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Estructura de los Ácidos Nucleicos.

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  • 1. maov/mlvm/julio de 2009Estructura de los Ácidos NucleicosMiguel Angel Ordorica Vargas & María de la Luz Velázquez MonroyIntroducciónEl estudio de los ácidos nucleicos es la disciplina que domina hoy en día la investigación científicaen el campo de las Ciencias Biológicas. Tal relevancia es comprensible cuando reconocemos que“los ácidos nucleicos son los compuestos químicos responsables de almacenar, transmitir y ex-presar la infromación genética en todos los seres vivos”. Sin embargo, como se describe a conti-nuación, el papel de los ácidos nucleícos como material genético, no fue aceptado en forma uni-versal sino hasta la segunda mitad del siglo XX.Historia1869. El químico suizo Johann Friedrich Miescher (1844-1895) aísladel núcleo celular de los leucocitos una “sustancia nitrogenada, rica enfosfatos y soluble en álcalis pero no en ácidos”, a la que llama Nucleí-na. Hasta donde sabemos, Miescher creía que la función de la nucleínaera almacenar fosfato.Treinta años después, en 1899, el químico alemán Richard Altmann(1852-1901) desarrolla métodos para obtener la nucleína libre de pro-teínas y propone el cambio del nombre Nucleína por Ácido Nucleico.Durante la década de 1920, el químico Phoebus Aaron Theodor Levene(1869-1940) analiza los componentes de la molécula de ácido desoxi-rribonucleico; encuentra que contienen cuatro bases nitrogenadas Ade-nina, Guanina, Citosina y Timina; el azúcar Desoxirribosa y Fosfato.Correctamente, dedujo que los nucleótidos eran las unidades estructuralesdel DNA y que a su vez estabán formados por una base y fosfato, ambosunidos al azúcar. Desafortunadamente, en forma equivocada, concluyó quelos cuatro nucleótidos se encontraban en cantidades iguales y postuló laTeoría del Tetra-Nucleótido como unidad básica del DNA, considerándo-lo una molécula repetitiva, sin capacidad para ser el material genético.En 1928, el microbiólogo inglés Frederick Griffith(?-1940) descubre la transformación de las cepas nopatógenas de Streptococcus pneumoniae usando res-tos de cepas patógenas muertas, y propone la exis-tencia de un Principio Transformador, responsabledel cambio, pero no hace ninguna sugerencia respec-to de la naturaleza química del mismo.En 1944, los investigadores Oswald Theodore Avery (1877-1955) Colin M.MacLeod y Maclyn McCarty (1912-2003) mediante la destrucción secuen-cial de las macromoléculas de las células de la cepa patógene de S. neumo-nie, aportan pruebas de que el DNA es el Principio Transformador deGriffith. A pesar de lo cual, para muchos investigadores, aún permanecía laduda sobre la naturaleza química del material genético.Figura 1. FriederichMiescherFigura 2. P. A. T.LevenFigura 3. FrederickGriffith
  • 2. Acidos Nucleicosmaov/mlvm/2Figura 4. De izquierda a derecha, Avery, MacLeod y McCartyEntre 1950 y 1953 el bioquímico austriaco Erwin Chargaff (1905-1997) y sus colaboradores des-cubren la equivalencia de bases en el DNA. [A] = [T], [G] = [C], [Purina]/[Pirimidina] = 1 y[A+T]/[G+C] característico de especie. Sus descubrimientos destruyen la teoría del tetra - nucleó-tido y aportan información importante sobre la estructura del DNA, en especial la variación decomposición entre especies, que apoya el papel del DNA como material genético, aunque no cons-tituye evidencia definitiva.1951. Rosalind Elsie Franklin (1920-1958) descubre las estructuras helicoidales del DNA cono-cidas como DNA-A y DNA-B, mediante difracciones de rayos X de fibras hidratadas.1952. Alfred Day Hersey (1908-1997) y Martha Chase demuestran que la infección viral se rea-liza con DNA. Los resulados de este experimento, junto con los datos de Chargaff, convencen a lamayoría de los investigadores de que el DNA es el material genético.Figura 5. De izquierda a derecha, Chargaff, Franklin, Chase y Hersey1953. James Dewey Watson (1928-) y Francis Harrry Compton Crick (1916-) proponen lacomplementariedad de bases y usando métodos de modelado molecular, los datos de Chargaff yFranklin, postulan el modelo de la Doble Hélice del DNA.Figura 6. Watson (izquierda) y Crick (derecha)
  • 3. Acidos Nucleicosmaov/mlvm/31958. Matthew Meselson y Franklin W. Stahl aportan pruebas de la Replicación Semiconserva-tiva del DNA según el modelo de Watson y Crick1961. Jacques Monod (1910-1976) y Francis Jacob (1920-) publican el modelo del Operón pa-ra la regulación de la síntesis de proteínas.Entre 1961 y 1965, Marshall W. Nirenberg, Heinrich Matthaei, Har Gobind Khorana, SeveroOchoa y otros, decifran el Código Genético completo.1974. Sung-Hou Kim y Alexander Rich determinan la Estructura Tridimensional del tRNA.1977. Frederick Sanger y colaboradores secuencian el DNA de cadena simple del virus  174.1977. Phil Sharp del MIT y Rich Roberts del Cold Sprig Harbor, descubren las secuencias inter-nas no codificantes de los genes eucarióticos o Intrones.1981. Thomas R. Cech y colaboradores, descubren la autohidrólisis del Intron I del RNA en elprotozoario Tetrahymena thermophila.1983. Sidney Altman y su grupo reportan la Actividad Catalítica del RNA de la Ribonucleasa Pde Escherichia coli y Bacillus subtilis.1987. Se inicia el proyecto del Genoma Humano, que produce sus primeros resultados en 1999cuando se publica la secuencia completa del cromosoma humano 22. A finales del año 2000 se pu-blica el primer “borrador” completo del genoma humano y en abril de 2003, la secuencia completafinal.1997. Se define el mecanismo del fenómeno de Represión Genética Postranscripcional o Inter-ferencia del RNADefiniciónDesde el punto de vista químico, los ácidos nucleicos son: macromoléculas formadas por polí-meros lineales de nucleótidos, unidos por enlaces ester de fosfato, sin periodicidad aparente.La semejanza entre esta definción y la de las proteínas, es consecuencia de la relación funcional deambas macromoléculas.En el terreno biológico, la secuencia de nucleótidos del polímero, contiene la información genéticade los seres vivos.ClasificaciónComo se explicó, los ácidos nucleicos son el material genético de todos los seres vivos, esta fun-ción es compartida por dos tipos de ácidos nucleicos que difieren entre si en pequeños detalles desu estructura, propiedades y composición química y gran parte de su función: el Ácido Ribonu-cleico (RNA o ARN) y el Ácido Desoxirribonucleico (DNA o ADN).Una propieda química diferente entre DNA y RNA, debida a la diferencia en composición químca,es la sensibilidad a la hidrólisis, el DNA es estable en medio alcalino y sólo se hidroliza en medioácido mientras que el RNA puede hidrolizar tanto en medio ácido como alcalino.La distribución de los ácidos nucleicos en las células eucarióticas es característica, el 95% delDNA se encuentra en el núcleo, y el remanente en mitocondrias y cloroplastos, mientras que sóloel 20% del RNA se encuentra en el núcleo y el resto en el citoplasma. También hay diferencia en
  • 4. Acidos Nucleicosmaov/mlvm/4cantidad, en las células existe de 2 a 8 veces más RNA que DNA. Por otro lado, mientras que hayun solo tipo de DNA, encargado de almacenar y transmitir la información genética, existen al me-nos tres tipos de RNA con funciones distintas en la síntesis de proteínas y otros procesos. El RNAmensajero (mRNA o ARNm), que transporta el mensaje genético del DNA a los ribosomas, paradirigir la síntesis de proteínas; representa el 5% del RNA total. El RNA ribosomal (rRNA oARNr), formando parte de la estructura del los ribosomas. Este tipo de RNA está formados porun grupo de moléculas que se clasifican en base a sus coeficientes de sedimentación como 23s, 16sy 5s en procariotes y 28s, 17s, 7s y 5s en eucariotes. Este es el RNA que se encuentra en mayorproporción pues constituye el 80% del total. El RNA de transferencia (tRNA o ARNt), estáconstituido por una familia de moléculas, las más pequeñas de los ácidos nucleicos, cuya funciónes acoplar la información del mRNA con los aminoácidos. Constituye el 15% restante. Además, enel núcleo exite un grupo heterogeneo de moléculas de RNA (hnRNA) que cumplen funciones ca-talíticas en diversos procesos.La mayor parte de las formas de vida, incluyendo organismos unicelulares, multicelulares y mu-chos virus, utilizan DNA como material genético. En otros virus, el RNA es el material genético;algunos de ellos lo usan para transmitir directamente la información mediante el proceso de Repli-cación de RNA, mientras que otros, llamados retrovirus, usan RNA pero, para poder expresar suinformación genética, primero la convierten a DNA.NucleótidosLos nucleótidos son las unidades estructurales de los ácidos nucleicos, se liberan mediante hidróli-sis controlada y están formados de tres moléculas, una base nitrogenada, un monosacárido y ungrupo fosfato.a) Bases Nitrogenadas. Son compuestos aromáticos heterocíclicos derivados de las bases orgáni-cas Purina y Pirimidina.CH6CH5CH4N3CH2 N154 NH9CH8N7N1CH2 N3CH6Pirimidina PurinaFigura 7. Estructura y numeración de Purina y PirimidinaLas bases derivadas de Pirimidina se denomina Pirimídicas; las más abundantes en los ácido nu-cleicos son Citosina, Uracilo y Timina. Las bases derivadas de Purina se llaman Púricas y lasmás abundantes son Adenina y Guanina.NNHNH2ONHNHOOCH3NHNHOONNHNNNH2NNHNHNNH2OCitosina Timina Uracilo Adenina GuaninaFigura 8. Bases Nitrogenadas más frecuentes en los Ácidos Nucleicos
  • 5. Acidos Nucleicosmaov/mlvm/5La primera diferencia en composición química entre los dos tipos de ácidos nucleicos es la distri-bución de las bases. Adenina, Guanina y Citosina se encuentran tanto en DNA como RNA mien-tras que la Timina se encuentra casi exclusivamente en DNA y el Uracilo sólo en RNA. Además dela anteriores, es frecuente encontrar bases modificadas, tanto púricas como pirimídicas, entre lasmás abundantes están la 5-metilcitosina, la 5-hidroximetilcitosina y la 6-Metiladenina que sehan relacionado con la regulación de la expresión del DNA, la 7-metilguanina y el dihidrouraci-lo que forman parte de la estructura de los RNA, e hipoxantina y xantina como intermediariosmetabólicos y productos de reacción del DNA con sustancias mutagénicas.NNHNNNH CH3NNHNHNNH2OCH3NNHNHNONNHNHNHOO6-Metiladenina 7-Metilguanina Hipoxantina XantinaNNHNH2OCH3NNHNH2OCH2OHCH2CH2NHNHOO5-Metilcitosina 5-Hidroximetil-CitosinaDihidrouraciloFigura 9. Bases modificadas del DNA y RNAComo son aromáticas, tanto las bases púricas como las pirimídicas son planas, lo cual es importan-te en la estructura de los ácidos nucleicos. También son insolubles en agua y pueden establecer in-teracciones hidrófobas entre ellas; estas interacciones sirven para estabilizar la estructura tridimen-sional de los ácidos nucleicos. Las bases nitrogenadas absorben luz en el rango ultravioleta (250-280 nm), propiedad que se usa para su estudio y cuantificación.A pesar de su nombre, su carácter básico es muy débil, así tenemos que los valores de pKa paralos grupos amino en las posiciones 4 de Citosina, 6 de Adenina y 2 de Guanina son 4.5, 4.2 y 3.2respectivamente, mientras que para los nitrógenos del anillo las constantes son de 9.5 y 9.9 para elNitrógeno 1 de Uracilo y Timina respectivamente, y 9.5 para el Nitrógeno 6 de Guanina.Toda las bases nitrogenadas pueden presentar tautomería; la forma enólica es favorecida a pH al-calino.NHNHOOCH3NHNHNHONNHNH2ONNHOHOCH3TiminaCitosinaFigura 10. Tautomería de las bases Pirimídicasb) Monosacáridos. La segunda diferencia en composición entre los ácidos nucleicos es la aldopen-tosa que forma parte de los nucleótidos, y además da nombre a los ácidos, la ribosa en el RNA ydesoxirribosa en el DNA.
  • 6. Acidos Nucleicosmaov/mlvm/63 21O4OHHOHHHOHHCH25OH-D-Ribo-furanosa3 21O4OHHHHHOHHCH25OH-D-2-Desoxi-rribofuranosaFigura 11. Pentosas del DNA y RNAAmbos monosacáridos son solubles en agua y se encuentran en la forma cíclica de furanosa por loque también son casi planas y en los nucleótidos, presentan anomería .c) Fosfato. Este componente deriva del ácido fosfórico, en los nucleótidos es responsable de sucarácter ácido y gran parte de la solubilidad. Participa en la formación de los enlaces éster quemantienen unidos los nucleótidos.d) Nucleósidos. La unión entre un monosacárido y unabase, se denomina nucleósido. La unión base-azúcar seefectúa a través de un enlace glicosídico, con configu-ración beta () entre el carbono uno de ribosa o de-soxirribosa, y un nitrógeno de las base, el 1 en las pi-rimidinas, y el 9 en las purinas. Para evitar confusio-nes en la nomenclatura de nucleósidos y nucleótidos,los átomos de la molécula de monosacárido se desig-nan con números seguidos de un apóstrofe (1’, 2’,etc.), para distinguirlos de los de la base, por lo que losenlaces de los nucleósidos se designan como (1’-1) enlas pirimidinas y (1’-9) en las purinas.Los nucleósidos son más solubles que las bases libres ylos planos de la base y el azúcar son perpendicularesentre si. Como el enlace glicosidico es sencillo, las bases pueden presentar dos conformaciones di-ferentes: anti cuando el plano de la base está alejada del plano del azucar y syn, cuando las basesestán sobre el plano del azucar. Los nucleósidos puricos pueden presentar ambas conformaciones,aunque la anti es más estable; los pirimidicos sólo pueden existir en anti, porque el Oxígeno en elcarbono 2 no permite que se forme la syn.Nucleósidos Modificados. En los tRNA existen en forma caracerística, nucleósidos modificadoscomo la seudouridina, formada por uracilo y ribosa unidos a través de un enlace (1’-5). Tam-bién se encuentra un nucleósido de timina y ribosa, la ribotimidina. Otro nucleósido presente enel tRNA es la Dihidrouridina, formado por ribosa y dihidrouracilo unidos por enlace (1’-1).En el metabolismo de las bases púricas se forma un nucleósido con Hipoxantina y Ribosa llamadoInosina. Los nucleósidos y los nucleótidos, se nombran según la base que contienen como se ilus-tra en la Tabla I.OHOHHHOHHCH2OHNNNNNH2NNNH2OHOHHHOHHCH2OHOAdenosina CitidinaFigura 12. Nucleosido de Adenina enconformación syn y de Cito-sina en conformación anti
  • 7. Acidos Nucleicosmaov/mlvm/7OHOHHHOHHCH2OHNNNNONHNOOHOHHHOHHCH2OHOHHHH NH NHOOHOHHHOHHCH2OHONHNOOHOHHHOHHCH2OHOCH3Inosina Dihidrouridina Seudouridina RibotimidinaFigura 13. Nucleósidos modificadose) Nucleótidos. Los nucleótidos se forman cuando se une ácido fosfórico a un nucleósido median-te un enlace éster, en alguno de los grupos -OH del monosacárido. Aunque la ribosa tiene tres po-siciones en las que se puede unir el fosfato (2’, 3’ y 5’), y en la desoxirribosa dos (3’ y 5’), los nu-cleótidos naturales más abundantes son los que tienen fosfato en la posición 5’. Nucleótidos confosfato en 3’ aparecen en la degradación de los ácidos nucleicos.Además de formar la estructura de los ácidos nucleicos los nucleótidos tienen otras funciones rele-vantes:1. El nucleósido Adenosina tiene funcines de neurotransmisor.2. ATP es la molécula universal para transferencia de energía;3. UDP y el CDP sirven como transportadores en el metabolismo de glúcidos, lípidos y otras mo-léculas;4. AMPc, GMPc y el propio ATP cumplen funciones reguladoras;5. AMP forma parte de la estructura de coenzimas como FAD, NAD+, NADP+y CoA.Tabla I. Nomenclatura de Nucleósidos y NucleótidosBase Nucleósido NucleótidoRNAAdenina (A) Adenosina Adenosin-5’-monofosfato (AMP)Guanina (G) Guanosina Guanosin-5’-monofosfato (GMP)Citosina (C) Citidina Citidin-5’-monofosfato (CMP)Uracilo (U) Uridina Uridin-5’-monofosfato (UMP)Timina (T) Ribotimidina Ribotimidin-5’-monofosfato (dTMP)DNAAdenina (A) Desoxiadenosina Desoxiadenosin-5’-monofosfato (dAMP)Guanina (G) Desoxiguanosina Desoxiguanosin-5’-monofosfato (dGMP)Citosina (C) Desoxicitidina Desoxicitidin-5’-monofosfato (dCMP)Uracilo (U) Desoxiuridina Desoxiuridin-5’-monofosfato (dUMP)Timina (T) Timidina Desoxitimidin-5’-monofosfato (dTMP)
  • 8. Acidos Nucleicosmaov/mlvm/8Estructura PrimariaLos ácidos nucleicos se forman cuando el grupos fos-fato de un nucleótido se une al OH en 3’ del azúcar deotro nucleótidos, mediante un enlace éster. Como launión entre nucleótidos depende de dos enlaces éstercon una misma molécula de fosfato, se acostumbra de-signarlo como enlace “diester de fosfato” ó “fosfodies-ter”. La cadena resultante recibe el nombre de polinu-cleótido y pueden ser de tamaños muy variados, desdelos aproximadamente 70 nucleótidos de los tRNA has-ta cientos de millones de ellos en el DNA.Las cadenas de polinucleótidos, igual que las de pro-teínas y polisacáridos, tienen dos extremos distintos. Elextremo 5’, en el cual esta posición del azúcar no par-ticipa en enlace con ningún otro nucleótido, y el ex-tremo 3’ en el que dicho carbono del nucleótido es elque se encuentra libre. Por convención, se acostumbraa representar las cadenas de nucleótidos, en dirección5’ a 3’ de izquierda a derecha.Como se puede ver en la Figura 14, representar enforma desarrollada la estructura de los ácidos nuclei-cos, aún los más pequeños, resulta engorroso y no es necesario pues la parte importante de ella, lasecuencia de bases, se puede representar en forma abreviada como una secuencia de letras mayús-culas haciendo A=AMP, G=GMP, C=CMP, U=UMP y T=TMP. Cuando se trata de desoxirribo-nucleótidos, se antepone una “d” como en dA= desoxi AMP, etc. Para interpretar este tipo de re-presentación hay que recordar que las secuencias siempre se escriben con en el extremo 5’ a la iz-quierda y que los fragmentos de DNA y RNA se pueden distinguir por la “d” que se antepone alos desoxinucleótidos, o por la presencia de uridina (U) en el RNA y timidina (T) en el DNA.A. DNA. La estructura primaria del DNA está formada por desoxinucleótidos de Adenina, Guani-na, Citosina y Timina. En los eucariotes también se encuentra 6-Metiladenina, 5-metilcitosina, y enprocariotes y virus 5-hidroximetilcitosina. La principal característica de la estructura primaria delDNA es su gran tamaño; los más pequeños son cadenas formadas por 4 a 5 mil de pares de baseso kilopares de bases (kb), que forman el material genético de los virus, pero las más grandes tienencientos de millones de bases.Los cromosomas de muchos virus y procariotes son moléculas circulares cerradas, mientras que enlos Eucariotes son cadenas abiertas. En los extremos de los cromosomas lineales de Eucariotes, seencuentra como parte de la estructura primaria zonas con secuencias repetitivas, llamadas Telo-meros. La secuencia de los telomeros es característica de especie.B. RNA. La estructura primaria de los RNA está formada por desoxinucleótidos de Adenina, Gua-nina, Citosina y Uracilo. La mayor parte de los RNA tiene bases y nucleótidos modificados, queprobablemente les permiten resistir la acción de las nucleasas del citoplasma. La mayor abundanciase encuentra en los rRNA.ONOPOOOONNHONOPOOONOONOPOOONNONOPOOONNH2NNH2ONH2NHOOCH3105Figura 14. Estructura primaria de losácidos nucleicos
  • 9. Acidos Nucleicosmaov/mlvm/9Los tRNA que son los ácidos nucleicos más pequeños (70 a 95 nucleótidos) tienen ribotimidina,seudourudina (), dihidrouridina (DHU), 5-metilcitosina y 7-metilguanina, en posiciones específi-cas. Además, en el extremo 3’ terminal se encuentra una secuencia constante CCA que es el sitiode unión del aminoácido.Los mRNA tienen también citosina y guanina metiladas, y además una secuencia de poliadenilatocon 100 a 200 nucleótidos, en el extremo 3’ y en 5’ el nucleótido 7-metilguanosina trifosfato, quese conoce como el “Cap”, y que identificar al RNA como mensajero.Por su parte los rRNA tienen muchas bases metiladas y la longitud de sus cadenas depende del ti-po, el rRNA 5s tiene alrededor de 120 nucleótidos mientras el rRNA 28s tiene más o menos 4000nucleótidos.Estructura SecundariaSe llama estructura secundaria de los ácidos nucleicos, a la asociación que se forman entre zonasde una misma cadena odos cadenas distintas. Esta asociación depende de la complementariedadentre las bases púricas y pirimidicas.La complementariedad de las bases está dada por el número y posición de los puentes de Hidróge-no que pueden formar, dos entre ADENINA y TIMINA (A=T), y tres entre GUANINA y CITO-SINA (GC). En el RNA el URACILO toma el lugar de la timina. Estos apareamientos no son losúnicos posibles pero si los más estables.NNNNNHHHCadenaHNNOO CadenaCH3HAdenina TiminaNNNNONHCadenaHHH NNNO CadenaHHGuanina CitosinaFigura 15. Complementariedad de bases del DNAA. DNA. El DNA es una molécula fibrosa de peso molecular elevado (hasta 109). En todas las cé-lulas y la mayoría de los virus, está formada por dos cadenas de nucléotidos con secuencias com-plementarias.Además de complementarias, las cadenas son antiparalelas; esto es, una cadena corre en direc-ción 5’ a 3’ mientras la otra lo hace de 3’ a 5’. Las cadenas giran alrededor de un eje comúnformando una espiral doble conocida como Doble Hélice. Las cadenas se mantienen unidas por in-teracciones hidrófobas entre las bases que al ser planas se apilan una sobre otra, en el interior de lahélice.Aunque los puentes de hidrógeno tienen una contribución menor a la estabilidad de la doble hélice,pues su función principal es asegurar la complementariedad, la diferencia en el número de puentesde hidrógeno de los pares AT y GC influye en la llamada “Desnaturalización del DNA”, que con-siste en la separación de las cadenas de la doble hélice para quedar como hebras sencillas. La“Temperatura de Fusión del DNA”, que es la temperatura a la cual una molécula de DNA se hadesnaturalizado al 50%, aumenta mientra mayor cantidad de pares GC hay en la molécula.
  • 10. Acidos Nucleicosmaov/mlvm/10Figura 16. Doble hélice del DNA-BExisten varias estructuras secundarias del DNA, la primera fue propuesta por Watson y Crick en1953 y se conoce como forma B del DNA (DNA-B). En este modelo, la doble hélice da un girocompleto a la derecha (en el sentido de las manecillas del reloj) cada 10 pares de base, recorriendouna distancia de 3.4 nm y tiene un diámetro de 2 nm.Otras estructuras secundarias de DNA (Tabla II), varían en el número de bases por cada vueltacompleta de la hélice, la distancia recorrida por vuelta y hasta en el sentido de giro, el Z-DNA giraa la izquierda, Sin embargo, todas las estructuras secundarias del DNA conservan las característi-cas generales del modelo de Watson y Crick, son cadenas dobles, antiparalelas, complementa-rias y con forma de hélices.Figura 17. Estructuras secundarias del DNA. De izquierda a derecha A, B y Z
  • 11. Acidos Nucleicosmaov/mlvm/11Tabla II. Características de las estructuras secundarias cristalinas del DNA.ModeloParámetro A B ZDirección de giro Derecha Derecha IzquierdaPares de bases / giro 11 10 12Distancia entre pares*0.23 0.34 0.37Distancia / giro*2.46 3.4 4.46Diámetro*2.3 2.0 1.8Angulo / par de bases 33.6º 36º -60º en dosNucleótidos / unidad 1 1 2* Distancias en nmB. RNA. Al contrario del DNA, la estructura secundaria del RNA siempre esta formada por unasola cadena de nucleótidos que puede presentar zonas de doble hélice. La estructura secundaria delos mRNA, es difícil de determinar, debido al elevado peso molecular y la baja concentración deestas moléculas. Las fracciones 5s, 16s y 23s del rRNA, tienen muchas regiones con secuenciascomplementarias, que forman estructuras secundarias con asas de doble cadena (50% en 5s,) conpares A=U y GC.Por otro lado, para los tRNA se conoce bien una estructura secundaria denominada “hoja de tré-bol”, porque está formada por un “tallo” con tres, y ocasionalmente cuatro “brazos”. El tallo, lostres brazos constantes, y el brazo variable, cuando tiene longitud suficiente, presentan zonas dedoble cadena, con pares A=U y GC, que ocupan aproximadamente el 60% de las bases.En el tallo se encuentran los dos extremos terminales, unode los cuales el 3’ corresponde al sitio de unión del ami-noácido. Los brazos o asas constantes se numeran del I aIII, a partir del extremo 5’. El brazo II se conoce como el“Asa del anticodon”, porque en él se encuentra la secuen-cia de nucleótidos que forma el anticodón, complementa-rio del codón del mRNA. En los otros dos brazos cons-tantes I y III, se encuentran siempre en posiciones equiva-lentes algunos nucleótidos modificados como dihidrouri-dina (DHU) en el brazo I o “asa de la dihidrouridina”, yribotimidina y seudouridina en el “asa de la ribotimidina”o brazo III. El brazo IV tiene un número de nucleótidosvariable y algunos tRNA no lo presentan.Estructura TerciariaA.DNA. El DNA de cualquier célula tiene un longitud queexcede con mucho el tamaño total de esta, resulta enton-ces indispensable plegar la molécula, en una estructuracompacta que pueda acomodarse dentro de la célula o delnúcleo. En las células eucarióticas, este plegamiento de-pende de la interacción del DNA con proteínas, para formar la Cromatina. Las proteínas de con-densación más abundantes son las Histonas, moléculas pequeñas con gran cantidad de lisina y ar-Figura 18. Estructura secundaria en"hoja de trebol" deltRNA
  • 12. Acidos Nucleicosmaov/mlvm/12ginina, aminoácidos con carga positiva, que interactuan con las cargas negativas del fosfato delDNA. El grado de condensación de la cromatina depende de la región del genoma, las partes queno se expresan están más compactas.El primer paso en la compactación del genoma consiste en la formación de los Nucleosomas. Paraello la cadena de DNA da dos vueltas, que ocupan aproximadamente 146 pares de bases, alrede-dor de un núcleo formado por cuatro tipos de histonas (H2A, H2B, H3 y H4), la integridad delnucleosoma se mantiene mediante la histona H1.Figura 19. Estructura del nucleosoma, vista frontal (izquierda) y lateral (derecha)Los nucleosomas están separados entre si por 60 pares de bases del DNA y se pueden compactarmás, formando un solenoide, con 6 nucleosomas por vuelta, de aproximadamente 30 nm de diá-metro. El túbulo formado por el solenoide se pliega formado asas ancladas en una matriz de pro-teínas no histónicas. El complejo resultante se puede plegar aún más enrollándose, para formar unaespiral con 18 asas en cada vuelta, estas estructuras forman las minibandas de los cromosomas.Figura 20. Primeros pasos en la formación de la estructura terciaria del DNAB. RNA. De todos los tipos de RNA sólo se conoce con detalle la estructura terciaria de los rRNAy el tRNA. La estructura terciaria de los rRNA fue resuelta recientemente por difracción de RayosX; su forma general se presenta en la Figura 21.La forma tridimensional de los tRNA resueltos por difracción de Rayos X hasta hoy se aproxima auna “L”. En el extremo de uno de los brazos de la L se encuentra el sitio de unión del aminoácido
  • 13. Acidos Nucleicosmaov/mlvm/13y en el extremo del otro el anticodón. La bisagra de la L está formada por las brazos I y III de la“hoja de trébol”, y también el IV cuando está presente.Figura 21. Estructura terciaria del RNA. De izquierda a derecha rRNA 16s, rRNA 23s+5s ytRNA

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