Ácidos Nucleicos IES Bañaderos

INDICE 1. Definición 2. Composición química de los ácidos nucleicos ► Nucleotidos ► Nucleósido 3. Nucleótidos no nucleicos ▪ Adenosín trifosfato (ATP) ▪ Adenosín monofosfato cíclico (AMP-c) ▪ NAD y FAD ▪ NADH 4. Ácido desoxirribonucleico (ADN) ► Estructura primaria ► Estructura secundaria ► Estructura terciaria 5. Funciones del ADN 6. Desnaturalización del ADN 7. Ácido ribonucleico (ARN) ► Estructura ► Tipos y función ▪ ARN mensajeros (ARNm) ▪ ARN de transferencia (ARNt) ▪ ARN ribosómicos (ARNr) ▪ ARN heterogéneo nuclear (ARNhn) 8. Actividades

1. DEFINICIÓN. Los ácidos nucleicos son macromoléculas constituidas por nucleótidos. Están presentes en el núcleo de las células (también en determinados orgánulos como mitocondrias y cloroplastos). Son las moléculas encargadas de almacenar, transmitir y expresar la información genética. Existen dos tipos ADN (ácido desoxirribonucleico) y ARN (ácido ribonucleico), presentes ambos en toda clase de células animales, vegetales o bacterianas.

2. COMPOSICIÓN QUÍMICA ► Nucleotidos: ▪ Bases nitrogenadas. ▪ Bases pirimidínicas, derivadas de la pirimidina. ·Citosina (C), en el ADN y en el ARN. · Timina (T), sólo en el ADN. ·Uracilo (U), en el ARN. ▪ Bases púricas, derivadas de la purina. · Adenina (A), ADN y ARN ·Guanina (G). ADN y ARN ▪ Pentosa, ribosa en el ARN y desoxirribosa en el ADN. ▪ Ácido ortofosfórico (H3PO4) se encuentran en forma de ion fosfato.

Timina (exclusiva del ADN) Uracilo (exclusiva del ARN) Bases nitrogenadas PIRIMIDÍNICAS Citosina Timina (exclusiva del ADN) Uracilo (exclusiva del ARN) PÚRICAS Adenina Guanina

Formación de un nucleótido BASE NITROGENADA (Adenina) NUCLEÓSIDO (Adenosina) ION FOSFATO H2O Enlace N-glucosídico H2O Enlace éster PENTOSA (Ribosa) NUCLEÓTIDO (Adenosín 5’-monofosfato)

► Nucleósido Es la unión de una pentosa con una base nitrogenada. El enlace se forma entre el carbono anomérico del azúcar y uno de los nitrógenos de la base nitrogenada. En la unión se forma una molécula de agua. Enlace N-glucosídico. Si la pentosa es una ribosa, tenemos un ribonucleósido. Estos tienen como bases nitrogenadas A, G, C y U. Si la pentosa es un desoxirribosa, desoxirribonucleósido. Sus bases nitrogenadas son A, C, G y T. Se nombra añadiendo la terminación osina, si derivan de una base púrica. idina, se ésta es pirimidínica: adenosina, guanosina, citidina, timidina, etc. Si la pentosa es la desoxirribosa se antepone el prefijo desoxi-; por ejemplo, desoxiaguanosina, desoxicitidina, etc.

La unión de dos nucleótidos mediante enlaces fosfodiester (entre el OH del ácido fosforito de un nucleótido y el OH del carbono 3' del siguiente formándose una molécula de agua) da lugar a un dinucleótido, si se une varios forman un polinucleótido. Los ácidos nucleicos son precisamente largas cadenas polinucleótidicas.

3. NUCLEÓTIDOS NO NUCLEICOS

Son moléculas transportadoras de energía. ADP y ATP Son moléculas transportadoras de energía. La energía que se necesita para las reacciones endergónicas se obtiene de la hidrólisis del ATP. Desfosforilación ATP ADP Fosforilación Además del ATP y el ADP también existen los nucleótidos de guanina GTP y GDP con función similar. Cuando las reacciones son exergónicas, la energía se emplea en la formación de ATP.

AMP cíclico (AMPc) Es un nucleótido de adenina cuyo ácido fosfórico está esterificado con los carbonos 3’ y 5’ de la ribosa. FORMACIÓN DEL AMPc Hormona (1er mensajero) Sitio de unión Adenilato ciclasa (inactiva) Proteína receptora Activa AMPc (2ºmensajero) Proteína G Enzima inactiva ATP Síntesis ATP Enzima activa Activación Activación Proteína receptora Adenilato ciclasa Hormona + Proteína G Proteína G

Nucleótidos coenzimáticos NUCLEÓTIDOS DE FLAVINA FAD ( flavín-adenín-dinucleótido) FLAVINA (base nitrogenada) + NUCLEÓTIDO DE ADENINA NUCLEÓTIDOS DE PIRIDINA NADP ( nicotín-adenín -dinucleótido fosfato) NAD ( nicotín-adenín -dinucleótido) NUCLEÓTIDO DE NICOTINAMIDA NUCLEÓTIDO DE ADENINA + + FOSFATO COENZIMA A -mercaptoetilamina Ácido pantoténico ADP

(coenzima oxidada) (coenzima reducida) ▪ El NAD (nicotín-adenín-dinucleótido) y el FAD (flavín-adenín-dinucleótido), son dinucleótidos formados por la unión de un nucleótido de adenina a un nucleótido de nicotinamida y flavina, respectivamente, y el NADP (nicotín-adenín-dinucleótido fosfato) posee además un fosfato; actúan como coenzimas en procesos metabólicos de transferencia de electrones (reacción de óxido-reducción). Estas coenzimas actúan aceptando o cediendo electrones (reduciéndose u oxidándose) al tiempo que el sustrato se oxida o reduce, ejemplo. E (deshidrogenasa) A-H2 A (sustrato reducido) (sustrato oxidado) NAD NADH + H+ (coenzima oxidada) (coenzima reducida) ▪ El NADH se une a enzimas que catalizan reacciones catabólicas, mientras que el NADPH lo hace con las que catalizan reacciones de biosíntesis.

4. ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN). Se encuentra en el núcleo de las células eucariotas asociado a proteínas (histonas y otras) formando la cromatina, sustancia que constituye los cromosomas y a partir de la cual se transcribe la información genética. También hay ADN en ciertos orgánulos celulares (por ejemplo: plastos y mitocondrias).

Estructura primaria del ADN Extremo 5’ Es la secuencia de nucleótidos, unidos por enlaces fosfodiéster. Adenina La cadena presenta dos extremos libres: el 5’ unido al grupo fosfato y el 3’ unido a un hidroxilo. Citosina Cada cadena se diferencia de otra por: Su tamaño Su composición. Su secuencia de bases. Guanina La secuencia se nombra con la inicial de la base que contiene cada nucleótido: Timina ACGT Extremo 3’

Estructura secundaria del ADN 2 nm Es una doble hélice de 2 nm de diámetro. Armazón fosfoglucídico 3,4 nm Las bases nitrogenadas se encuentran en el interior. 0,34 nm Las parejas de bases se encuentran unidas a un armazón formado por las pentosas y los grupos fosfato. Par de bases nitrogenadas El enrollamiento es dextrógiro. Cada pareja de nucleótidos está situada a 0,34 nm de la siguiente y cada vuelta de doble hélice contiene 10 pares de nucleótidos. Las dos cadenas son antiparalelas y complementarias.

Complementariedad entre las bases Las bases de ambas cadenas se mantienen unidas por enlaces de hidrógeno. Adenina Timina 2 Enlaces de hidrógeno El número de enlaces de hidrógeno depende de la complementariedad de las bases. Guanina Citosina 3 Enlaces de hidrógeno

Gracias a la complementaridad de las bases el ADN posee el mensaje genético, capaz de duplicarse o replicarse para transmitir este mensaje a las dos células hijas y transcribir para formar moléculas de ARN responsables de la síntesis de proteínas.

FUNCIONES DEL ADN El ADN contiene la información celular heredable, es decir, información genética que se transmite en la reproducción: 1º capacidad de replicación. Se debe a la complementariedad de las bases, si las dos cadenas se separan, cada una puede servir de molde para la síntesis de una nueva cadena complementaria. 2º capacidad de contener información. La información está contenida en la secuencia de bases. Una determinada secuencia de nucleótidos del ADN puede traducirse en una secuencia determinada de aminoácidos de acuerdo con la hipótesis “un gen-una enzima”. Mediante el proceso de transcripción se transfiere la información (secuencia de bases) a otra molécula, el ARNm (mensajero), que traslada sus órdenes al citoplasma. Los ribosomas traducen esta información fabricando una determinada cadena polipeptídica 3º posibilidad de mutación. Cambio en la información genética se explica como un cambio en la secuencia de las bases, esto implica la sustitución de un aminoácido por otro en la proteína que, a su vez, puede significar un cambio en la función de ésta. La mayoría de las mutaciones son inviables, es decir, el resultado es incompatible para la vida.

RELACIÓN ENTRE DIVERSOS ORGANISMOS Y LA CANTIDAD DE ADN QUE CONTIENEN Vídeo Humano del Futuro - ADN Función biológica del ADN El ADN almacena y transmite la información genética ya que puede realizar copias de sí mismo. REPLICACIÓN DEL ADN RELACIÓN ENTRE DIVERSOS ORGANISMOS Y LA CANTIDAD DE ADN QUE CONTIENEN Dentro de un mismo grupo puede haber, a su vez, grandes diferencias que no parecen guardar relación con su complejidad. Existe gran diferencia entre el contenido de ADN de seres unicelulares primitivos y el de organismos pluricelulares Humano del Futuro - ADN Predictor 1 5 6 7 8 9 Bacterias Escherichia coli Hongos Levaduras Plantas Judías Drosophila melanogaster Insectos Moluscos Peces cartilaginosos Tiburones Peces óseos Anfibios Ranas Tritones Reptiles Aves Humanos Mamíferos

Niveles de complejidad del ADN ADN monocatenario lineal (virus) Dímero concatenado (mitocondrias) ADN bicatenario lineal (virus) ADN monocatenario circular (virus) Cromatina (eucariotas) Cromosomas ADN bicatenario circular (bacterias) ADN asociado a histonas

Desnaturalización e hibridación del ADN La desnaturalización se produce al separarse las dos hebras por la rotura de los enlaces de hidrógeno. Desenrollamiento de las hélices pH>13 o Tª  100 °C Desnaturalización Desnaturalización Renaturalización Renaturalización Dobles hélices de ADN Cadenas sencillas de ADN A la temperatura de fusión (Tm) el 50% de la doble hélice está separada. Manteniendo una temperatura de 65 °C durante un tiempo prolongado se puede producir la renaturalización o hibridación del ADN.

El ácido ribonucleico (ARN) Es un polirribonucleótido (contiene la ribosa como pentosa). Las bases nitrogenadas que lo forman son ADENINA, URACILO, CITOSINA y GUANINA (carece de timina). Excepto en algunos virus, el ARN es monocatenario. Zona de doble hélice (horquilla). Bases complementarias Bucle

ARN mensajero ARNm Su función es copiar la información genética del ADN y llevarla hasta los ribosomas. Cadenas lineales y cortas (5.000 nucleótidos) Lleva la información desde el núcleo al hialoplasma para la síntesis de proteínas. ARN mensajero ADN Tiene una vida muy corta (algunos minutos) ya que es destruído rápidamente por las ribonucleasas.

ARN de transferencia ARNt Están formados por moléculas que contienen entre 70 y 90 nucleótidos Transportan los aminoácidos hasta los ribosomas. 3’ Presenta zonas con doble hélice, que dan lugar a la estructura secundaria en “hoja de trébol” 5’ Zona de unión al ribosoma. En el extremo 3’ tres bases (C-C-A) sin aparear. Por este extremo se une al aminoácido. Brazo T Brazo D Brazo A Zona de unión a la enzima que lo une al aminoácido. En el brazo A un triplete de bases llamado anticodón diferente para cada ARNt en función del aminoácido que transportan. Anticodón Zona de unión al ARNm.

ARN ribosómico ARNr Son los más abundantes (90 - 95 % de los ARN). Al igual que el ARNt presenta zonas con estructura de doble hélice. Se encuentra en los ribosomas asociado a proteínas, formando parte de subunidades que los integran. Los ribosomas son los orgánulos encargados de la biosíntesis de proteínas; concretamente, “traducen” la secuencia de bases del ARNm en la secuencia correspondiente de aminoácidos

Funciones del ARN El ribosoma es el encargado de la traducción del ARNm y está formado por ARN ribosómico y proteínas. ADN ARN mensajero Ribosoma ARN de transferencia con aminoácido Proteína Código genético

Posee -D-Desoxirribosa ARN ADN Composi-ción química Pentosa Posee -D-Ribosa Posee -D-Desoxirribosa Base Adenina, guanina, citosina y uracilo. Todas ellas en distinta proporción. Adenina, guanina, citosina y timina. La proporción de adenina es idéntica a la timina, lo mismo ocurre con guanina y citosina (En el ADN de doble cadena). Estructura Cadena Los ARN son monocatenarios, están constituidos por una sola cadena polinucleótidica (excepto en algún virus) El ADN es bicatenario, está constituido por una doble cadena polinucleótidica (excepto en algunos virus) Configura-ción Salvo el ARNt (con estructura en hoja de trébol), no presentan una estructura espacial determinada. Estructura en doble hélice, con las dos cadenas unidas mediante el emparejamiento de las bases A=T y G≡C. Función ARNm (mensajero), actúa como intermediario para llevar la información contenida en el ADN al citoplasma. ARNr traducción de la secuencia de bases del ARNm ARNt transportan a los aminoácidos colocándolos en el orden exacto para formar la proteína. La información sobre qué aminoácidos y en qué orden deben unirse para producir todas las proteínas celulares está codificada en la secuencia de bases del ADN. Un “gen” se define como un fragmento de ADN que contiene la información para la síntesis de una cadena polipeptídica.