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Acidos nucleicos
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Descripción de las características de los ácidos nucleícos y sus componentes nucleotidos, estructura y propiedades. Para Biología de 2º de bachillerato

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Acidos nucleicos Acidos nucleicos Presentation Transcript

  • ACIDOS NUCLEICOS Prof. N. Flores
  • Se encuentran en todos los seres vivos…
    • Biomoléculas formadas químicamente por:
      • Carbono
      • Hidrógeno
      • Oxígeno
      • Nitrógeno
      • Fósforo
      • Posee carácter ÁCIDO
  • El ADN como almacén de información
    • Es un almacén de información (mensaje) que se trasmite de generación en generación (herencia biológica) , conteniendo toda la información necesaria para construir y sostener el organismo en el que reside.
    • Miescher en 1869 aisló del núcleo de leucocitos una sustancia ácida rica en fósforo que llamó " nucleína ".
    • Un año más tarde, en 1872, aisló de la cabeza del esperma del salmón un compuesto que denominó " protamina " y que resultó ser una sustancia de carácter básico. El nombre de ácido nucleico procede del de "nucleína" propuesto por Miescher.
  • Los Ácidos Nucleicos: ADN y ARN
    • Los ácidos nucleicos son macromoléculas formadas por la repetición de monómeros denominados nucleótidos. Un nucleótido está formado por:
    • 1.- Una pentosa: Ribosa o desoxirribosa. 2.- Una base nitrogenada: púrica o pirimidínica. 3.- Ácido Fosfórico.
  • PENTOSA
    • La pentosa, en el caso de los ácidos desoxirribonucleicos (ADN) es la 2-D-desoxirribosa y en el caso de los ácidos ribonucleicos (ARN) es la D-ribosa .
  • ACIDO FOSFORICO
  • Las bases nitrogenadas que forman parte de los ácidos nucleicos son de dos tipos, púricas y pirimidínicas .
    • Las bases púricas derivadas de la purina (fusión de un anillo pirimidínico y uno de imidazol) son la Adenina (6-aminopurina) y la Guanina (2-amino-6-hidroxipurina).
    • Las bases pirimidínicas (derivadas de la pirimidina) son:
      • Timina (2,6-dihidroxi-5-metilpirimidina o también llamada 5-metiluracilo)
      • Citosina (2-hidroxi-6-aminopirimidina)
      • Uracilo (2,6-dihidroxipirimidina).
  • Propiedades de las bases nitrogenadas
    • Propiedades:
    • Son bases débiles
    • Son poco o nada solubles en agua
    • Son moléculas planas
    • Absorben la luz UV a 250-280 nm, lo que permite su identificación y conocer su concentración
    • 258 nm ARN
    • 260 nm ADN
    • Las bases nitrogenadas que forman normalmente parte del ADN son: Adenina (A), Guanina (G), Citosina y Timina (T).
    • Las bases nitrogenadas que forman parte del ARN son: Adenina (A), Guanina (G), Citosina (C) y Uracilo (U).
    • Por tanto, la Timina es específica del ADN y el Uracilo es específico del ARN.
    BASES NITROGENAS
    • La unión de la base nitrogenada a la pentosa recibe el nombre de NUCLEÓSIDO y se realiza a través del carbono 1’ de la pentosa y los nitrógenos de las posiciones 1 (pirimidínicas) o 9 (púricas) de las bases nitrogenadas mediante un enlace de tipo N-glucosídico .
    • La unión del nucleósido con el ácido fosfórico se realiza a través de un enlace de tipo éster (se forma por esterificación) entre el grupo OH del carbono 5’ de la pentosa y el ácido fosfórico, originando un Nucleótido .
    NUCLEÓSIDOS Y NUCLEÓTIDOS
  • NUCLEÓSIDOS
    • Propiedades:
    • Son más solubles en agua que las bases, debido a la pentosa.
    • Los anillos de la base y la ribosa son perpendiculares entre sí.
    • Tanto los nucleótidos como los nucleósidos pueden contener como azúcar la D-ribosa (ribonucleótidos y ribonucleósidos) o la pentosa 2-D-desoxirribosa (desoxirribonucleótidos y desoxirribonucleósidos).
    • Además, los nucleótidos pueden tener 1, 2 ó 3 grupos fosfato unidos al carbono 5’ de la pentosa, existiendo por tanto, nucleótidos 5’ monofosfato, nucleótidos 5’ difosfato y nucleótidos 5’ trifosfato. En algunos casos el ácido fosfórico se une a la pentosa por el carbono 3’, existiendo nucleótidos 3’ monofosfato, difosfato o trifosfato según el número de grupos fosfato que posea.
  • NUCLEÓTIDOS
    • Propiedades:
    • La presencia de cargas negativas en los fosfatos los hace aún más solubles.
    • Aparecen solubles en proporciones altas.
    • Los grupos fosfatos dan fuerte carácter ácido a la molécula, por lo que tienden a asociarse a cationes solubles (Ca2+, Mg2+, Na+)
  •  
  •  
  • Formación de un nucleótido
  •  
  • Base Nitrogenada Nucleósido Nucleótido Adenina Adenosina Ácido Adenílico Guanina Guanosina Ácido Guanílico Citosina Citidina Ácido Citidílico Timina Timidina Ácido Timidílico Uracilo Uridina Ácido Uridílico
  • Nucleótidos libres o no nucleicos
    • Funciones:
    • Forman parte de los ácidos nucleicos
    • Nucleótidos polifosforilados:
      • Transporte de grupos fosfatos
      • Reserva energética: ATP
      • Activación energética de moléculas:
        • UDP-glucosa  Síntesis de glucógeno
        • CDP-colina  Síntesis de fosfolípidos
    • Nucleótidos cíclicos:
      • Segundos mensajeros: AMPc, GMPc, IMPc
    • Derivados nucleotídicos:
      • Coenzimas: NAD, FAD, Coenzima A
  • Nucleótidos polifosforilados
  • Nucleótidos polifosforilados
  •  
  •  
  • NAD y NADP COENZIMAS TRANSPORTADORAS DE ELECTRONES
  • FMN y FAD COENZIMAS TRANSPORTADORAS DE ELECTRONES
  • Acetil CoA COENZIMAS TRANSPORTADORAS DE GRUPOS ACILO
  • Ácidos nucleicos
    • Los nucleótidos son las unidades o monómeros utilizados para construir largas cadenas de polinucleótidos.
    • Los ácidos nucleicos son MACROMOLECULAS formadas por POLIMERIZACIÓN, en cadenas lineales, de unidades estructurales llamadas Nucleótidos.
    • Los nucleótidos se unen entre sí para formar largas cadenas de polinucleótidos, esta unión entre monómeros nucleótidos se realiza mediante enlaces fosfodiéster entre los carbonos de las posiciones 3’ de un nucleótido con la 5’ del siguiente.
  • Acido desoxirribonucleico
    • Se encuentra en los núcleos celulares (CROMATINA).También hay pequeña cantidad en la mitocondria y cloroplasto.
    • Todas las células de un organismo contienen igual contenido de ADN (6pg) excepto los gametos. No se modifican por la edad ni por factores ambientales o nutricionales.
  • Ácidos nucleicos 23. Función, localización y forma del ADN p.75- 78 Localización y forma Núcleo de la célula eucariota Citoplasma de la célula procariota En mitocondrias y cloroplastos En virus Único asociado a histonas
  • Clases y orígenes de los ácidos nucleicos
    • ACIDO NUCLEICO ORIGEN
    • ADN
    • ADN nuclear Núcleo de los eucariotas.
    • ADN celular Procariotas.
    • ADN plasmidial Procariotas.
    • ADN mitocondrial Mitocondria de eucariotas.
    • ADN viral Virus animales, vegetales.
    • ARN
    • ARN mensajero Procariotas y eucariotas.
    • ARN ribosómico Procariotas y eucariotas.
    • ARN trasferencia Procariotas y eucariotas.
  • La estructura del ADN
  • Historia
    • Erwin Chargaff analizó las base nitrogenadas del ADN en diferentes formas de vida, concluyendo que, la cantidad de purinas no siempre se encontraban en proporciones iguales a las de las pirimidinas (contrariamente a lo propuesto por Levene ), la proporción era igual en todas las células de los individuos de una especie dada, pero variaba de una especie a otra.
    • Los experimentos de Hershey-Chase probaron que el ADN era el material genético pero, no como el ADN conformaba los genes. El ADN debía transferir información de la célula de origen a la célula hija. Debía también contener información para replicarse a sí mismo, ser químicamente estable y tener pocos cambios. Sin embargo, debía ser capaz de cambios mutacionales. Sin mutaciones no existiría el proceso evolutivo.
    • Muchos científicos se interesaron en descifrar la estructura del ADN, entre ellos, Francis Crick, James Watson, Rosalind Franklin, y Maurice Wilkins.
  • La doble hélice: la espiral de la vida
  • El modelo de Watson y Crick
    • A fines de Febrero de 1953, Rosalind Franklin , escribió en su cuaderno de notas que la estructura del ADN tenía dos cadenas, ya antes había deducido que los grupos fosfatos se encontraban en el exterior y que el ADN existe en dos formas........
    • Watson y Crick eran investigadores teóricos que integraron todos los datos disponibles en su intento de desarrollar un modelo de la estructura del ADN. Los datos que se conocían por ese tiempo eran :
      • que el ADN era una molécula grande también muy larga y delgada.
      • los datos de las bases proporcionados por Chargaff (A=T y C=G; purinas/pirimidinas=k para una misma especie).
      • los datos de la difracción de los rayos-x de Franklin y Wilkins (King's College de Londres).
      • Los trabajos de Linus Pauling sobre proteínas (forma de hélice mantenida por puentes hidrógeno), quién sugirió para el ADN una estructura semejante.  
  • PROPORCIONES DE LAS BASES NITROGENADAS: REGLAS DE CHARGAFF
    • Al principio se pensaba que los ácidos nucleicos eran la repetición
    • monótona de un tetranucleótido, de forma que no tenían variabilidad
    • suficiente para ser la molécula biológica que almacenara la información. Sin embargo, Chargaff (1950) demostró que las proporciones de las bases nitrogenadas eran diferentes en los distintos organismos, aunque seguían algunas reglas. Estas reglas de Chargaff se cumplen en los organismos cuyo material hereditario es ADN de doble hélice y son las siguientes:
    REGLAS DE CHARGAFF PARA ADN DE DOBLE HÉLICE   La proporción de Adenina (A) es igual a la de Timina (T). A = T . La relación entre Adenina y Timina es igual a la unidad (A/T = 1). La proporción de Guanina (G) es igual a la de Citosina (C). G= C. La relación entre Guanina y Citosina es igual a la unidad ( G/C=1). La proporción de bases púricas (A+G) es igual a la de las bases pirimidínicas (T+C). (A+G) = (T + C). La relación entre (A+G) y (T+C) es igual a la unidad (A+G)/(T+C)=1. Sin embargo, la proporción entre (A+T) y (G+C) era característica de cada organismo, pudiendo tomar por tanto, diferentes valores según la especie estudiada. Este resultado indicaba que los ácidos nucleicos no eran la repetición monótona de un tetranucleótido. Existía variabilidad en la composición de bases nitrogenadas. 
  • La fotografía 51 Rosalind Franklin (1920-1958)
  • EL MODELO DE LA DOBLE HÉLICE: WATSON Y CRICK (1953)
    • Una vez demostrado que los ácidos nucleicos eran los portadores de la información genética, se realizaron muchos esfuerzos encaminados a determinar su estructura con exactitud. Watson y Crick (1953) fueron los primeros investigadores en proponer una estructura para los ácidos nucleicos y su labor investigadora se vio recompensada con el Premio Nobel en 1962 , Premio Nobel que compartieron con M. H. F. Wilkins y que se les concedió por sus descubrimientos en relación con la estructura molecular de los ácidos nucleícos y su significación para la transmisión de la información en la materia viva. . Para realizar su trabajo emplearon dos tipos de datos ya existentes.
    • Por un lado, utilizaron los datos obtenidos varios años antes por Chargaff (1950), relativos a la composición de bases nitrogenadas en el ADN de diferentes organismos.
    • El otro tipo de datos eran los procedentes de estudios de difracción de rayos X sobre fibras de ADN. Para determinar la estructura tridimensional o disposición espacial de las moléculas de ADN, se hace incidir un haz de rayos X sobre fibras de ADN y se recoge la difracción de los rayos sobre una película fotográfica. La película se impresiona en aquellos puntos donde inciden los rayos X, produciendo al revelarse manchas. El ángulo de difracción presentado por cada una de las manchas en la película suministra información sobre la posición en la molécula de ADN de cada átomo o grupo de átomos.
    • Mediante esta técnica de difracción de rayos X se obtuvieron los siguientes resultados:
    • Las bases púricas y pirimidínicas se encuentran unas sobre otras, apiladas a lo largo del eje del polinucleótido a una distancia de 3,4 Å . Las bases son estructuras planas orientadas de forma perpendicular al eje (Astbury, 1947).
    • El diámetro del polinucleótido es de 20 Å y está enrollado helicoidalmente alrededor de su eje. Cada 34 Å se produce una vuelta completa de la hélice.
    • Existe más de una cadena polinucleotídica enrollada helicoidalmente (Wilkins et el. 1953, Frankling y Gosling, 1953).
    • Basándose en estos dos tipos de datos Watson y Crick propusieron su Modelo de estructura para el ADN conocido con el nombre de Modelo de la Doble Hélice . Las características del Modelo de la Doble Hélice son las siguientes:
    • El ADN es una doble hélice enrollada helicoidalmente “a derechas” (sentido dextrógiro).
  •  
    • Cada hélice es una serie de nucleótidos unidos por enlaces fosfodiéster en los que un grupo fosfato forma un puente entre grupos OH de dos azúcares sucesivos ( posiciones 3’ de un azúcar y 5’ del siguiente).
    • Las dos hélices se mantienen unidas mediante puentes o enlaces de hidrogeno producidos entre las bases nitrogenadas de cada hélice. Siguiendo los datos de Chargaff (1959), la Adenina de una hélice aparea con la Timina de la hélice complementaria mediante dos puentes de hidrógeno. Igualmente, la Guanina de una hélice aparea con la Citosina de la complementaria mediante tres puentes de hidrógeno.
  •  
  • Características de la doble hélice
    • Las hebras que la conforman son c omplementarias (deducción realizada por Watson y Crick a partir de los datos de Chargaff, A se aparea con T y C con G, el apareamiento se mantiene debido a la acción de los puentes hidrogeno entre ambas bases
    • Las dos hélices por razones de complementaridad de las bases nitrogenadas son antiparalelas , teniendo secuencias de átomos inversas. Una hélice lleva la secuencia 5’P -> 3’OH , mientras que la hélice complementaria sigue la secuencia de átomos 3’OH -> 5’P.
  •  
    • El ADN es una doble hélice, con las bases dirigidas hacia el centro, perpendiculares al eje de la molécula (como los peldaños de una escalera caracol) y las unidades azúcar-fosfato a lo largo de los lados de la hélice (como las barandas de una escalera caracol). 
  • Las bases son complementarias , con A en un lado de la molécula únicamente encontramos T del otro lado, lo mismo ocurre con G y C. Si conocemos la secuencia de bases de una de las hebras, conocemos su complementaria
  •  
  • ÁCIDOS NUCLEICOS: unión de nucleótidos
  • Otras formas de ADN
    • Forma A (solo en laboratorio), doble hélice dextrógira donde los pb se encuentran inclinados 20º respecto al eje de la hélice.
    • Forma Z, doble hélice levógira (12 pb/vuelta).
    A Z B
  •  
  • Estructura terciaria
    • El ADN se almacena en un espacio reducido para formar los cromosomas.
    • En procariotas es una superhélice, generalmente en forma circular y asociada a pequeñas proteínas.
    • En los eucariotas el empaquetamiento es más complejo y compacto.
  • Estructura de la cromatina
  • Estructura de la cromatina
  • Collar de perlas (estructura arrosariada) NUCLEOSOMA LINKER
  • Estructura cuaternaria
    • La cromatina en el núcleo tiene un grosor de 300Å. La fibra de cromatina de 100Å se empaqueta formando una fibra de cromatina de 300Å . El enrollamiento que sufre el conjunto de nucleosomas recibe el nombre de solenoide .
    • Los solenoides se enrollan formando la cromatina del núcleo interfásico de la célula eucariota. Cuando la célula entra en división, el ADN se compacta más, formando los cromosomas .
  • Estructura de la cromatina Modelo de solenoide
  • © José Luis Sánchez Guillén
  • © José Luis Sánchez Guillén
  • © José Luis Sánchez Guillén
  • © José Luis Sánchez Guillén
  • © José Luis Sánchez Guillén
  • © José Luis Sánchez Guillén
  • Tipos de cromosomas
  • Cariotipo humano
  • Cariotipo de hámster
  • Cariotipo humano
  • Funciones del ADN
    • El almacenamiento de información (genes y genoma).
    • La codificación de proteínas (transcripción y traducción).
    • La autoduplicación (replicación del ADN) para asegurar la transmisión de la información a las células hijas durante la división celular.
  • ESTRUCTURA DEL ARN
    • Hay algunas diferencias estructurales entre ADN y ARN:
    • La pentosa del ARN es la ribosa ; en la molécula de ARN no existe la Timina, que es sustituida por el Uracilo.
    • Las cadenas de ARN son mucho más cortas ya que son copias de determinadas zonas de una cadena de ADN (Gen).
    • Las moléculas de ARN están constituidas por una sola cadena , no por dos como el ADN.
    • El ADN posee la misma estructura en todas las células del organismo mientras que el ARN, de acuerdo con las diferentes misiones que puede cumplir, puede presentar tres estructuras diferentes (ARNm, ARNt, ARNr).
    Las moléculas de ARN están constituidas por cadenas de ribonucleótidos unidas entre sí por medio de enlaces fosfodiéster y se localizan en el citoplasma celular principalmente.
  •  
  •  
  • ARNm Tipos de ARN: tamaño, estructura, función y localización Tamaño Puede ser el de mayor longitud aunque esto siempre depende de la cantidad de información que reproduzca del ADN Estructura El eucariota está asociado a proteínas y suele formar bucles. El procariota no se asocia a proteínas. El eucariota se forma a partir de un pre-ARNm o también llamado ARNhn (heterogéneo nuclear) que tras sufrir un proceso de maduración da lugar a ARNm. El procariota no tiene pre-ARNm. Función Copia la información contenida en el ADN (en un proceso llamado transcripción) y la transporta hasta los ribosomas donde se produce la biosíntesis de proteínas (en un proceso llamado traducción) Localización Lo encontramos en el núcleo de la célula, donde se produce la transcripción, y en el citoplasma , donde se produce la traducción a proteínas.
  • ARNr Tipos de ARN: tamaño, estructura, función y localización Tamaño Es el de mayor tamaño, peso molecular y el más abundante (+ 75%) Estructura Presenta segmentos lineales y en doble hélice por autocomplementariedad. Se encuentra asociado a proteínas para constituir las 2 subunidades de los ribosomas. Se obtiene a partir de la escisión del ARNn (nucleolar).
  • ARNr Tipos de ARN: tamaño, estructura, función y localización Función Junto a proteínas conforma las 2 subunidades de los ribosomas , lugar en el que se produce la traducción de ARNm a proteínas. Localización Se sintetiza en el nucléolo (parte del núcleo de la célula) al escindirse el ARNn . Después sale al citoplasma para formar los ribosomas.
  • ARNt Tipos de ARN: tamaño, estructura, función y localización Tamaño Es el de menor peso molecular Estructura Se repliega sobre sí mismo por complementariedad entre las bases de un mismo fragmento, dando lugar a una estructura típica con forma de “hoja de trébol” . Ésta sufre un plegamiento superior para originar una “estructura en L” Brazo anticodón: presenta 3 bases variables específicas de cada tipo de ARNt (50 tipos). Se llama anticodón porque esta secuencia es complementaria a un triplete de nucleótidos o codón del ARNm. Brazo aceptor: en el que se encuentran los extremos 5’ y 3’. Termina siempre en CCA -3’ y es donde se une el aminoácido.
  • ARNt Tipos de ARN: tamaño, estructura, función y localización Función Transportan los aminoácidos hasta los ribosomas, lugar en el se unirán a otros aminoácidos para formar las proteínas. Cada ARNt transporta un aminoácido específico. Esta especificidad la determina el anticodón del ARNt. Dependiendo de la secuencia del anticodón, el ARNt transportará uno de los 20 aminoácidos formadores de proteínas. Localización Lo encontramos en el citoplasma
  • Otros tipos de ARN
    • ARN nucleolar
    • Las células eucariotas poseen ARN nucleolar (ARN heterogéneo nucleolar) que son en realidad precursores del los ARNm maduros.
    • snRNPs
    • Las células eucariotas poseen también un grupo de moléculas de RNA unidas a proteínas, denominadas ribonucleo proteínas pequeñas nucleolares (snRNPs) que desempeñan un papel importante en el proceso de síntesis de ARNm.
  • Propiedades del ADN y ARN. PROPIEDADES DEL ADN PROPIEDADES DEL ARN Insoluble en soluciones diluidas de NaCl. Soluble en soluciones diluidas de NaCl. Solubles en soluciones concentradas de NaCl. Insoluble en alcoholes. Insoluble en alcoholes. Puede ser disociado de la proteína por tratamiento con un detergente o un fenol Puede ser disociado de la proteína por tratamiento con un detergente o un fenol
  • Resumen …
    • Las alrededor de treinta mil proteínas diferentes en el cuerpo humano están hechas de veinte aminoácidos diferentes, y una molécula de ADN debe especificar la secuencia en que se unan dichos aminoácidos.
    • El ADN en el genoma de un organismo podría dividirse conceptualmente en dos, el que codifica las proteínas y el que no codifica . En el proceso de elaborar una proteína, el ADN de un gen se lee y se transcribe a ARN. Este ARN sirve como mensajero entre el ADN y la maquinaria que elaborará las proteínas y por eso recibe el nombre de ARN mensajero . El ARN mensajero instruye a la maquinaria que elabora las proteínas, para que ensamble los aminoácidos en el orden preciso para armar la proteína .
    • El dogma central de la biología molecular plantea que el flujo de actividad y de información es: ADN -> ARN -> proteína
    • En la actualidad se asume que este dogma es cierto en la mayoría de los casos, pero se conocen importantes excepciones: En algunos organismos (virus de ARN) la información fluye de ARN a ADN, este proceso se conoce como "transcripción inversa o reversa" . Adicionalmente, se sabe que existen secuencias de ADN que se transcriben a RNA y son funcionales como tales, sin llegar a traducirse a proteína nunca.
    • LA INDIVIDUALIDAD Y EL POTENCIAL FUNCIONAL DE CADA SER SON DETERMINADAS POR LA INFORMACIÓN CONTENIDA EN SUS ACIDOS NUCLEICOS
  • LOS ÁCIDOS NUCLEICOS Ac. fosfórico + Nucleósido (Azúcar pentosa + Base nitrogenada) ARN ADN polimeros de A, G, C, U polimeros de A, G, C, T NUCLEÓTIDOS Cromosoma bacteriano Nucleosoma Collar de Perlas Fibra de cromatina Bucles radiales Cromosoma lineal En procariotas En eucariotas Enrrollamiento en superhélice Niveles de empaquetamiento crecientes Conformación en hélice A, B o Z Ribozimas ARNm ARNr ARNt Síntesis de proteínas Función catalítica ATP, cAMP, GTP, ... Funciones varias (segundos mensajeros, energética, ...)
  •