Tema 5 Los รกcidos nucleicos
Tema 5.- Los ácidos nucleicos 1.- Introducción 2.- Aspectos generales 3.- Los nucleótidos 3.1.- Nucleótidos libres 4.- Polinucleótidos 5.- ADN 5.1.- Estructura 5.2.- Desnaturalizacion del ADN 5.3.- Funciones 6.- ARN 6.1.- ARN mensajero 6.2.- ARN transferente 6.3.- ARN ribosómico 6.4.- ARN nucleolar 6.5.- Funciones de los ARN 7.- Diferencias entre el ADN y el ARN
Tema 5.- Los ácidos nucleicos 1.- Introducción Los ácidos nucleicos tienen la función más importante de todas las biomoléculas, en estas estructuras se encuentra toda la información que poseen las células y además se encargan de expresarla en forma de proteínas, que son las responsables de ejecutar cada una de estas funciones. Se forman por la unión de unas subunidades llamadas nucleótidos, su número y su orden indican la información de la secuencia. En las células encontramos dos ácidos nucleicos, el ADN y el ARN. El ADN contiene la información genética en todos los organismos, será una molécula muy larga y estable para evitar errores en la información. Los ARN son moléculas más sencillas, con menor información y se degradan fácilmente, su función es la de expresar la información genética mediante la producción de proteínas. Algunos virus no poseen ADN, su información la contiene una hebra de ARN que puede autoduplicarse, también existen los ribozimas que serán moléculas de ARN con actividad catalítica. Por este motivo se cree que el ARN es la molécula precursora de la vida, una vez formada se desarrollaría una membrana a su alrededor que daría lugar a las primeras células eucariotas. El descubrimiento del ADN y del ARN así como su funcionamiento ha sido uno de los mayores logros de la Biología moderna, gracias a esto se han desarrollado áreas de estudio como la Genética, la Biotecnología o la Biología Molecular con logros muy importantes en medicina, farmacia o agricultura.
Tema 5.- Los ácidos nucleicos 2.- Aspectos generales Los ácidos nucleicos son biomoléculas ácidas, muy grandes y con elevado peso molecular compuestos por C, H, O, N y P. Químicamente son polímeros constituidos por la unión de unidades menores llamadas nucleótidos, los cuales se enlazarán de la misma manera para formar macromoléculas diferentes. Ocupan un papel central en las células ya que son las moléculas que contienen la información genética y las instrucciones precisas para su lectura, es decir, almacenan, transmiten, expresan y protegen esta información. La unión de los nucleótidos formará dos tipos de ácidos nucleicos, el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN), el primero se encargará de contener la información genética y el segundo será necesario para expresar esta información (es el encargado de codificar la información del ADN a las proteínas). También podemos encontrar nucleótidos que no estén formando parte de estas dos macromoléculas, desempeñan importantes funciones biológicas.
Tema 5.- Los ácidos nucleicos 3.- Los nucleótidos Están compuestos por tres unidades: –
Base nitrogenada: Compuestos cíclicos de C y N, aquí diferenciamos las bases púricas (derivadas de la purina) que poseen dos anillos y donde se incluyen la adenina (A) y la guanina (G); y las bases pirimidínicas (derivadas de la pirimidina) que tienen un solo anillo, aquí están la citosina (C), la timina (T) y el uracilo (U).
–
Pentosa: Azúcar monosacárido compuesto por 5C, en el ADN es la 2´-β-Ddesoxirribosa y en el ARN es la β-D-ribosa. La unión entre una pentosa y una base nitrogenada forma un nucleósido.
–
Ácido fosfórico (H3PO4): Se une a la ribosa.
Base nitrogenada
+
Pentosa
Nucleósido Nucleótido
+
Ácido fosfórico
Tema 5.- Los ﾃ｡cidos nucleicos Bases nitrogenadas
Pentosas
ﾃ…ido fosfﾃｳrico
Tema 5.- Los ácidos nucleicos Los nucleósidos se forman por la unión entre una base nitrogenada y un azúcar mediante un enlace N-glucosídico, este enlace se produce entre el C1 de la pentosa y un N de la base nitrogenada (N1 en las bases pirimidínicas y N9 en las púricas) y en el proceso se desprende una molécula de agua. Las ribosas se pueden unir a la adenina, guanina, citosina y uracilo, con estos cuatro nucleósidos se forma el ARN; las desoxirribosas se unirán a la adenina, guanina, citosina y timina, serán los cuatro nucleósidos a partir de los cuales se forma el ADN.
Tema 5.- Los ácidos nucleicos La nomenclatura es compleja porque hay que tener en cuenta todas las partes: –
Si la pentosa es una ribosa se llamará ribonucleósido, si es una desoxirribosa será un desoxirribonucleósido.
–
Si la base nitrogenada es púrica se le pone el sufijo -osina (adenosina y guanosina), si es pirimidínica se añade -idina (timidina, citidina y uridina); si se unen a una ribosa el nombre queda así, si se unen a una desoxirribosa se añade el prefijo desoxi- (desoxiadenosina, desoxitimidina, …).
Pentosa
Ribosa
Desoxirribosa
Base Nitrogenada
Nucleósido
Adenina
Adenosina
Guanina
Guanosina
Citosina
Citidina
Uracilo
Uridina
Adenina
Desoxiadenosina
Guanina
Desoxiguanosina
Citosina
Desoxicitidina
Timina
Desoxitimidina
Ribonucleósidos
Desoxirribonucleósidos
Tema 5.- Los ácidos nucleicos Los nucleótidos se forman cuando se unen un grupo fosfato y un nucleósido mediante un enlace fosfoéster entre el C5 del azúcar y el grupo fosfato, al formarse este enlace se desprende una molécula de agua. El grupo fosfato confiere al nucleótido el carácter ácido. Si los nucleótidos tienen un grupo fosfato se llamarán monofosfato, son los que forman los ácidos nucleicos, pero también existen nucleótidos libres que pueden tener dos o tres grupos fosfato unidos entre sí, estos nucleótidos serán difosfato y trifosfato. Estos nucleótidos se pueden separar mediante hidrólisis, si es alcalina se separa el nucleósido del grupo fosfato, si la hidrólisis es ácida se separa la base nitrogenada de la pentosa con el grupo fosfato.
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Tema 5.- Los ácidos nucleicos Nucleósido
Nucleótido Base nitrogenada (Adenina)
Enlace N-glucosídico Pentosa (Ribosa) Ácido fosfórico
Enlace fosfoéster
Adenosina monofosfato (AMP)
Tema 5.- Los ácidos nucleicos La forma de nombrar a los nucleótidos es similar a la de los nucleósidos aunque se puede hacer de varias formas:
–
Los nucleótidos con ribosa serán ribonucleótidos y los que tengan desoxirribosa serán desoxirribonucleótidos.
–
Hay tres formas de hacerlo: ●
●
●
Ácido + Nombre de la base nitrogenada con el sufijo -ílico: Ácido adenílico o ácido desoxicitidínico. Nucleósido + Número de fosfatos: Adenosina monofosfato. La mejor forma de nombrarlos es con tres letras mayúsculas, la primera indica la base nitrogenada, la segunda el número de fosfatos (Mono-, Di o Trifosfato con M, D y T respectivamente) y la última letra representa el grupo fosfato (letra P de phosphate). A los desoxirribonucleótidos se les pone la “d” al principio. AMP, ADP, ATP, dAMP, dADP, dATP, ...
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Ribonucle贸tidos: Forman el ARN
Desoxirribonucle贸tidos: Forman el ADN
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Tema 5.- Los ácidos nucleicos 3.1.- Nucleótidos libres: No forman parte de los ácidos nucleicos, se encuentran libres en las células pero realizan funciones vitales en los seres vivos. Los más importantes son: Adenosin fosfatos: Son nucleótidos de adenina con uno, dos o tres grupos fosfatos (AMP, ADP y ATP respectivamente), estas moléculas son las responsables de almacenar la energía obtenida en la célula y liberarla cuando y donde sea necesario, por lo que son transportadores e intermediarios energéticos. Esta función la pueden realizar porque los enlaces entre grupos fosfato necesitan mucha energía para formarse y liberan la misma al romperse; las células utilizarán estas moléculas en todos los procesos metabólicos que requieran energía (el ATP pasa a ADP + energía) y también en los que se desprenda para almacenarla y usarla cuando sea necesario (el ADP + energía pasa a ATP), esto los convierte en intermediarios metabólicos. En ocasiones se pueden utilizar otros nucleótidos trifosfatados como el GTP, pero el ATP es el más usado y lo utilizan todos los organismos de forma universal.
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Tema 5.- Los ácidos nucleicos Nucleótidos cíclicos: El más usado es el AMPc (se obtiene a partir de ATP), aquí el fosfato del nucleótido AMP se une a la ribosa mediante dos enlaces en C3 y C5, el resultado es una molécula que actúa como segundo mensajero en la transmisión de señales, es decir, activa a determinadas enzimas para transmitir una señal química. Si una hormona (primer mensajero) llega a una célula y no puede atravesar la membrana, se unirá a un receptor que activará a una proteína que produce AMPc a partir de ATP. El AMPc activará a las enzimas necesarias para producir una respuesta celular.
Tema 5.- Los ácidos nucleicos Coenzimas derivados de nucleótidos: Los coenzimas son sustancias orgánicas no proteicas que se unen a los enzimas para activarlos y así poder realizar su función, estos coenzimas no son específicos de un tipo de sustrato (las enzimas sí). Estos nucleótidos tienen bases nitrogenadas diferentes a las vistas, los más importantes son: –
NAD, NADP, FAD y FMN: Actúan como coenzimas en procesos metabólicos de transferencia de e- (reacciones de oxido-reducción) de forma que aceptan o ceden e- al tiempo que oxidan o reducen el sustrato.
–
Coenzima A (CoA): Transporta grupos acetilos procedentes de los ácidos grasos, sus papel es esencial para su biosíntesis y su oxidación.
CoA
NAD
NADP
FAD
Tema 5.- Los ácidos nucleicos 4.- Polinucleótidos Los ácidos nucleicos son largas cadenas lineales de nucleótidos unidos mediante enlaces covalentes entre el C3 del azúcar (ribosa o desoxirribosa) y el grupo fosfato del siguiente nucleótido (este grupo fosfato está unido al C5 de su azúcar). Estos enlaces covalentes se llaman fosfodiéster ya que hace referencia a las dos uniones que establecerá el grupo fosfato con los dos OH de las dos ribosas. Por las características de este enlace, el nucleótido de un extremo de la cadena tendrá un OH libre en el fosfato que hay en C5 (se llama 5´) y en el otro extremo habrá un OH en el C3 de la ribosa (3´), en estos lugares podrán unirse más nucleótidos. Por consenso la cadena se representa de 5´ 3´. Cuando el número de nucleótidos es inferior a 10 tenemos un oligonucleótido, si tiene más de 10 será un polinucleótido. Los dos polinucleótidos presentes en los seres vivos son el ADN y el ARN y formarán cadenas que pueden ser muy largas como el ADN humano que posee 3200 millones de pares de bases.
Tema 5.- Los ácidos nucleicos Representación simplificada de las dos cadenas: –
ADN: 5´ A T G C A 3´
–
ARN: 5´ U G C C A 3´
Si nos fijamos en esta estructura, vemos que esta cadena tiene un esqueleto de grupos fosfato y azúcares que se van alternando, tanto en el ADN como en el ARN este esqueleto es siempre igual (en el ADN es desoxirribosa – fosfato y en el ARN ribosa- fosfato). Lo único diferente serán las bases nitrogenadas, todas están situadas a la derecha del esqueleto y según el nucleótido que se una tendremos un orden u otro, esta es la parte variable en una cadena nucleotídica. En el ADN las bases serán A, T, C y G y en el ARN están la A, U, C y G.
Tema 5.- Los ácidos nucleicos 5.- ADN El ácido desoxirribonucleico (ADN) es un polímero de nucleótidos cuyo azúcar es la desoxirribosa y sus bases pueden ser A, T, C o G. Está presente en todos los seres vivos, en procariotas lo podemos encontrar disperso en el citoplasma y en eucariotas está en el interior del núcleo, en mitocondrias y en cloroplastos. En la cadena está toda la información genética de los organismos, siendo capaz de autoduplicarse para que las células hijas también la contengan. El ADN es la base de la vida. 5.1.- Estructura: Para poder estar en el interior celular, esta macromolécula tendrá que empaquetarse y así reducir su tamaño, esto lo consigue con tres niveles estructurales: Estructura primaria: Al igual que con las proteínas, la estructura primaria de los ácidos nucleicos es la secuencia de nucleótidos, también tendrán un esqueleto invariable (desoxirribosa – grupo fosfato) a partir del cual se proyectan las bases nitrogenadas. Esta estructura será también la más importante ya que su número y su orden determinarán la información genética que posee la cadena. Como el número de nucleótidos que forman el ADN es tan grande, aunque solo existan cuatro tipos de nucleótidos, las posibilidades y combinaciones son prácticamente infinitas, esto les permite contener tanta información. 5´ ATTTCGAATGCGCGATCGATCTTAGAAACCCCGAT 3´
Tema 5.- Los ácidos nucleicos Estructura secundaria: Es la unión de dos cadenas de nucleótidos en direcciones opuestas y su disposición en el espacio formando la estructura de doble hélice. La unión se realiza mediante puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas enfrentadas de cada cadena, quedando una estructura a modo de escalera donde los esqueletos formarán los rieles y las bases nitrogenadas los peldaños; la estructura se plegará y adoptará una forma de escalera de caracol:
Antes de estudiar esta estructura veremos un poco de historia para conocer los pasos que se dieron para descubrir este plegamiento en el espacio del ADN:
Tema 5.- Los ácidos nucleicos El bioquímico Erwin Chargaff analizó el contenido de las bases nitrogenadas del ADN de diferentes especies y descubrió tres puntos importantes: –
La proporción de A es igual que la de T (A=T) y la proporción de C es igual que la de G (C=G).
–
La proporción de las bases púricas es igual a la de bases pirimidínicas (A+G=T+C).
–
La proporción entre A+T y C+G es diferente en cada especie, esto indica que el contenido de nucleótidos no es al azar, hay variabilidad.
Tema 5.- Los ácidos nucleicos Uno de los hallazgos más importantes en la biología moderna fueron los estudios físicos del ADN mediante la técnica de difracción de rayos X que realizaron Maurice Wilkins y Rosalind Franklin, con estos experimentos se obtuvo la famosa fotografía 51 en la que se podía ver la estructura secundaria del ADN y sirvió para que Watson y Crick formularan la teoría de la doble hélice. Las conclusiones que se extrajeron fueron dos: –
El ADN tiene una estructura fibrilar muy ordenada de 20Å de diámetro.
–
En la estructura se repiten unidades cada 3,4Å y hay una repetición mayor cada 34Å.
Tema 5.- Los ácidos nucleicos Los científicos Watson y Crick recolectaron todos estos estudios y a partir de ellos realizaron modelos a escala para finalmente postular la teoría de la doble hélice donde se explica la estructura del ADN. En 1962, Watson, Crick y Wilkins recibieron el Premio Nobel de Fisiología y Medicina.
Tema 5.- Los ácidos nucleicos Las características estructurales del modelo de doble hélice para el ADN son: La molécula de ADN está formada por dos cadenas de polinucleótidos que se
enrollan entre sí alrededor de un eje imaginario formando una doble hélice que tendrá 20Å de diámetro. Esta disposición la adoptan los esqueletos de desoxirribosa-fosfato de ambas cadenas, dejando en el interior las bases.
Las dos cadenas se unen mediante puentes de hidrógeno entre las bases de
una cadena y las bases de la otra, las bases quedarán enfrentadas y formarán un plano que se conoce como par de bases (PB). Estas uniones no son al azar, la T se une a la A mediante dos puentes de hidrógeno y la C a la G por tres puentes de hidrógeno. El enrollamiento de la cadena es dextrógiro (hacia la derecha) y plectonémico
(en forma de doble hélice). Los planos que forman las bases se disponen perpendicularmente al eje de la
cadena. La separación entre cada par de bases es de 3,4Å y cada vuelta de hélice tiene 34Å (cada vuelta tendrá 10 pb y por lo tanto 20 nucleótidos).
Las dos cadenas son antiparalelas (una va de 5´3´ y la otra de 3´5´) y
complementarias (como las uniones entre bases siempre es igual, si tenemos una hebra podremos saber el orden de la otra).
La longitud de la cadena es variable pero en general es enorme en relación a
su tamaño.
Tema 5.- Los ácidos nucleicos - El ADN está formado por dos cadenas de polinucleótidos formando una doble hélice.
20Å - La disposición de doble hélice la tienen los dos esqueletos de las dos cadenas, formados por una repetición de desoxirribosa-fosfato.
- Las dos cadenas se enrollan alrededor de un eje imaginario, el diámetro de la estructura es de 20Å.
Tema 5.- Los ácidos nucleicos - Las cadenas se unen mediante puentes de hidrógeno, las únicas uniones posibles son A-T (se unen mediante dos puentes de hidrógeno) y C-G (mediante tres puentes de hidrógeno).
- Las bases se unen formando un plano llamado par de bases.
El giro de la cadena es dextrógiro y plectonémico (para separar las hebras hay que girar una con respecto a la otra).
Tema 5.- Los ácidos nucleicos - Los planos que forman los pares de bases se disponen perpendiculares al eje de la cadena.
34Å
3,4Å
- La separación entre cada par de bases es de 3,4Å; una vuelta de hélice se da cada 10 pb, tendrá una separación de 34Å y 20 nucleótidos.
- Las cadenas son antiparalelas, cada una va en una dirección.
T T C A G
-
Tema 5.- Los ácidos nucleicos Es una molécula muy larga, si se extiende todo el ADN de una célula humana tendría un tamaño de 2 metros.
A A G T C
- Como las bases solo se pueden unir a una base concreta, las cadenas son complementarias pero no son iguales, cada secuencia contiene su propia información. Esto es muy importante en la duplicación del ADN ya que una cadena sirve como molde para sintetizar la hebra complementaria.
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Tema 5.- Los ácidos nucleicos Este es el modelo de Watson y Crick y es la forma más abundante del ADN, se llama forma B, pero el ADN puede adoptar dos formas más: –
Forma A: La hélice también es dextrógira pero el diámetro es mayor y los pb están más juntos (11 pb por vuelta) pero no son perpendiculares al eje, tienen un ángulo de inclinación de 20º.
–
Forma Z: En esta estructura la hélice es levógira, su diámetro es menor y las cadenas principales se disponen en zig-zag (de ahí su nombre). Esto ocurre porque alternan purinas y pirimidinas en su secuencia, dejando una hélice más larga y más estrecha con 12 pb por vuelta.
Tema 5.- Los ácidos nucleicos Forma de ADN
Giro de la hélice
Diámetro de la hélice
Longitud de cada vuelta
Plano entre bases
Nucleótidos por vuelta
A
Dextrógiro
2,6 nm
2,8 nm
Inclinado
11
B
Dextrógiro
2,4 nm
3,4 nm
Perpendicular
10
Z
Levógiro
1,8 nm
4,5 nm
Zig-zag
12
Forma A
Forma B
Forma Z
Tema 5.- Los ácidos nucleicos Estructura terciaria: Es necesaria para resolver los problemas que plantea la acumulación de ADN en un espacio tan pequeño como es una célula (en procariotas está en el citoplasma) o el núcleo (aquí es donde se sitúa en eucariotas): –
La longitud de la cadena es muy grande, unos 2m en humanos, 1m en el gallo y 11cm en Drosophila. Las diferentes longitudes entre especies no siempre representan una mayor complejidad del organismo.
–
La elevada carga negativa por la acumulación de fosfatos también es un gran problema, si el ADN humano tiene 3200 millones de pares de bases, tendrá 6400 millones de fosfatos.
Esta estructura terciaria (torsión de la doble hélice sobre sí misma) es diferente en eucariotas y en procariotas porque el estado de su cadena es distinto y las necesidades de empaquetamiento varían dependiendo de su tamaño: Virus
Puede ser lineal monocatenario, lineal bicatenario y monocatenario circular
Procariotas
Normalmente es bicatenario circular, en eucariotas lo podemos encontrar en el interior de mitocondrias y cloroplastos
Eucariotas
Siempre es bicatenario y lineal, cuando se repliega se forman la cromatina y los cromosomas
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Tema 5.- Los ácidos nucleicos Estructura terciaria en procariotas: El ADN de procariotas, mitocondrias y cloroplastos está formado, generalmente, por una doble hélice circular, esta molécula se une a un pequeño número de proteínas que le ayudan a plegarse y retorcerse para formar una superhélice en forma de ochos que reducen mucho su tamaño. Este empaquetamiento se conoce como ADN superenrollado.
Tema 5.- Los 谩cidos nucleicos Este plegamiento es similar a la torsi贸n de los cables telef贸nicos:
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Tema 5.- Los ácidos nucleicos Estructura terciaria en eucariotas: La molécula de ADN en eucariotas es muy larga y lineal, necesita mucha compactación para estar contenida en el núcleo. Esto se consigue con todo un entramado de enzimas (histonas y no histonas) que formarán la cromatina y en determinados estados celulares los cromosomas, para conseguirlo se establecen una serie de niveles sucesivos:
1
Collar de perlas
2
Solenoide
3
Bucle
4
Roseta
5
Rodillo
1
2
Tema 5.- Los ácidos nucleicos Collar de perlas: El ADN se asocia a proteínas básicas llamadas histonas para formar estructuras denominadas nucleosomas (cada nucleosoma está formado por un octámero de histonas y un segmento de ADN que le envuelve dando dos vueltas), para estabilizar al nucleosoma se une la histona H1 para fijar estas dos vueltas (ahora recibe el nombre de cromatosoma). Este nivel de empaquetamiento se llama collar de perlas porque entre cada nucleosoma queda un ADN espaciador que le da este aspecto. En este estado la molécula tiene 11nm de diámetro. Solenoide: La estructura de collar de perlas se organiza formando anillos de 6 nucleosomas con las H1 orientadas hacia el interior, este grado de empaquetamiento se llama solenoide, tendrá 30nm de diámetro y da lugar a la cromatina.
La cromatina llagará hasta este nivel de empaquetamiento porque le permite al ADN estar contenido en el núcleo celular durante la interfase y además, los complejos enzimáticos encargados de la expresión de genes y de la duplicación del ADN pueden funcionar correctamente. Hay zonas de cromatina donde los solenoides se agrupan e impiden la expresión genética por lo que la compactación ayuda a la inactivación de genes. Estos dos primeros grados de empaquetamiento se realizan mediante proteínas histonas que al ser básicas se unen fuertemente a los grupos fosfato y contrarrestan la elevada carga negativa que posee la molécula de ADN.
Tema 5.- Los รกcidos nucleicos
Tema 5.- Los รกcidos nucleicos
3
Tema 5.- Los ácidos nucleicos Niveles superiores de empaquetamiento: Para formar cromosomas, el ADN con la estructura de solenoide se une a otro tipo de proteínas no histonas llamadas armazón proteico, esto provoca una serie de bucles que se enrollan sucesivamente para formar rosetas (anillo de 6 bucles) y rodillos; estos rodillos formarán las cromátidas de los cromosomas que tendrán 700nm de diámetro (el cromosoma metafásico tiene dos cromátidas y tendrá unos 1400nm).
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Tema 5.- Los ácidos nucleicos 5.2.- Desnaturalización del ADN: El ADN es una molécula muy estable ya que para formar la doble hélice se forman infinidad de puentes de hidrógeno (este enlace no es el más fuerte pero su número es tan alto que estabiliza mucho la estructura), concretamente dos puentes entre cada A-T y tres entre C-G. Al depender de estos enlaces, si se eliminan se separarán las dos hebras de polinucleótidos, por esto si se varía el pH o si se aumenta la temperatura (a partir de 100ºC), los puentes de hidrógeno se irán rompiendo y las hebras se separan, a este fenómeno se le llama desnaturalización. La temperatura a la cual el 50% del ADN está desnaturalizado se llama T m y dependerá de la longitud de la cadena y del porcentaje de C-G que tenga la cadena (cuantos más pares C-G mayor Tm puesto que hay más puentes de hidrógeno). Este fenómeno es reversible si no se ha dañado la estructura primaria, de forma que cuando se mantienen las hebras desnaturalizadas a 65ºC se vuelven a juntar, esto se conoce como renaturalización. Esta propiedad se usa en el laboratorio para hibridar cadenas distintas de ADN, con este procedimiento se puede ver el parentesco genético de dos organismos o diagnosticar enfermedades genéticas.
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Tema 5.- Los ácidos nucleicos 5.3.- Funciones: Como ya se ha comentado, la molécula de ADN contiene toda la información para construir a los organismos, esto es posible porque la secuencia de bases se puede traducir a una secuencia de aa para formar proteínas, responsables de toda la actividad de la célula. Además, es capaz de realizar copias de sí misma para transmitir su información a las células hijas, esto se hace gracias a la complementariedad de las bases. Si la secuencia se modifica (mutación) el organismo sufrirá cambios que se transmitirán de generación en generación, permitiendo así la evolución de las especies. Hay que diferenciar entre la longitud de la cadena y la complejidad evolutiva de los organismos que forma ya que no siempre se cumple esta relación, muchas especies de anfibios tienen mayor contenido genético que los mamíferos y en general las plantas son las que tienen mayor cantidad de ADN.
Tema 5.- Los ácidos nucleicos 6.- ARN El ácido ribonucleico (ARN) es un polímero de nucleótidos cuyo azúcar es la ribosa y sus bases pueden ser A, U, C o G. Es el ácido nucleico más abundante, lo podemos encontrar en mitocondrias, cloroplastos, nucleolo, núcleo, disuelto en el citoplasma o formando parte de los ribosomas. Lo contienen muchos virus y todas las células procariotas y eucariotas. Normalmente es monocatenario, existiendo cuatro tipos: –
ARN mensajero (ARNm)
–
ARN transferente (ARNt)
–
ARN ribosómico (ARNr)
–
ARN nucleolar (ARNn)
Existen algunos ARN con función catalítica, son los ribozimas, por esta razón se cree que el ARN fue la primera molécula en contener información genética y autoduplicarse. Como la molécula de ADN es más estable acabaría conteniendo la información y los diferentes tipos de ARN le ayudarían a traducirla a proteínas.
Tema 5.- Los ácidos nucleicos Los ARN tienen la función de expresar la información que contiene el ADN en proteínas, este proceso se realiza en varios pasos que ejecutarán los diferentes ARN:
Tema 5.- Los ácidos nucleicos 6.1.- ARN mensajero: Formado por una cadena de polinucleótidos lineal, corta y monocatenaria (estructura primaria) de tamaño variable. Constituye entre el 2 y el 5% del total de ARN y se trata de una copia complementaria de un segmento de una de las dos hebras del ADN (transcripción). Las secuencias copiadas corresponden a genes que tendrán la información necesaria para sintetizar una proteína. El ARNm se sintetiza en el núcleo y saldrá al citoplasma para unirse a los ribosomas que serán los responsables de pasar la secuencia de nucleótidos a una secuencia de aa, esto se consigue por un código genético universal donde cada triplete de nucleótidos (codón) codifica un aa concreto. Esta cadena lineal se degrada muy rápidamente (en pocos minutos) por la acción de las ribonucleasas (RNasas) del citoplasma. Los ARNm son diferentes en eucariotas y en procariotas, su función es la misma pero las distintas necesidades de expresión génica o las diferencias estructurales como la presencia o no de membrana nuclear les han otorgado modificaciones notables para llevar a cabo su función.
Tema 5.- Los ácidos nucleicos ARNm en eucariotas: Debido a la rápida degradación que sufre esta molécula en el citoplasma, tiene una serie de modificaciones que aumentarán su tiempo de vida pero su permanencia en la célula es reducida (menos de 10 minutos) para evitar también una producción excesiva de proteínas. Tiene dos modificaciones importantes, en el extremo 5´ presenta una metil-guanosina llamada caperuza y en 3´ tiene una repetición de nucleótidos de A (entre 150-200) llamada cola poli A, ambas modificaciones evitan la acción de las exonucleasas y retrasarán su degradación. Estos ARN son monocistrónicos, es decir, su secuencia de nucleótidos tiene la información para sintetizar una única proteína, además, antes de salir del núcleo sufre un proceso de maduración, este proceso se da porque en la secuencia intercalan fragmentos sin información genética (intrones) con fragmentos con información (exones), en la maduración se eliminan los intrones para que la información sea correcta. Cuando tiene la caperuza, la cola poli A y se han eliminado los intrones, el ARN m ya es funcional o maduro y puede salir al citoplasma para ser traducido a una proteína. Esta cadena puede plegarse en disolución y podrá presentar zonas en doble hélice por complementariedad de bases entre segmentos de la misma cadena, estas regiones presentarán estructura secundaria.
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Existe un quinto ARN llamado ARN pequeño nucleolar (ARNpn) que se une a determinadas proteínas dentro del núcleo para formar las ribonucleoproteínas pequeñas nucleares (RNPpn) que intervendrán en los procesos de maduración del ARNm.
Tema 5.- Los ácidos nucleicos ARNm en procariotas: En las células procariotas no existe separación física entre el ADN y los ribosomas (no hay núcleo), por esta razón, el ARN m se empieza a transcribir a medida que se va produciendo. Como consecuencia, los ARN m carecen de caperuza, de cola poli A y de intrones, y por lo tanto no sufren el proceso de maduración. Estos ARN son policistrónicos, es decir, contienen información para sintetizar varias proteínas (tienen zonas codificantes llamadas cistrones y regiones espaciadoras entre ellas).
Tema 5.- Los ácidos nucleicos 6.2.- ARN transferente: Son los ácidos nucleicos más pequeños, están formados por 70-90 nucleótidos. Constituyen el 15% del ARN total y se encuentran en el citoplasma, su función es la de transportar los aminoácidos hasta los ribosomas para formar la proteína. Esta función la realizan de forma específica, existen 50 ARN t y cada uno se une a un aa distinto (como hay 20 aa, habrá varios ARN t que se unirán al mismo aa), este complejo se llama aminoacil-ARNt. El ribosoma pasa por la secuencia del ARN m de tres en tres nucleótidos (cada triplete se llama codón) y se une el ARNt complementario a este codón (por esta razón el triplete del ARNt se llama anticodón). El ARNt es monocatenario (estructura primaria) pero presenta zonas en doble hélice por complementariedad de bases que le dan un aspecto de hoja de trébol (estructura secundaria). Además, esta molécula se pliega adoptando una estructura tridimensional en forma de L (estructura terciaria) donde se distinguen diferentes regiones que le permitirán realizar sus funciones. En estos ARNt existen nucleótidos con bases nitrogenadas metiladas que constituyen el 10% de la secuencia.
Tema 5.- Los ácidos nucleicos
La disposición en el espacio nos permite diferenciar regiones con funciones específicas: ●
●
●
●
Brazo aceptor: Está formado por los extremos 5´ y 3´, el grupo OH de 3´ es el lugar de unión al aminoácido. Brazo T: Lugar de reconocimiento del ribosoma. Brazo D: Lugar de unión con el enzima que une el aminoácido. Brazo A: En su extremo está el anticodón, región de bases que se unirá al ARNm de forma complementaria. En este caso a un codón CUU.
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Estructura secundaria
Estructura terciaria
Tema 5.- Los รกcidos nucleicos
Tema 5.- Los รกcidos nucleicos
Tema 5.- Los ácidos nucleicos 6.3.- ARN ribosómico: Es el ARN más abundante, constituye el 75% del ARN celular y se encuentra formando parte de los ribosomas (representa el 60% del peso seco de estos orgánulos). Es monocatenario y lineal aunque en algunas regiones puede presentar zonas en doble hélice por complementariedad de bases (estructura secundaria) y al unirse a los ribosomas se pliega y adopta su estructura terciaria. Las subunidades de los ribosomas entrarán en el núcleo eucariota para unirse a las secuencias de ARNr (son varios tipos) y una vez juntos salen al citoplasma para realizar la síntesis de proteínas. Los distintos ARN r permitirán que el ribosoma se una al ARN m, que esta secuencia la puedan leer los ARN t y además que se permita el enlace peptídico que unirá los aa que van llegando. Los distintos tipos de ARN r son: Ribosoma procariota (70S)
Ribosoma eucariota (80S)
Subunidad grande (50S)
Dos ARNr: 23S y 5S
Subunidad pequeña (30S)
Un ARNr: 16S
Subunidad grande (60S)
Tres ARNr: 28S, 5,8S y 5S
Subunidad pequeña (40S)
Un ARNr: 18S S: Coeficiente de sedimentación de la molécula.
Tema 5.- Los รกcidos nucleicos
Tema 5.- Los รกcidos nucleicos
Tema 5.- Los ácidos nucleicos 6.4.- ARN nucleolar: El nucleolo de las células eucariotas está formado por fragmentos de ADN, cuando estas secuencias se transcriben se forma un ARN 45S llamado ARNn; esta secuencia sufrirá un proceso de maduración en el cual se fragmenta en tres ARN que serán los ARNr (menos el 5S que se sintetiza fuera del nucleolo). Al nucleolo llegarán las subunidades de los ribosomas y se ensamblarán los ARN r, una vez formadas las dos subunidades ya podrán salir del núcleo y empezar la síntesis proteica.
Tema 5.- Los ácidos nucleicos 6.5.- Funciones de los ARN: Hay dos: –
Están implicados en la síntesis de proteínas: Para realizar esto el ARNm copia la información del ADN (transcripción) y el ARN t, el ARNr y los ribosomas intervendrán el transformar la información del ARN m en proteínas (traducción). La función de los ARN en procariotas y eucariotas es la misma pero el proceso varía por las diferencias entre las dos células.
–
Pueden almacenar la información genética: Algunos virus carecen de ADN y los ARN serán las moléculas encargadas de contener la información.
Tema 5.- Los ácidos nucleicos Formación y funcionamiento de los ARN en procariotas:
Tema 5.- Los ácidos nucleicos Formación y funcionamiento de los ARN en eucariotas:
Tema 5.- Los ácidos nucleicos 7.- Diferencias entre el ADN y el ARN Características
ADN
ARN
Pentosa
●
Desoxirribosa
●
Ribosa
Bases nitrogenadas
●
A, T, C y G
●
A, U, C y G
Longitud de la cadena
●
Macromolécula muy larga
●
Es más corta que el ADN
Normalmente es de cadena sencilla pero sufre plegamientos y uniones por complementariedad en algunos tramos ●
Generalmente es de doble cadena, las bases unen ambas hebras por complementariedad ●
Tipo de molécula
Localización Estabilidad Función
En eucariotas está en el núcleo, ● En el núcleo, en el citoplasma en mitocondrias y cloroplastos y en los ribosomas ●
La estructura de doble hélice le permite ser muy estable ●
Contiene la información genética ●
Es poco estable, su presencia en las células es de pocos minutos. ●
Codifica la información del ADN a proteínas ●