LOS ÁCIDOS NUCLEICOS

+ + NUCLEÓTIDOS Composición de un nucleótido: Nucleósido + ión fosfato Ion fosfato (1*) Pentosa (2*) Base nitrogenada (3*) + + Enlace éster-fosfórico Enlace N-glucosídico Los ácidos nucleicos: biomoléculas orgánicas constituidas por polímeros formados por la unión de subunidades llamadas nucleótidos. Según éstos, dos tipos, el ADN y el ARN.

ÁCIDO FOSFÓRICO: IÓN FOSFATO (1*) Se encuentra en forma de Ión fosfato Ácido fosfórico

BASES NITROGENADAS (2*) (I) Heterociclos porque además de C en sus vértices, aparece N. Dos tipos: Púricas, derivadas de la purina, son A, G, tanto en ADN como ARN. Pirimidínicas, derivadas de la pirimidina, son T, U, C, , la T exclusiva del ADN y el U del ARN.

BASES NITROGENADAS (2*) (II) Bases púricas Bases pirimidínicas Uracilo Timina Citosina Adenina Guanina ADN ARN ADN, ARN ADN, ARN ADN, ARN

PENTOSAS (3*) 2’desoxi- Ribonucleótidos Desoxirribonucleótidos Aparecen cicladas, sus C se enumeran 1’,2’…para diferenciar con las bases. Son la β-D-ribofuranosa en el ARN y la 2’-β-D-desoxirribofuranosa en el ADN. β-D-ribofuranosa 2’-β-D-desoxirribofuranosa Ribosa Desoxirribosa ARN ADN 2’desoxi- Ribonucleótidos Desoxirribonucleótidos

FORMACIÓN DE UN NUCLEÓSIDO: DESOXIRRIBOSA + BASE PIRIMIDÍNICA 1 Citosina NUCLEÓSIDO Desoxirribosa + H2O Desoxicitidina 1' Formación de un enlace N-glucosídico, entre el C1’ de la pentosa y el N1 de la base pirimidínica, con desprendimiento de una molécula de agua.

FORMACIÓN DE UN NUCLEÓSIDO: RIBOSA + BASE PÚRICA 9 1' Formación de un enlace N-glucosídico entre el C1’ de la pentosa y el N9 de la base púrica, con desprendimiento de una molécula de agua

NOMENCLATURA NUCLEÓSIDOS BASES PIRIMIDÍNICAS NUCLEÓSIDOS Timina (ADN) Timidina (ADN) Uracilo (ARN) Uridina (ARN) Citosina (ADN/ARN) Citidina (ARN) Desoxicitidina (ADN) BASES PÚRICAS Adenina (ADN/ARN) Adenosina (ARN) Desoxiadenosina (ADN) Guanina (ADN/ARN) Guanosina (ARN) Desoxiguanosina (ADN)

FORMACIÓN DE UN NUCLEÓTIDO (I) Ión fosfato H2O 5' + NUCLEÓTIDO Desoxicitidina-5’-monofosfato NUCLEÓSIDO Enlace fosfoéster (éster-fosfórico): esterificación de la pentosa con un ión fosfato, entre cualquier hidroxilo de la pentosa (normalmente el 5’) con el ión fosfato.

ENLACES EN UN NUCLEÓTIDO (II)

NOMENCLATURA NUCLEÓTIDOS (I) Nombre del nucleósido (se puede eliminar la última letra “a”, -idina→-idin ; -osina →-osin), número del carbono de la ribosa unido al fostato (si no se indica se entiende que es con el C5’), número de fosfatos (mono, di o tri) y la palabra fosfato. Cuando existe más de un grupo fosfato se unen en cadena, uno detrás del otro. Otra forma es con la palabra ácido seguido del prefijo que indica la base nitrogenada (aden-, cit-, guan-, tim-, ur-) terminado en -ílico en bases púricas o –idílico en pirimidinícas. Con abreviaturas.

NOMENCLATURA NUCLEÓTIDOS (II) BASES PIRIMIDÍNICAS NUCLEÓSIDOS NUCLEÓTIDOS Timina (ADN) Timidina (ADN) Timidina-5’-monofosfato; TMP; ácido timidílico Uracilo (ARN) Uridina (ARN) Uridina-5’-monofosfato; UMP; ácido uridílico Citosina (ADN/ARN) Citidina (ARN) Desoxicitidina (ADN) Citidina-5’-monofosfato; CMP; ácido citidílico (ARN) Desoxicitidina-5’-monofosfato; dCMP; ácido desoxicitidílico (ADN) BASES PÚRICAS Adenina (ADN/ARN) Adenosina (ARN) Desoxiadenosina (ADN) Adenosina-5’-monofosfato; AMP; ácido adenílico (ARN) Desoxiadenosina-5’-monofosfato; dAMP; ácido desoxiadenílico(ADN) Guanina (ADN/ARN) Guanosina (ARN) Desoxiguanosina (ADN) Guanosina-5’-monofosfato; GMP; ácido guanílico (ARN) Desoxiguanosina-5’-monofosfato; dGMP; ácido desoxiguanílico (ADN)

ÁCIDOS NUCLEICOS En los ácidos nucleicos los nucleótidos se unen mediante enlaces fosfodiéster constituyendo cadenas de nucleótidos. El enlace fosfodiéster se produce entre el fosfato unido al C5’ de un nucleótido y el hidroxilo unido al C3’ del siguiente nucleótido. 3’ 5’

+ + CADENA DE NUCLEÓTIDOS Una cadena presenta dos extremos libre, el 5’ unido al grupo fosfato y el 3’ unido al hidroxilo. Extremo 5’ Adenosina-5’-monofosfato Enlace fosfodiéster + H2O Uridina-5’-monofosfato H2O + Cadena de tres Nucleótidos A-U-C Citidina-5’-monofosfato Extremo 3’

ADN: NIVELES ESTRUCTURALES Biomolécula orgánica portadora de la información genética, que se transmitirá de generación en generación. Polímero lineal formado por desoxirribonucleótidos, unidos entre sí por enlaces fosfodiéster. Con desoxirribosa como pentosa y adenina, guanina, citosina y timina como bases nitrogenadas. Posee diferentes niveles de complejidad, son la estructura primaria y secundaria, y puede asociarse a proteínas constituyendo su estructura terciaria. ESTRUCTURA PRIMARIA ESTRUCTURA TERCIARIA ESTRUCTURA SECUNDARIA

ESTRUCTURA PRIMARIA ADN Extremo 5’ Cadena de desoxirribonucleótidos unidos entre sí por enlaces fosfodiéster. Para indicar la secuencia de una cadena basta con indicar los extremos 5’ y 3’, es decir su polaridad, así como la inicial de las bases en orden correcto, ej: 5’ AGGCAGAGGATA 3’ Extremo 3’

ESTRUCTURA SECUNDARIA Puente de hidrógeno Extremo 5’ Extremo 3’ Se basaron en investigaciones llevadas a cabo por Chargaff y su “equivalencia de bases” o “regla de Chargaff” según la cual el contenido en bases púricas es igual al de pirimidínicas, es decir: % A = % T y % C = % G A + G = T + C Y las de Franklin y Wilkins que trabajaron en la difracción de rayos X sobre las fibras de ADN. Extremo 3’ Extremo 5’

ESTRUCTURA SECUNDARIA ADN: MODELO DE WATSON Y CRICK 4 Características del modelo: El ADN consta de dos cadenas de desoxirribonucleótidos, formando una doble hélice, de 20 Å de diámetro. Están enrolladas alrededor de un mismo eje imaginario, es decir, son coaxiales. El enrollamiento es dextrógiro (hacia la derecha) y plectonémico, para separar las dos cadenas primero hay que desenrollarlas (desnaturalización). Las bases están en el interior de la hélice que es hidrófobo, con los planos de sus anillos paralelos entre sí y perpendiculares al eje imaginario de la hélice. La pentosa y el fosfato están hacia el exterior que es hidrófilo. 1 3 2 La A se une a la T mediante dos puentes de hidrógeno y la C a la G mediante tres. 5

VARIACIONES AL MODELO DE WATSON Y CRICK Aparece si disminuye la humedad y la temperatura. Fase transitoria en el inicio de la transcripción. Dextrógira. Bases perpendiculares al eje. Cada vuelta 10 nucleótidos y ~ 34 Å. Dextrógira. Bases no perpendiculares al eje. Cada vuelta 11 nucleótidos y ~ 28 Å . Levógira. Bases prácticamente perpendiculares al eje. Cada vuelta 12 nucleótidos y ~ 45 Å .

OTRAS ESTRUCTURAS SECUNDARIAS

EMPAQUETAMIENTO DEL ADN (I): TODOS LOS NIVELES Para almacenar grandes cantidades de ADN y que su información sea accesible, el ADN se condensa en diferentes niveles dependiendo de la fase del ciclo celular. 4 1 2 Doble hélice 3 Rosetones y espirales de rosetones 5 Solenoide Collar de perlas Bucles Cromosomas 2nm 10nm 30nm 300nm 700nm 1400nm

EMPAQUETAMIENTO DEL ADN (II): PRIMER NIVEL 1 Collar de perlas,filamento nucleosómico o nucleofilamento Nucleosoma Histona H1 10 nm ADN asociado a histonas, proteínas de baja masa molecular y muy básicas (elevado porcentaje de aminoácidos básicos como Lys y Arg) que neutralizan la acidez del ADN permitiendo su empaquetamiento. Las histonas se disponen en paquetes de 8 unidades (octámero con 2 H2A, 2 H2B, 2 H3 y 2 H4). Cada octámero está envuelto por 1 vuelta y ¾ de segmento de ADN (~ 200 pares de bases) formando el nucleosoma (“core”). Los nucleosomas están unidos mediante el ADN ligador al que se fina otra unidad de histona, la H1. En espermatozoides las proteínas son las protaminas, más básicas que las histonas, formando una estructura denominadas “estructura cristalina del ADN”.

EMPAQUETAMIENTO DEL ADN (III): SEGUNDO NIVEL Condensamiento del “collar de perlas” formando el solenoide de 30 nm, representa el nivel más bajo de empaquetamiento presente ya en los cromosomas. 2 Solenoide Nucleosoma 30 nm Nucleosoma Histona H1

EMPAQUETAMIENTO DEL ADN (IV): TERCER NIVEL La fibra de 30 nm se pliega en el espacio, estabilizada por un andamio proteíco. 3 Bucles o asas radiales Bucle 300 nm Andamio proteico

EMPAQUETAMIENTO DEL ADN (V): NIVELES SUPERIORES 4 Rosetones y espirales de rosetones de cromátidas Compactación de la fibra de 300 nm, estabilizada por un eje de proteínas SMC 700 nm Proteínas SMC (Structural Maintenance of chromosomes)

EMPAQUETAMIENTO DEL ADN (VI): CROMOSOMAS Durante la metafase el cromosoma presenta el máximo grado de empaquetamiento , unas 7000 veces mayor que la doble hélice de ADN) 5 1400 nm

DESNATURALIZACIÓN DEL ADN Pérdida de la estructura de doble hélice, desenrollamiento y separación de las hebras. Por aumento de temperatura y cambios de pH. A mayor % de pares G Ξ C más estable es la molécula. Si poco a poco se vuelve a los valores biológicos, el ADN vuelve a adquirir su estructura, es decir se produce su renaturalización.

ARN Biomolécula orgánica, polímero lineal formado por ribonucleótidos, unidos entre sí por enlaces fosfodiéster. Con ribosa como pentosa y adenina, guanina, citosina y uracilo como bases nitrogenadas, además de derivados metilados de ellas. Generalmente monocatenarios, aunque en algunas zonas, denominadas horquillas, la cadena se espiraliza sobre sí misma, uniéndose las bases complementarias, A=U y GΞC, mediante puentes de hidrógeno en estructura secundaria. Cuando las zonas complementarias se separan de las no complmentarias se forman bucles.

(ARN heterogéneo nuclear) TIPOS DE ARN Tipo Características ARNm (ARN mensajero) Estructura lineal con horquillas. Síntesis en núcleo (transcripción) Función: copiar información genética y llevarla fuera del núcleo a los ribosomas para su traducción. En eucariotas presenta lazos en herradura o bucles y es monocistrónico (lleva información para una proteína) mientras que en procariotas no presenta bucles y es policistrónico. ARNt (1*) (ARN Transferente) Estructura tridimensional en “L”, con horquillas y bucles. En el plano forma de “hoja de trébol”, 50 tipos distintos. Contienen bases normales y sus derivados metilados. Función: llevar los aminoácidos hasta los ribosomas. ARNr (ARN ribosómico) Moléculas de gran longitud con numerosas horquillas. Contiene bases normales y sus derivados metilados. Función: junto a proteínas básicas forma los ribosomas (síntesis proteíca) ARNn (ARN nuclear) Unido a proteínas forma el nucléolo Sínteis a partir de regiones del ADN denominadas organizador nucleolar. Precursor de los ARNr ARNhn (ARN heterogéneo nuclear) Precursor del ARNm tras su maduración ARNpn (ARN pequeño nuclear) Unido a proteínas forman ribonucleoproteínas que actúan en la maduración de ARNm Ribozimas Función catalítica. 1 2 3 4 5 6 7

(1*) ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL EN “L” DEL ARN TRANSFERENTE Horquilla, zonas en doble hélice (bases complementarias unidas por enlaces de hidrógeno) y bucles (bases sin unir) (2*) Bucle

Lugar de reconocimiento del ribosoma ESTRUCTURA EN EL PLANO (2*) DEL ARN TRANSFERENTE (ARNt): HOJA DE TRÉBOL 1 En el extremo 3’ todos tienen la secuencia CCA sin aparear, es el brazo aceptor porque en la ribosa de la A se une el aa. Brazo aceptor En el extremo 5’ siempre hay una G con su fosfato libre Lugar de reconocimiento del ribosoma Se une al Aminoacil-ARNt-sintetasa que cataliza la unióndel ARNt con el aa. 4 3 Brazo T Brazo D 2 Posee un triplete de bases, anticodón, complementario a algún codón del ARNm. Brazo anticodón (brazo A)

DIFERENCIAS ENTRE ADN Y ARN Tipo de ácido nucléico ADN ARN Tipo de pentosa Desoxirribosa Ribosa Tipo de bases T,C,A,G (no U) U,C,A,G (no T) Tipo de nucleótido Desoxirribonucleótido Ribonucleótido Longitud de la cadena Mayor Menor Número de cadenas Dos (bicatenario) (excepto algunos virus) Una (monocatenario) (excepto algunos virus) Localización celular Núcleo (cromosomas) Mitocondrias y cloroplastos Nucleoide en procariotas Núcleo ( disperso o nucleolo) Disperso en el citoplasma y ribosomas Estabilidad Mayor (elevada compactación) Menor (menor compactación) Función Porta el mensaje genético Ejecuta el mensaje genético 1 2 3 4 5 6 7 8

NUCLEÓTIDOS DE INTERÉS BIOLÓGICO Ricos en energía (1*) ATP, ADP, GTP, GDP… Mediadores (2*) AMPc Coenzimáticos (3*) Flavín nucleótidos FMN, FMNH2, FAD, FADH2 Piridín nucleótidos NAD+, NADH NADP+, NADPH Coenzima A

(1*) NUCLEÓTIDOS RICOS EN ENERGÍA: ATP Los enlaces entre los grupos fosfatos de los nucleótidos di y trifosfato son ricos en energía ( pues la necesitan para contrarrestar las fuerzas de repulsión entre las cargas negativas de los fosfatos) Cuando la célula necesita energía, estos enlaces se rompen, liberando dicha energía. Destacan el ATP, ADP, GTP y GDP.

(2*) NUCLEÓTIDOS MEDIADORES: AMPc El grupo fosfato está esterificado con el C 3’ y el 5’ constituyendo una estructura cíclica. Actúa como mensajero hormonal transmitiendo al interior de las células los mensajes de las hormonas que no pueden atravesar la membrana, a lo que se denomina transducción.

(3*) NUCLEÓTIDOS COENZIMÁTICOS (I): FLAVÍN NUCLEÓTIDOS (FMN Y FAD) Nucleótidos con flavina como base nitrogenada y ribitol (derivado de la ribosa) como pentosa, formando la riboflavina o vitamina B2. A esta se le une un grupo fosfato constituyendo el FMN (flavín-monocleótido), al que se une un AMP formando el FAD (flavín-adenín-dinucleótido). Intervienen en las reacciones metabólicas de oxidación-reducción, transportando electrones, pudiendo encontrarse en su forma oxidada (FMN yFAD) y reducida (FMNH2 y FADH2) Ribitol Flavina (Vit. B2) (a*)

(3*) NUCLEÓTIDOS COENZIMÁTICOS (II): FLAVÍN NUCLEÓTIDOS (FMN Y FAD)

(3*) NUCLEÓTIDOS COENZIMÁTICOS (I): PIRIDÍN NUCLEÓTIDOS (NAD Y NADP) (b*) Formados por dos nucleótidos: Con nicotinamida (Vit. B3) como base nitrogenada. AMP Intervienen en las reacciones metabólicas de oxidación-reducción, transportando electrones, pudiendo encontrarse en su forma oxidada (NAD+ y NADP+) y reducida (NADH y NADPH) (Vit. B3) (c*)

(3*) NUCLEÓTIDOS COENZIMÁTICOS (II): PIRIDÍN NUCLEÓTIDOS (NAD Y NADP) (b*)

(3*) NUCLEÓTIDOS COENZIMÁTICOS (III): PIRIDÍN NUCLEÓTIDOS (NAD Y NADP)

NUCLEÓTIDOS COENZIMÁTICOS: CoA β-amino-etanol con grupo tiol terminal (Vit. B5) La Coenzima A está formada por: Β-amino-etanol con un grupo tiol terminal. Ácido pantoténico (vit. B5). ADP Transporta grupos acilo (R-CO-) en el metabolismo de los ácidos grasos. ADP

SEPARAR ADN POR ELECTROFORESIS La electroforesis permite separar biomoléculas con carga eléctrica de una mezcla al someterlas a un campo eléctrico. Cada molécula se desplaza a una determinada velocidad según su tamaño Para hacerlas visibles se tiñen.