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ÁCIDOS NUCLEICOS ÍNDICE 1.
Estructura de los nucleótidos
2.
Nucleótidos no nucleicos
3.
Unión de nucleótidos
4.
EL ADN: estructura y función.
5.
EL ARN: estructura, tipos y función
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• ARNr • ARNt • ARNm • ARNsnp
Los ácidos nucleicos son las moléculas que contienen la información que la célula necesita para su funcionamiento y para transmitir a sus descendientes de manera que se mantengan las características específicas de cada individuo y especie. Sus unidades (monómeros) son los nucleótidos, moléculas por las que se comienza a desarrollar el tema.
1. LOS NUCLEÓTIDOS Los nucleótidos son moléculas formadas por una pentosa, un grupo fosfato y unas moléculas orgánica cíclica llamadas bases nitrogenadas. Las funciones que desempeñan en el organismo son: • Actúan como transmisores de energía (ATP) • Actúan como mensajeros químicos intracelulares ante señales que llegan a las membranas de la célula (AMPc) • Son componentes extracelulares de una serie de coenzimas e intermediarios metabólicos (NAD+, FAD+, NADP+) • Son los monómeros de los ácidos nucleicos: ADN y ARN Composición química y estructura Como ya se ha dicho, los nucleótidos estás compuestos por: PÁGINA 1 DE 10
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@profesorjano Las bases nitrogenadas se dice que son “heterocíclicas” porque en sus anillos hay otros elementos además de carbono. Las furanosas y piranosas también son heterociclos.
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• Una pentosa que en el caso de que formen parte del ARN será
ribosa y si lo hacen del ADN será desoxirribosa. • Uno, dos o tres grupos fosfato. • Una base nitrogenada.
Las bases nitrogenadas son moléculas planas, aromáticas y heterocíclicas que se derivan de la purina o de la pirimidina. Las bases púricas más comunes son la adenina (A) y la guanina (G). Ambas aparecen tanto en el ADN como en el ARN. Las bases pirimidínicas principales son la citosina (C), el uracilo (U) y la timina (T). El uracilo sólo se encuentra en el ARN y el timina en el ADN aunque también puede localizarse en el ARNt. Las bases nitrogenadas se unen a la pentosa mediante el N1 de la base a la C’1 de la pentosa mediante enalce N--glucosídico. (date cuenta de que los átomos de la pentosa se les marca con una ‘ para distinguirlos de los de la base nitrogenada. El grupo fosfato se une a la posición 5’ de la pentosa aunque hay que casos en los que seune al 2’ o al 3’. Según el nucleótido tenga ribosa o desoxirribosa se denominan ribonucleótidos y desoxirribonucleótidos. Por lo tanto existen cuatro ribonucleótidos distintos para el ARN y otros cuatro para el ADN aunque hay excepciones. Un nucleósido es igual que un nucleótido pero sin grupo fosfato.
Antes de presentar los ácidos nucleicos, las macromoléculas que se forman por unión de nucleótidos monofosfato, vamos a profundizar en algunos nucleótidos no nucleicos, es decir que no forman parate de los ácidos nucleicos.
2. LOS NUCLEÓTIDOS NO NUCLEICOS El ATP es la biomolécula de intercambio energético y está constituido por adenina, ribosa y tres grupos fosfato (adenosín trifosfato) unidos por enlace fosfoéster.
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La importancia biológica del ATP radica en la cantidad de energía libre que acompaña a la rotura de los enlaces fosfoéster. Esto sucede cuando un grupo fosfato se transfiere a otro compuesto transformándose el ATP en ADP. La reacción es. La variación de energía libre que acompaña a esta rotura es Go = - 30’5 kJ/mol El ATP se está formando constantemente en las células a partir de ADP+Pi y también consumiéndose según la reacción señalada. La energia liberada por la hidrólisis del ATP en ADP + Pi se utiliza para el movimiento, para el transporte de sustancias y para los procesos de biosíntesis celular. En algunos casos, otros ribonucleótidos trifosfato como el GTP o UTP también desempeñan es función de transferencia de energía.
NUCLEÓTIDOS QUE ACTÚAN COMO COENZIMAS Diversas enzimas catalizan reacciones de oxidación y de reducción en la célula, es decir, reacciones de transferencia de electrones. Siempre que hay una oxidación debe de haber una reducción simultánea y viceversa. Esto significa que si un enzima, por ejemplo, provoca la oxidación de una biomolécula, otra deberá reducirse, y es ahí en donde entran en juego estos coenzimas. Estos coenzimas presentan dos formas, reducida (representada con más hidrógenos) y otra oxidada.
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Las formas reducidas se presentan con más H ya que añadir un hidrógeno es añadir un protón y un ELECTRÓN más y las formas con más electrones son las reducidas.
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NAD+ y NADP+ El NAD+ es el dinucleótido de nicotinamida y adenina cuya forma reducida se representa como NADH+H+. Su versión fosfatada es el NADP (NADPH+H+ en su forma reducida). Estos compuestos provienen de la vitamina niacina o B3. FAD+ y FMN Su diferencia es que el primero es un dinucleótido de flavina y el segundo un mononucleótido. Sus formas reducidas se representan por FADH2 y FMNH2. A diferencia de los coenzimas de nicotinamida, los de flavina están fuertemente unidos a los enzimas en cuyas reacciones redox intervienen. A los coenzimas que tienen esta característica se les denomina grupos prostéticos. Estos nucleótidos derivan de la riboflavina o vitamina B2. AMPC Actúa como segundo mensajero. Esto significa que cuando una célula recibe una señal química externa (el primer mensajero) , por ejemplo cuando le llega una hormona, la célula aumenta los niveles citoplasmáticos de AMPc que son los que provocarán los efectos intracelulares ya que activan a un grupo de enzimas llamadas proteín quinasas. A este proceso se le llama “transducción de señales” El AMPc se forma a partir de la acción del enzima adenilato ciclasa sobre el ATP. Coenzima A (CoA) Es una de la moléculas más importantes en el metabolismo de las células. Transporta grupos acetilo (cadenas hidrocarbonadas de dos carbonos) y grupos acilo (cadenas hidrocarbonadas de “n” carbonos). Su centro reactivo es un grupo sulfhidrilo (SH) mediante el cual el Coenzima A se une a los grupos acilo o acetilo que transporta gracias a un enlace tioéster.
3. UNIÓN DE NUCLEÓTIDOS Comprueba tu capacidad de indentificación de nucleótidos no nucleicos
Los nucleótidos se unen entre sí para formar largas cadenas que son los ácidos nucleicos. Esta unión se realiza mediante “puentes” de grupos fosfato que unen: . El OH de la posición 5’ de primero. . El OH de la posición 3’ del siguiente. PÁGINA 4 DE 10
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A este enlace se le llama fosfodiéster
Como consecuencia una hebra (cadena) de ácido nucléico tendrá un extremo con el carbono 5’ libre (extremo 5’) y otro con el extremo 3’ libre (extremo 5’). Por convención, la secuencia de residuos nucleotídicos en un ácido nucleico se escribe , de izquierda a derecha, desde el extremo 5’ hasta el 3’. Un ácido nucleico de cadena corta se denomina oligonucleótido (generalmente hasta 50 nucleótidos) y si tienen mayor longitud polinucleótidos.
4. ADN: ESTRUCTURA Y FUNCIÓN La existencia del ADN fue descubierta por Friedrich Miescher en 1868 en restos de vendajes quirúrgicos y lo denominó nucleína, pero no fue hasta 1944 cuando Oswald Avery, Colin Macleod y Maclyn McCarty descubrieron que el ADN era molécula portadora de los caracteres hereditarios. A finales de los años 40, Erwin Chargaff y colaboradores encontraron unas reglas importantísimas para determinar la estructura del ADN 1. Las cantidades de las cuatro bases nitrogenadas de un ADN variaban de una especie a otra. PÁGINA 5 DE 10
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2. Las muestras de ADN aisladas de los diferentes tejidos de la misma especie se componen de las mismas bases. 3. La composición de bases del ADN de una determinada especie no varía con la edad del organismo, ni con su estado nutricional ni con la variedades ambientales (sin embargo, hoy día se han detectado pequeños cambios en este sentido. De este fenómeno se ocupa la epigenética) 4. En todos los ADn de diferentes especies, el número de los residuos de adenina es igual al de los residuos de timina (A = T), y el número de los residuos de timina es igual a los de citosina. Por lo tanto el porcentaje de bases púricas es igual al de pirimidínicas. A este fenómeno se le denomina complementariedad de bases.
En 1953, Watson, Crick y con los datos de difracción de rayos X que ofrecieron Rosalind Franklin y Maurice Wilkins, determinadon que la estructura del ADN es de DOBLE HELICOIDE. El modelo de Watson y Crick se caracteriza por: 1.Existen dos cadena polinucleótidas enrrolladas alrededor de un eje común formando una doble hélice. 2.Cada vuelta de hélice contiene 10’5 pb y en cada vuelta la hélice avanza 3’6 nm. 3.Las dos cadenas de ADN son antiparalelas, es decir, una en sentido 5’3’ y la otra en sentido 3’5’. 4.Las bases se orientan hacia el centro de la hélice formando un ángulo de 90o con el eje mayor del doble helicoide. Esto minimiza las repulsiones entre los grupos fosfato cargados. La superficie de la doble hélice contiene dos hendiduras de ancho desigual: los surcos mayor y menor. 5. Cada base está unida mediante puentes de hidrógeno a su complementaria, de modo que la adenina y la timina se unen PÁGINA 6 DE 10
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mediante dos puentes de hidrógeno y la citosina y la guanina lo hacen mediante tres. La existencia de los puentes de hidrógeno entre las cadenas antiparalelas explica las dificultades para separar las dos hebras de ADN. Además, lógicamente, cuanto mayor sea la relación de pares de bases (G C) con respecto a (A=T), más difícil será su separación. Al proceso de separación del ADN en sus dos cadenas se le llama desnaturalización del ADN ya, al igual de lo que sucedía con las proteínas, consiste en la pérdida de la estructura terciaria (espacial) del ADN. A este modelo de organización del ADN se le denomina BADN. OTRAS FORMAS TRIDIMENSIONALES DEL ADN Además de la forma descubierta por Watson y Crick conocida como B-ADN y que es la más estabe en condiciones fisiológicas, existen otros dobles helicoides que se pueden encontrar en el ADN. La forma A del ADN predomina en medios deshidratados. Su doble hélice también es dextrógira pero su diámetro es maor y el número de pares de bases por vuelta de hélice es 11. La inclinación de las bases con respecto al eje de la hélice también es diferente y pasa a ser de unos 20o. En consecuencia el surco mayor es más profundo. El Z ADN presenta mayores diferencias con respecto a la forma B. La hélice es levógira y contiene 12 pb por vuelta siendo una cadena más alargada y estrecha. Este ADN suele presentar un plegamiento en ZIG-ZAG. Estas regiones de Z ADN se suelen encontrar en zonas del genoma que se encargan de la regulación y recombinación génica. La función del ADN es albergar la información genética de la célula de una manera estable y protegida que también es la que utiliza para el control sus funciones vitales. El ADN EN LOS SERES VIVOS EL ADN EN LOS DIFERENTES TIPOS DE ORGANIZACIÓN CELULAR PROCARIOTAS
Es una ADN circular bicatenario que no está unido a proteínas histonas. Se encuentra flotando en el citoplasma.
EUCARIOTAS
Es un ADN lineal bicatenario unido a histonas que se encuentra dentro del núcleo con diferentes grados de empaquetamiento. Durante la división celular se organiza en cromosomas alcanzando un alto grado de condensación.
VIRUS
Adopta múltiples formas ya sea lineal o circular y monocatanrio o bicatenario. Además, algunos virus pueden tener ARN como material ÁCIDOS NUCLEICOS DE @profesorjano hereditario.
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5. ARN: ESTRUCTURA, TIPOS Y FUNCIONES El Svedberg es una unidad de sedimentación de partículas por ultrcentrifugación. No se encuentra en el SI. Tiene dimensiones de tiempo: 1 svedberg equivale a 10-13 segundos.
El ARN es la molécula que se encarga de ejercutar la información contenida en el ADN mediante el proceso de síntesis de proteínas que, a la postre, serán los “obreros celulares” que provocarán las adaptaciones necesarias de la célula a las señales recibidas o al medio en el que se encuentra. Los distintos tipos de ARN intervienen de diferente manera pero definitiva, en el proceso de biosíntesis de proteínas. Los ARNs son cadenas de poliribonucléotidos unidos mediante enlace fosfodiéster. Algunos tipos de ARN presentan en algunas zonas plegamientos que permiten la complementariedad de bases. ARN ribosómico (ARNr) Es el componente principal de los ribosomas, constituyendo hasta un 65 % de su peso total, Estas moléculas suelen ser muy grandes en comparación con el resto de ARNs. Sus tamaños varían según el ribosoma del que formen parte sea eucariota procariota. • Ribosoma procariota (60 S) ✴ Subunidad menor (30 S): ARNr de 16 S + 21 proteínas ✴ Subunidad mayor (50 S): ARNr de 5 S y 23 S + 36 proteínas • Ribosma eucariota (80 S) ✴ Subunidad menor (40 S): ARNr de 18 S + 33 proteínas ✴ Subunidad mayor (60 S): ARNr de 5S, 28S y 5’8S + 49 proteínas
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ARN transferente (ARNt) Es un ARN de unos 75 nucleótidos. Su misión es transportar los aminoácidos al ribosoma de manera específica para para fabricar la proteína en la secuencia correcta. Existe al menos un tipo de ARNt para cada aminoácido, diferenciándose unos de otros en la secuencia de uno de sus “brazos” llamado brazo “anticodón”. Estos brazos son: .Brazo del aminoácido en el que se encuentran los extremos 5’ y 3’ del ARNt. Al extremo 3’ que suele contener una A, se une el aminoácido que transporta. El extremos 5’ suele tener una G y el fosfato libre. . Brazo anticodón: por el que se une específicamente al codón específico del ARNm . Brazo D, llamado así por contener la base dihidrouridina. A este brazo se une la aminoacil ARNt-transferasa enzima que une el aminoácido al ARNt . Brazo T, que recibe ese nombre por poseer la “anomalía” de contar con Timina en uno de sus ribonucleótidos. Este es el brazo por el que el ANRt se une al ribosoma.
ARN mensajero (ARNm) Es el ARN menos abundate y constituye entre el 5-10 % del ARN. Se forma por transcripción de una de las cadenas del ADN y sirve de molde para su lectura por parte del ribosoma en la síntesis proteica. En definitiva, es el que lleva el mensaje para fabricar una proteína determnada y no otra. En eucariotas, el RNAm formado por transcripción es más grande ya que contiene largas secuencias sin información relevante para la biosíntesis de proteínas llamadas intrones. Mediante un proceso de PÁGINA 9 DE 10
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maduración por corte y empalme de los fragmentos útiles reduce su tamaño y sale del núcleo.
ARN nuclear pequeño (ARNsn) Es una molécula de ARN pequeña, de entre 100 y 200 nucleótidos, que se une rápidamente a proteínas constituyendo las partículas nucleares pequeñas de ribonucleoproteínas (snRNP). Se localizan en el núcleo y su función eshacer poisble el proceso de maduración del ARNm para que pueda ser exportado al citoplasma para su lectura en la síntesis de proteínas.
Video sobre maduración ARNm
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