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Ácidos Nucléicos Lic. Raúl Hernández M.. Ácidos nucleicos: Introducción Bases, nucleósidos y nucleótidos.

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1 Ácidos Nucléicos Lic. Raúl Hernández M.

2 Ácidos nucleicos: Introducción Bases, nucleósidos y nucleótidos

3 Estudia la composición química del pus: encuentra una fracción precipitable por ácido diluído que denomina Nucleína. Encuentra un material parecido a la nucleína en la esperma de salmón, y lo fracciona en una componente proteico (protamina) y un componente que contiene P, de carácter ácido, que Altmann denomina ácido nucleico. F. Miescher (1865)

4 Estudios posteriores a Miescher demuestran la existencia de dos tipos de ácido nucleico: uno abundante en la levadura, que recibe el nombre de ácido zimonucleico y otro, abundante en el timo, llamado ácido timonucleico. Posteriormente se comprueba que en la composición del llamado zimonucleico entra la ribosa, y por eso pasa a llamarse ácido ribonucleico (RNA, ARN), mientras que el timonucleico contiene desoxirribosa, por lo que pasa a llamarse ácido desoxirribonucleico (DNA, ADN)

5 Experimento de Avery (1944) El neumococo tipo R (rough, rugoso) (colonias a la izda.) puede ser transformado en neumococo tipo S (smooth, liso) (colonias a la dcha.) por el DNA del neumococo S. Esta transformación se transmite a la descendencia.

6 La hidrólisis química completa de un ácido nucleico da lugar a una mezcla equimolar de: A. Una base nitrogenada heterocíclica, purina o pirimidina B. Una pentosa, ribosa o desoxirribosa C. Fosfato La hidrólisis enzimática completa de un ácido nucleico da lugar a una mezcla de nucleótidos Los ácidos nucleicos son polímeros (de altísimo peso molecular) cuyos monómeros son los nucleótidos.

7 Una sola molécula circular cuya circunferencia mide 1 mm Tiene un peso molecular de aproximadamente 10 9 DNA de Escherichia coli

8

9 Polinucleótido Enlace fosfodiéster Enlace -glicosídico

10 PurinasPirimidinas

11 Adenina: 6-amino purina Guanina: 2-amino 6-oxo purina

12 Citosina: 2-oxo 4-amino pirimidina Uracilo: 2,4-dioxo pirimidina Timina: 2,4-dioxo 5-metil pirimidina

13 Nucleósidos, 1 Unión de una base a una pentosa a través de un enlace de tipo -N-glicosídico: Adenosina (pentosa es ribosa) Desoxiadenosina (pentosa es desoxirribosa) Enlace -N-glicosídico Purinas: enlace entre carbono anomérico (1) y N9 de la base

14 ß-D-ribofuranosil adenina (Adenosina)

15 CitidinaDesoxicitidina Nucleósidos, 2 Pirimidinas: enlace entre carbono anomérico (1) y N1 de la base

16 Numeración BaseNucleósido AdeninaAdenosina GuaninaGuanosina CitosinaCitidina UraciloUridina TiminaTimidina Nomenclatura

17 Uridina Numeración de átomos en los nucleósidos

18 Adenosina (anti-) Adenosina (syn-) Conformación de nucleósidos

19 Antibióticos nucleosídicos Cordicepina Medicamento contra el cáncer; es un tipo de antibiótico antitumoral. Puromicina Antibiótico inhibidor de la síntesis de proteínas

20 Citosin arabinósido (Vidarabin) Activo contra herpes y varicela Antivirales

21 Antirretrovirales, ej. VIH

22 Nucleótidos (ribonucleótidos) 5-nucleótido (5-CMP) 3-nucleótido (3-CMP) 2-nucleótido (2-CMP)

23 5-CMP

24 Nucleótidos (desoxirribonucleótidos) 5-dTMP 3-dCMP

25 Nucleótidos cíclicos 3,5 Adenosin monofosfato cíclico, cAMP

26 Adenosín monofosfato cíclico (AMPc, cAMP, AMP cíclico o adenosín monofosfato-3',5' cíclico) es un nucleótido que funciona como segundo mensajero en varios procesos biológicos. Es un derivado del adenosín trifosfato (ATP), y se produce mediante la acción de la enzima adenilato ciclasa a partir del adenosín trifosfato.adenosín monofosfato nucleótidoadenosín trifosfato adenilato ciclasaadenosín trifosfato El AMPc es un segundo mensajero, empleado en las rutas de transducción de la señal en las células como respuesta a un estímulo externo o interno, como puede ser una hormona como el glucagón o la adrenalina, o una respuesta de regulación postraduccional.segundo mensajerotransducción de la señalcélulas hormonaregulación postraduccional Mensajeros Químicos, cAMP y cGMP

27 El guanosín monofosfato cíclico, GMP c o GMP cíclico es derivado cíclico del nucleótido trifosfato GTP, generado por mediación de la enzima guanilato ciclasa –también conocida como guanililciclasa– e implicado como segundo mensajero en las rutas de transducción de la señal celulares.nucleótidoGTPenzima guanilato ciclasa segundo mensajero transducción de la señalcelulares cGMP

28 Nucleósido polifosfatos 5-Adenosina monofosfato, AMP 5-Adenosina difosfato, ADP 5-Adenosina trifosfato, ATP

29 El trifosfato de adenosina (adenosín trifosfato, del inglés Adenosine TriPhosphate) es un nucleótido fundamental en la obtención de energía celular.nucleótido Está formado por una base nitrogenada (adenina) unida al carbono 1 de un azúcar de tipo pentosa, la ribosa, que en su carbono 5 tiene enlazados tres grupos fosfato.adeninapentosaribosagrupos fosfato Se produce durante la fotorrespiración y la respiración celular, y es consumido por muchas enzimas en la catálisis de numerosos procesos químicos. Su fórmula molecular es C 10 H 16 N 5 O 13 P 3.fotorrespiraciónrespiración celularcatálisis ATP

30 El adenosín difosfato (ADP) es un nucleótido difosfato, es decir, un compuesto químico formado por un nucleósido y dos radicales fosfato unidos entre sí. En este caso el nucleósido lo componen una base púrica, la adenina, y un azúcar del tipo pentosa que es la ribosa.nucleótidonucleósidofosfatoadeninapentosaribosa Se produce ADP cuando hay alguna descarboxilación en algunos de los compuestos de la glucólisis en el ciclo de Krebs.descarboxilaciónglucólisisciclo de Krebs El ADP es almacenado en los densos gránulos de las plaquetas, y es movilizado por la activación plaquetaria. plaquetas ADP

31 El dinucleótido de nicotinamida y adenina, más conocido como nicotinamida adenina dinucleótido (abreviado NAD + en su forma oxidada y NADH en su forma reducida), es una coenzima encontrada en células vivas y compuesta por un dinucleótido, ya que está formada por dos nucleótidos unidos a través de sus grupos fosfatos, siendo uno de ellos una base de adenina y el otro de nicotinamida. Su función principal es el intercambio de electrones e hidrogeniones en la producción de energía de todas las células.oxidadareducida coenzimacélulasnucleótidosgrupos fosfatosbase adeninanicotinamida electroneshidrogeniones células Transportadores de electrones: NAD +, FMN, FAD NAD +

32 El flavin mononucleótido (FMN), o riboflavina-5'-fosfato, es un derivado de la riboflavina (vitamina B 2 ) que actúa como coenzima de diversas oxidoreductasas.riboflavinacoenzima oxidoreductasas Transportadores de electrones: NAD +, FMN, FAD FMN

33 El flavín adenín dinucleótido o dinucleótido de flavina-adenina (abreviado FAD en su forma oxidada y FADH 2 en su forma reducida) es una coenzima que interviene en las reacciones metabólicas de oxidación- reducción. coenzimametabólicasoxidación- reducción es una coenzima que interviene como dador o aceptor de electrones y protones (poder reductor) en reacciones metabólicas redoxcoenzimaelectrones protonespoder reductormetabólicasredox Transportadores de electrones: NAD +, FMN, FAD FAD

34 Propiedades de los nucleótidos 1. Carácter ácido debido al fosfato 2. Solubilidad incrementada respecto al nucleósido 3. Misma reactividad que bases y nucleósidos

35 ATP como donador de energía

36 Polinucleótidos

37 Polinucleótido Extremo 5 Extremo 3 Enlace fosfodiéster

38 5- CpApTpTpGpCpGpGpApApTpGpCpCp -3 5-CATTGCGGAATGCC-3 3-GTAACGCCTTACGG-5 Formas de representación de polinucleótidos

39 Polinucleótido en doble hélice

40 DNA y RNA

41 A G C T Hombre, H.sapiens Bovino, Bos taurus Levadura, S.cerevisiae Mycobacterium sp Composición en bases del DNA en algunas especies

42 Cristalografía de rayos X del DNA Formas cristalinas: DNA-A: baja hidratación, peso molecular relativamente bajo, reflexiones claras DNA-B: alta hidratación, peso molecular alto, reflexiones difusas DNA-Z: Molécula de DNA de doble hebra con giro hacia la izquierda. Se ha demostrado que existe en forma transitoria y localizada junto al DNA en conformación B. Estudiada por: L.Pauling (Caltech), M.Wilkins y R.E.Franklin (Londres) J.D.Watson y F.H.C.Crick (Cambridge)

43 1. Estructura helicoidal 2. Periodicidad a 3.4 nm 3. Periodicidad a 0.34 nm 4. R.E.Franklin sugiere que el eje ribosa-fosfato está hacia fuera y las bases hacia dentro. Igualmente sugiere que se trata de una doble hélice, y no triple Con estos datos, Watson y Crick elaboraron su modelo en doble hélice El DNA-B

44 3.4 nm 1. El DNA es una doble hélice plectonémica y dextrógira, con un paso de rosca de 3.4 nm Modelo de Watson - Crick, A

45 Modelo de Watson-Crick, B 2. Cada una de las dos hélices es un polinucleótido entrelazado con el otro de manera que su polaridad es opuesta (es decir, corren en sentido antiparalelo)

46 3. El eje ribosa-fosfato se sitúa hacia el exterior de la doble hélice, en contacto con el solvente 4. Mientras que las bases nitrogenadas (anillos planares) se sitúan, apiladas, hacia el interior de la estructura, en un entorno hidrofóbico Modelo de Watson-Crick, C

47 5. Las bases están situadas en planos aproximadamente perpendiculares al eje mayor de la doble hélice. La distancia entre planos es de 0.34 nm Modelo de Watson-Crick, D 0.34 nm

48 Modelo de Watson-Crick, E 6. Cada base interacciona con su opuesta a través de enlaces de hidrógeno, y de manera que: (a) Adenina (A) sólo puede interaccionar con timina (T) (y viceversa), a través de dos puentes de hidrógeno, y

49 (b) Guanina (G) sólo puede interaccionar con citosina (C) (y viceversa), a través de tres puentes de hidrógeno

50 La base está situada en posición anti- 8. La desoxirribosa en forma furanósica 9. El anillo furanósico está en conformación endo-2 Modelo de Watson-Crick, F

51 10. El eje de la doble hélice no pasa por el centro geométrico del par de bases. Esto determina que la hélice presente un surco ancho y un surco estrecho Surco ancho Surco estrecho Modelo de Watson-Crick, G

52 Paso de rosca3.4 nm Distancia entre 0.34 nm planos de bases Pares de bases/vuelta10 Anchura2.4 nm Geometría de la doble hélice (DNA-B)

53 ADN B

54 DNA-A 1.Doble hélice plectonémica y dextró- gira 2. Planos de bases oblicuos respecto al eje de la doble hélica 3. Propio de RNAs en doble hélice, o de híbridos DNA-RNA 4. Más ancha y corta que DNA-B

55 DNA-Z 1. Doble hélice plectonémica y levógira 2. Zonas de secuencia alternante -GCGC- 3. Conformación de G es syn- en lugar de anti- 4. Más estrecha y larga que DNA-B

56 A B Z Grosor GiroDextroDextroLevo Bases/vuelta P.de rosca Inclinación19º1º9º plano bases Distintas formas del DNA

57 bases algo inclinadas: 9º levógira surco menor, profundo y estrecho el surco mayor no existe, es muy poco profundo ADN-AADN-BADN-Z surco menor ancho y superficial los surcos son más parecidos en anchura: surco mayor estrecho y profundo 19º dextrógira Más corta Más larga Tipos de ADN

58 Superhélices de DNA El DNA se presenta habitualmente en forma de superhélices, cuando la doble hélice, a su vez, se enrolla sobre sí misma. Esto permite el empaquetamiento de la molécula en el interior de la célula o del núcleo celular.

59 DNA circular, relajado DNA circular, con superhélice negativa

60 Superhélices en plásmidos (ADN extracromosómico)

61 Niveles estructurales de los ácidos nucleicos Polímero lineal formado por la unión de numerosos nucleótidos mediante enlaces fosfodiéster. El orden de los nucleótidos define la secuencia del ácido nucleico. Estructura primaria Formada por la disposición relativa espacial de los nucleótidos que se encuentran próximos en la secuencia. DNA – estructura definida por la unión de las dos cadenas polinucleótidicas a través de las bases nitrogenadas. RNA – presente en determinadas regiones de la molécula Estructura secundaria Todas aquellas de orden superior a los niveles primario y secundario. DNA – resultantes del superenrollamiento y de la asociación con proteínas básicas para formar la cromatina. No determinada por niveles inferiores. RNA – (especialmente tRNA) plegamiento tridimensional definido, similar a la estructura terciaria de las proteínas. Estructuras de orden superior

62 Niveles estructurales de los ácidos nucleicos Estructura terciaria Estructura cuaternaria La estructura cuaternaria se da en las células eucariotas en división DNA – se empaqueta aún más hasta formar los cromosomas. Formada por la disposición relativa espacial de los nucleótidos que se encuentran próximos en la secuencia. DNA – La estructura terciaria hace referencia al empaquetamiento que sufre la molécula de ADN con proteínas h La estructura terciaria hace referencia al empaquetamiento que sufre la molécula de ADN con proteínas histónicas para constituir la cromatina de las células eucariotas. istónicas para constituir la cromatina de las células eucariotas.

63 La estructura primaria.

64 Estructura secundaria del ADN fue propuesta por Watson y Crick en 1953.

65 La estructura terciaria: empaquetamiento que sufre la molécula de ADN. La estructura cuaternaria: el ADN se empaqueta aún más hasta formar los cromosomas.

66 Uracilo en lugar de timina 2-OH en la pentosa 5 3 RNA

67 Reactividad química: El RNA, al tener el grupo 2-OH, es mucho más reactivo químicamente que el DNA. En concreto, puede ser completamente hidrolizado por álcali a una mezcla de 2- y 3-nucleótidos. Estructura tridimensional Las formas en doble hélice del RNA adoptan la configuración A (en lugar de la B, propia del DNA), así como los híbridos DNA-RNA. La pentosa aparece en forma endo-3 (y no endo-2)

68 DNARNA Anillo furanósico en endo-2 Anillo furanósico en endo-3

69 RNA como enzima Algunos RNA son capaces de catalizar reacciones químicas del mismo modo que las enzimas: son las ribozimas Ribozima hammerhead Participan en el procesado del RNA transcrito primario y en la formación de enlace peptídico en la síntesis de proteínas.

70 Funciones y tipos de RNA, 1 Los distintos tipos de RNA permiten la expresión fenotípica del DNA: - Como mensaje genético que determina la secuencia de amino- ácidos en la síntesis de proteína: RNA mensajero o mRNA - Como molécula que activa a los aminoácidos para poder ser incorporados en una nueva proteína: RNA de transferencia o tRNA - Como elemento estructural básico de las partículas encargadas de llevar a cabo la síntesis proteica, los ribosomas: RNA ribosómico o rRNA

71 Funciones y tipos de RNA, 2 - Participa en el procesado del transcrito primario (HnRNA) para dar lugar al RNA mensajero o mRNA, mediante los snRNA (RNAs nucleares pequeños) - Opera como enzima (ribozimas) en el procesado del HnRNA y en la formación de enlace peptídico en las proteínas. - Es el material genético de algunos virus.

72 Unión del aminoácido al extremo 3 del tRNA

73 3 Extremo aceptor 5 Lazo anticodon Lazo T C Lazo variable Estructura tridimensional del tRNA

74 Lazo anticodon I G A U C C mRNA

75 rRNA 23s


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