un nucleósido con una molécula de ácido fosfórico. Esta unión, en la que se libera una molécula de agua, puede producirse en cualquiera de los grupos hidroxilo libres de la pentosa, pero como regla general tiene lugar en el que ocupa la posición 5'; es decir, los nucleótidos son los 5' fosfatos de los correspondientes nucleósidos. La posesión de un grupo fosfato, que a pH 7 se encuentra ionizado, confiere a los nucleótidos un carácter marcadamente ácido.
NUCLEÓSIDOS Y NUCLEÓTIDOS
NUCLEÓTIDOS
CRISTALOGRAFÍA DE RAYOS X Los investigadores utilizan la cristalografía de rayos X para determinar la estructura tridimensional de
macromoléculas como los ácidos nucleicos y las proteínas. En esta figura examinaremos el modo en que los investigadores de la Universidad de California, en Riverside, determinaron la estructura de la proteína ribonucleasa, una enzima cuya función implica la unión a una molécula de ácido nucleico. Los investigadores dirigen un haz de rayos X a través de la proteína cristalizada. Los átomos del cristal difractan (desvían) los rayos X en una disposición ordenada. Los rayos X difractados son expuestos a una placa fotográfica y se produce un patrón de puntos conocido como patrón de difracción de rayos X.
LE 5-24a
Photographic film Diffracted X-rays X-ray source
X-ray beam
Crystal
X-ray diffraction pattern
LE 5-24b
Nucleic acid
X-ray diffraction pattern
3D computer model
Protein
CONCLUSIÓN Utilizando información a partir de los patrones de difracción de
rayos X, al igual que la secuencia de aminoácidos determinada por métodos químicos, los científicos construyen un modelo computarizado tridimensional (3D) de la proteína, como este modelo de la proteína ribonucleasa (violeta) unido a una cadena corta de ácido nucleico (verde)
ﾃ…ido desoxirribonucleico (adn) Composiciﾃｳn, localizaciﾃｳn y funciﾃｳn.
adn Estructura primaria
Los ácidos nucleicos son moléculas portadoras de información. La secuencia ordenada de sus
nucleótidos junto con las estructuras características de las cadenas polinucleotídicas proporcionan las bases físico-químicas para que estas macromoléculas puedan almacenar y transmitir la información genética en el proceso de reproducción de los seres vivos, lo que constituye su función biológica primordial.
Ácidos nucleicos
adn Los ácidos nucleicos son polímeros de nucleótidos. En ellos la unión entre las sucesivas unidades nucleotídicas se realiza
mediante enlaces tipo éster-fosfato que resultan de la reacción entre el ácido fosfórico unido al carbono 5' de la pentosa de un nucleótido y el hidroxilo del carbono 3' de la pentosa de otro nucleótido. Este tipo de unión, en la que un grupo fosfato queda unido por dos enlaces éster a dos nucleótidos sucesivos, se conoce también como puente fosfodiéster (Figura 9.6). Cuando dos nucleótidos se unen mediante un puente fosfodiéster el dinucleótido que resulta conserva un grupo 5' fosfato libre en un extremo que puede reaccionar con el grupo hidroxilo 3' de otro nucleótido, y un grupo hidroxilo 3' libre que puede reaccionar con el grupo 5' fosfato de otro nucleótido. Esta circunstancia permite que mediante puentes fosfodiéster se puedan enlazar un número elevado de nucleótidos para formar largas cadenas lineales que siempre tendrán en un extremo un grupo 5' fosfato libre y en el otro un grupo hidroxilo 3' libre. De manera análoga a lo establecido para otros tipos de biomoléculas, el compuesto formado por una cadena de hasta 10 nucleótidos se denomina oligonucleótido, mientras que si el número de unidades nucleotídicas es superior a 10 se dice que es un polinucleótido. En la mayor parte de los casos, las cadenas polinucleotídicas de los ácido nucleicos contienen varios miles de estas unidades monoméricas unidas por puentes fosfodiéster
LE 16-5
Sugar–phosphate backbone
Nitrogenous bases
5′ end
Thymine (T)
Adenine (A)
Cytosine (C)
Phosphate Sugar (deoxyribose) 3′ end
DNA nucleotide
Guanine (G)
LE 5-26a
5′ end
Nucleoside Nitrogenous base
Phosphate group Nucleotide 3′ end
Polynucleotide, or nucleic acid
Pentose sugar
Estructura secundaria (doble hĂŠlice) Complementariedad y antiparalelismo de la cadena
Figure 16-01
LE 16-6
Rosalind Franklin
Franklin’s X-ray diffraction photograph of DNA
LE 16-7c
Space-filling model
LE 16-7a
1 nm 3.4 nm
0.34 nm Key features of DNA structure
LE 16-UN298
Purine + purine: too wide
Pyrimidine + pyrimidine: too narrow
Purine + pyrimidine: width consistent with X-ray data
LE 16-8a
Sugar
Sugar Adenine (A)
Thymine (T)
LE 16-8b
Sugar
Sugar
Guanine (G)
Cytosine (C)
LE 16-8
Sugar
Adenine (A)
Sugar Thymine (T)
Sugar Sugar
Guanine (G)
Cytosine (C)
LE 16-7b
5′ end Hydrogen bond
3′ end
3′ end 5′ end Partial chemical structure
LE 16-7
5′ end Hydrogen bond
3′ end
1 nm 3.4 nm
3′ end 0.34 nm Key features of DNA structure
5′ end Partial chemical structure
Space-filling model
LAS FUNCIONES DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS
LOS ÁCIDOS NUCLEICOS ALMACENAN Y TRANSMITEN INFORMACIÓN HEREDITARIA
LE 5-25 DNA
Synthesis of mRNA in the nucleus mRNA
NUCLEUS CYTOPLASM
mRNA Movement of mRNA into cytoplasm via nuclear pore
Ribosome
Synthesis of protein
Polypeptide
Amino acids
LE 5-27
5′ end
3′ end Sugar-phosphate backbone Base pair (joined by hydrogen bonding) Old strands Nucleotide about to be added to a new strand
5′ end
New strands
5′ end
3′ end 5′ end
3′ end
Proceso de desnaturalizaci贸n renaturalizaci贸n del adn Pr谩ctica obligatoria n潞 4
PRﾃ，TICA 4.
EXTRACCIÓN Y AISLAMIENTO DE ADN. 1. ¿Para qué se utiliza el detergente y el
NaCl en la extracción? El detergente y la sal ambos componentes
del tampón de extracción se emplean para romper las paredes celulares, la membrana celular y la membrana nuclear con objeto de liberar el ADN que se encuentra en el interior del núcleo celular.
EXTRACCIÓN Y AISLAMIENTO DE ADN. 2. ¿Qué componente aporta el zumo
de piña o de papaya y cuál es su utilidad? Contiene una enzima llama papaína que destruye las proteínas para que no interfieran en la prueba.
EXTRACCIÓN Y AISLAMIENTO DE ADN.
3. ¿Por qué se incorpora finalmente el etanol muy frío al medio?. El ADN es soluble en el agua pero no en alcohol. Se pone alcohol para que el
ADN precipite en medio de los dos líquidos y podamos verlo concentrado.
Empaquetamiento del ADN en eucariotas CROMATINA
CROMOSOMA
LE 19-2a
2 nm DNA double helix Histones
Histone tails Histone H1
Linker DNA (“string”)
Nucleosome (“bead”)
Nucleosomes (10-nm fiber)
10 nm
Nucleosoma fibra de 10nm Las moléculas de ADN y de histonas forman cuentas en un collar, la fibra de cromatina extendida que se observa durante la interfase. Un nucleosoma tienen ocho moléculas de histona con el extremo amino (cola) de cada proyección hacia fuera. Un tipo de histona diferente, la H1 puede unirse al ADN cerca de un nucleosoma, donde ayuda a compactar más a la fibra de 10 nm.
LE 19-2b
30 nm
Nucleosome 30-nm fiber
Fibra de 30 nm El collar de nucleosomas se enrolla para formar una fibra de cromatina que tienen 30nm de diĂĄmetro (no se muestran las colas). Esta forma se observa tambiĂŠn durante la interfase
LE 19-2c
Protein scaffold
Loops 300 nm
Looped domains (300-nm fiber)
Scaffold
Dominios de bucle (fibras de 300nm) Durante la profase se produce un plegamiento adicional de la fibra de 30nm en dominios en forma de bucle para formar una fibra de 300 nm. Los bucles se adhieren a un andamio de proteĂnas distintas de las histonas.
LE 19-2d
700 nm
1,400 nm
Metaphase chromosome
Cromosoma en la metafase La cromatina se pliega aún más y origina el cromosoma con compactación máxima que se observa en la metafase. Cada uno de éstos consta de dos cromátidas.
Cromosoma en metafase La cromatina se pliega Aún más y origina el cromosoma con compactación máxima que se observa en la metafase. Cada uno de éstos consta de dos cromátidas
TIPOS DE ARN
LE 17-3-2
TRANSCRIPTION
DNA
mRNA Ribosome Prokaryotic cell Polypeptide
Prokaryotic cell
LE 17-3-5
DNA
TRANSCRIPTION
mRNA Ribosome TRANSLATION Polypeptide
Prokaryotic cell
Nuclear envelope
DNA
TRANSCRIPTION
Pre-mRNA
RNA PROCESSING
mRNA
Ribosome TRANSLATION Polypeptide
Eukaryotic cell
LE 17-4
Gene 2 DNA molecule Gene 1 Gene 3
DNA strand (template)
5′
3′
TRANSCRIPTION
mRNA
5′
3′ Codon
TRANSLATION
Protein Amino acid
LE 17-10
5′ Exon Intron Pre-mRNA
Exon
Intron
Exon
3′
5′Cap
Poly-A tail
1
30
31 Coding segment
104
105
146
Introns cut out and exons spliced together Poly-A tail
5′Cap 5′ UTR
1
146
3′ UTR
LE 17-11-2
Spliceosome
5′
Spliceosome components Cut-out intron mRNA 5′
Exon 1
Exon 2
LE 17-13
Amino acids
Polypeptide
tRNA with amino acid attached Ribosome
tRNA Anticodon
Codons
5′ mRNA
3′
LE 17-14a 3′ Amino acid attachment site 5′
Hydrogen bonds
Anticodon Two-dimensional structure Amino acid attachment site
5′ 3′
Hydrogen bonds
3′ Anticodon Three-dimensional structure
5′ Anticodon
Symbol used in this book
LE 17-26 TRANSCRIPTION
DNA
3′
5′
RNA polymerase
RNA transcript RNA PROCESSING
Exon RNA transcript (pre-mRNA) Intron Aminoacyl-tRNA synthetase NUCLEUS
CYTOPLASM
FORMATION OF INITIATION COMPLEX
Amino acid
AMINO ACID ACTIVATION
tRNA
mRNA
Growing polypeptide
Activated amino acid
3′
A P E
Ribosomal subunits
5′
TRANSLATION E
A
Codon Ribosome
Anticodon
Nucleótidos con funciones de coenzimas Además de ser los sillares estructurales de los ácidos nucleicos, los nucleótidos desempeñan en las células otras funciones no
menos importantes. Los enlaces anhidro que unen los grupos fosfato adicionales de los nucleótidos di~ y trifosfato son enlaces ricos en energía: necesitan un aporte energético importante para formarse y liberan esta energía cuando se hidrolizan (Figura 9.5). Esto les permite actuar como transportadores de energía. En concreto, el trifosfato de adenosina (ATP) actúa universalmente en todas las células transportando energía, en forma de energía de enlace de su grupo fosfato terminal, desde los procesos metabólicos que la liberan hasta aquellos que la requieren. En algunas reacciones del metabolismo, otros nucleótidos trifosfato como el GTP, CTP y UTP, pueden sustituir al ATP en este papel. Algunos nucleótidos o sus derivados pueden actuar como coenzimas (sustancias orgánicas no proteicas que resultan
imprescindibles para la acción de muchos enzimas). Tal es el caso del NAD, NADP, FAD o FMN, nucleótidos complejos en los que aparecen bases nitrogenadas diferentes a las típicas de los ácidos nucleicos, que actúan como transportadores de electrones en reacciones metabólicas de oxidación-reducción. Otros nucleótidos como el cAMP, un fosfato cíclico de adenosina en el que el grupo fosfato está unido mediante enlace éster al
hidroxilo de la posición 3' y al de la posición 5', actúan como mediadores en determinados procesos hormonales, transmitiendo al citoplasma celular señales químicas procedentes del exterior.
Fuentes: educastur, Campbell –reece, Santillana, s.m.