Ácidos Nucleicos MARY L. VALLECILLO MSc

Friedrich Miescher, trabajando en el laboratorio de Félix Hoppe-Seyler, en el Castillo de Tübingen (Alemania), descubrió en 1869 el DNA, al que llamó “nucleína” “Me parece que va a emerger una completa familia de estas nucleínas que contienen fósforo que quizá merezca igual consideración que las proteínas”

NUCLEÓTIDOS Y ÁCIDOS NUCLEICOS Los nucleótidos son un grupo de macromoléculas que participan en los procesos de transmisión y expresión de la información genética. Existen 2 tipos de ácidos nucleicos, el ACIDO RIBONUCLEICO (RNA o ARN) y el ACIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (DNA o ADN).

Los nucleótidos son las unidades estructurales de los Ácidos Nucleicos. Nucleótido: Base nitrogenada + Azúcar + Fosfato

Acido Nucléico: polímero de nucleótidos Componentes de un nucleótido: base N + pentosa + fosfato

Azúcares de los ácidos nucléicos RNA DNA

LAS PENTOSAS (MONOSACÁRIDOS)

Bases nitrogenadas de los ácidos nucléicos (RNA) (DNA)

EL ENLACE GLUCOSÍDICO

NUCLEOTIDOS DEL ADN

NUCLEOTIDOS DEL ARN

ESQUEMA DE UN NUCLEÓTIDO

POLINUCLEÓTIDOS

ÁCIDOS NUCLEICOS ADN ( ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO ). ARN ( ÁCIDO RIBONUCLEICO ).

Estructura del ADN Los científicos Watson y Crick , fueron acredores del premio Nobel en 1953, por establecer el módelo del ADN , proponiendo la estructura helicoidal de doble cadena de DNA, como se conoce hoy en día. “Cada molécula de DNA está formada por dos largas cadenas de polinucleótidos que corren en direcciones opuestas formando una hélice doble alrededor de un eje imaginario central. De esta forma la polaridad de cada cadena es opuesta”

La doble cadena de DNA se forma por la unión de nucleótidos (fosfato, azúcar y base nitrogenada) que se atraen fuertemente mediante puentes de H.

Una base nitrogenada BN Ácido fosfórico (H3PO4) P LOS NUCLEÓTIDOS Están formados por: Una base nitrogenada BN Un azúcar (pentosa) A Ácido fosfórico (H3PO4) P Unidos en el siguiente orden: P A BN

Acido Ortofosfórico

Azúcares de RNA y DNA

Bases Nitrogenadas RNA DNA Pirimidinas Purinas

FUNCIONES DE LOS NUCLEÓTIDOS Son fundamentales para la vida de las células, pues al unirse con otras moléculas cumplen tres funciones cruciales: TRANSPORTE DE ENERGÍA TRANSPORTE DE ÁTOMOS TRANSMITEN MENSAJES CELULARES TRANSMITEN LOS CARACTERES HEREDITARIOS

TRANSPORTE DE ENERGÍA Cada nucleótido puede contener de 1 A 3 grupos de acido fosfórico. Monofosfato: AMP, CMP, GMP, UMP, dAMP, dCMP, dGMP, dTMP Difosfato: ADP, CDP, GDP, UDP, dADP, dCDP, dGDP, dTDP Ttrifosfato: ATP, CTP, GTP, UTP, dATP, dCTP, dGTP, dTTP Los nucleótidos se encuentran en un estado estable cuando poseen un solo grupo de acido fosfórico . Cada grupo de fosfato adicional que posea un nucleótido se encuentra en un estado más inestable y el enlace del fosfato tiende a romperse por hidrólisis y liberar la energía que lo une al nucleótido.

Las células poseen enzimas cuya función es precisamente hidrolizar nucleótidos (enlaces del fosfato) para extraer el potencial energético almacenado en sus enlaces. Por tal razón un nucleótido de trifosfato es la fuente preferida de energía en la célula. De ellos, el ATP es el predilecto en las reacciones celulares para la transferencia de la energía demandada. UTP y GTP también complacen las demandas de energía de la célula en reacciones con azúcares y cambios de estructuras protéicas, respectivamente.

El ATP

Hidrólisis del ATP 7,3 Kcal. +

TRANSMITEN MENSAJES CELULARES

TRANSMITIR CARACTERES HEREDITARIOS Para cumplir esta función, los nucléotidos se polimerizan formando polinucleótidos en forma de cadena, llamados ácidos nucleicos.

Formación de dinucleótidos 3’-hidroxilo 5’-fosfato

DNA (estructura de doble hélice) Las dos cadenas complementarias se encuentran entrelazadas en forma de doble hélice.

A = T G ≡ C Leyes de Chargaf La Ley de Chargaff y Col es aplicable al ADN, ellos realizaron un estudio cuantitativo sobre el nº de bases nitrogenadas complementarias en el ADN(relación AT/CG), demostraron que la cantidad de Adenina es igual a la cantidad de Timina, lo mismo que la cantidad de Citosina es igual a la cantidad de Guanina, es decir, el nº total de bases Púrinas es igual al nº total de bases Pirimídinas, sin embargo, en lo que respecta a la relación AT/CG existe notables diferencias, en animales superiores y vegetales superiores hay mas predominio de AT sobre CG, en cambio, en bacterias y plantas inferiores existe lo contrario CG sobre AT A = T G ≡ C

DNA Nucleótido Puentes de H Cadena IZQ. Cadena DER.

EL ARN LLEVA RIBOSA Y NO DESOXIRRRIBOSA. SUS BASES NITROGENADAS SON : A. G. C Y U. ES UNA MOLÉCULA MÁS CORTA QUE EL ADN. SALVO EXCEPCIONES NO FORMA CADENAS DOBLES.

TIPOS DE ARN ARN RIBOSOMAL : Forma los ribosomas. ARN TRANSFERENTE: Capta aminoácidos en su extremo 3’. ARN MENSAJERO : Lleva la información genética desde el núcleo al citoplasma.

EXISTEN VARIOS TIPOS DE RNA Ribosómico rRNA Los mas importantes Mensajero mRNA Transferencia tRNA RNA heterogéneo nuclear (hnRNA) RNA pequeño nuclear (snRNA) RNA catalítico (cRNA) RNA vírico (vRNA)

RNA (estructura de cadena sencilla) El RNA es monocatenario

RNA heterogéneo nuclear (hnRNA) RNA polymerase DNA of gene Promoter DNA Terminator Initiation Elongation Termination Area shown in Figure 10.9A Growing RNA Completed RNA Es un RNA de alto peso molecular, también conocido como transcrito primario del RNA ya que es el RNA recién sintetizado por la RNA polimerasa en el proceso de transcripción. En células procariotas, el transcrito primario actúa directamente como molde para la síntesis de proteínas.

RNA pequeño nuclear (snRNA) Está presente en el núcleo, y es de pequeño tamaño. Está implicado en los procesos de maduración del RNAhn. En este proceso, el RNAsn se asocia a proteínas formando las ribonucleoproteínas pequeñas nucleares (RNPsn) que se encargan de eliminar los intrones.

En eucariotas, el RNAm maduro presenta unas características especiales, ya que además de los codones de iniciación (AUG) y de terminación (UAG) presenta en su extremo 5' una estructura compleja llamada "capucha" (cap), y en su extremo 3' una cadena de poliA de longitud variable. Estas modificaciones tienen por objeto aumentar la vida media de estas moléculas en el citoplasma UAA AUG UGA AUG INICIO TERMINO

RNA de transferencia (tRNA) Tienen entre 75 y 90 nucleótidos, y su peso molecular es de unos 25000 dalton. Se conocen unos 60 distintos, y se encuentran en todas las células. Intervienen en la síntesis de proteínas, ya que van unidos a un aminoácido. Pueden presentar nucleótidos poco usuales (ácido pseudouridílico, ácido inosílico) e incluso bases características del DNA como la timina. Su estructura secundaria presenta un plegamiento complejo en donde alternan zonas apareadas y zonas no apareadas, y en donde se pueden distinguir zonas críticas, como la zona de unión a aminoácidos y la zona que reconoce los codones del RNAm

Figure 10.11A Hydrogen bond Amino acid attachment site RNA polynucleotide chain Anticodon

RNA ribosómico (rRNA) Se conocen varios tipos distintos y están presentes en los ribosomas, orgánulos intracelulares implicados en la síntesis de proteínas. Su estructura secundaria y terciaria presenta un plegamiento complejo que le permite asociarse tanto a las proteínas integrantes de los ribosomas como a otros RNA y participar en el proceso de síntesis proteica. 5S y 16S

RNA mensajero (mRNA) El RNA mensajero (RNAm) se sintetiza sobre un molde de DNA y sirve de pauta para la síntesis de proteínas (traducción). Su peso molecular es alto y contiene únicamente los nucléotidos A, U, G y C. Además de contener codificada la secuencia de una proteína, contiene señales para la iniciación (codón AUG, que codifica al aminoácido metionina) y terminación de la síntesis (codones UAA, UAG o UGA).

Trascripción

Traducción P A Codons mRNA mRNA binding site P site A site Growing polypeptide tRNA Next amino acid to be added to polypeptide

RNA catalítico (cRNA)

RNA viral (vRNA) Es el que consituye el patrimonio genético de ciertos virus como el bacteriófago MS2, el virus del mosaico del tabaco, el poliovirus, el virus de la rabia, el virus de la gripe o el virus del SIDA. Los virus cuyo patrimonio genético es una molécula de RNA se llaman retrovirus, y su hallazgo supuso replantearse el dogma central de la biología:

snRNA

Interesting facts about RNA Approximately, 5-10% of total weight of a cell is RNA (compare with only about 1% DNA!). The extra hydroxyl group in RNA makes it more succeptible to damage by hydrolysis; that's why DNA is the ultimate repository of genetic information. RNA is the genetic material (like DNA for other organisms) in some viruses (which don't have DNA). DNA is capable of self-replication, but only when assisted or catalysed by proteins (enzymes) but RNA is capable of both self replication and catalysis.  "RNA World hypothesis" states that before the emergence of the first cell, RNA was  the dominant and probably the only form of life.

Diferencias entre DNA y RNA Doble cadena helicoidal Cadena Simple Tiene las bases A, T, G y C Tiene las bases A, U, G y C Es una gran macromolécula Es más pequeña que el DNA Esta en el Núcleo* También está en el citoplasma Constituye los Genes (se Replica o se trascribe a RNA) Es una molécula involucrada en la síntesis de proteínas * También se encuantra en mitocondrias y cloroplastos

FUNCIONES DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS SÍNTESIS DE PROTÉINAS ESPECÍFICAS DE LA CÉLULA. ALMACENAMIENTO, REPLICACIÓN Y TRANSMISIÓN DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA. “Son las moléculas que determinan lo que es y hace cada una de las células vivas” “La función principal del RNA es servir como intermediario de la información que lleva el DNA en forma de genes y la proteína final codificada por esos genes”

Flujo de información genética DNA RNA Protein TRANSCRIPTION TRANSLATION

Gene 1 Gene 3 DNA molecule Gene 2 DNA strand TRANSCRIPTION RNA Codon TRANSLATION Polypeptide Amino acid

Virtualmente todos los organismos comparten el mismo código genético El código génético Virtualmente todos los organismos comparten el mismo código genético

Escherichia coli Homo sapiens Size of genome 4.6 Mbp 3.3 Gbp Size of typical gene 1 kbp 10 kbp (4 exons : 1350 bp) Size of typical polypeptide 350 aa 450 aa Number of genes 4 377 c. 35 000

En un mamifero una célula cualquiera puede expresar unas 5000 proteinas diferentes a partir de ~35000 genes. La mayor parte de estas proteínas son necesarias para cualquier tipo celular y normalmente se expresan en forma constitutiva (housekeeping proteins).

Empaquetamiento del DNA en Eucariotas

En el núcleo en interfase el DNA se encuentra asociado a proteínas y relativamente empaquetado

Durante la división celular, el DNA alcanza su máximo grado de empaquetamiento: los cromosomas

El CROMOSOMA es el material microscópico constituido del ADN y de proteínas especiales llamadas histonas que se encuentra en el núcleo de las células eucariotas en las cuales los cromosomas se ven como una maraña de hilos delgados, llamada cromatina.

Existen 5 tipos de histonas, altamente conservadas a traves del desarrollo. El empaque inicial se inicia con la fibra de DNA enrollada alrededor de un octamero histonas. La histona H1 sirve para sellar el “nucleosoma”.

SUPERENROLLAMIENTO DEL ADN

Test para determinar DNA: Difenilamina (transparente) Positivo: Azul.