Biología 2º bachillerato Bloque I. La célula y la base fisicoquímica de la vida Tema 7. Ácidos nucleicos

índice Importancia Nucleótidos Enlace nucleotídico Ácidos nucleicos 4.1 Ácido desoxirribonucleico (ADN) 4.2 Ácido ribonucleico

1. Importancia de los ácidos nucleicos Al igual que las proteínas, los ácidos nucleicos son específicos y también cambian en cada individuo. Dirigen y controlan la síntesis de las proteínas, proporcionando la información que determina su especificidad y sus características biológicas, a modo de instrucciones o programa. Están presentes en todos los seres vivos, incluso en los virus, formas acelulares que contienen un ácido nucleico y las proteínas que éste codifica. Cuando se introduce una pequeña variación en el material genético de una célula, la repercusión puede ser elevada, hasta el punto de que un ADN de una especie introducido en las células de otra conlleva la síntesis de proteínas de la primera, cosa que se utiliza en biotecnología. Químicamente, ADN y ARN son polímeros de unas unidades llamadas nucleótidos.

2. Nucleótidos Monómeros constituyentes de los AN Se componen de: Monosacárido aldopentosa: ɞ-D-ribofuranosa (ARN) o ɞ-D-2-desoxiribofuranosa (ADN) Base nitrogenada: púrica (adenina, guanina) o pirimidínica (citosina, timina, uracilo). Estas bases forman diversas estructuras llamadas resonantes que dan estabilidad a las moléculas. La unión de pentosa y base se llama nucleósido y se forma por unión del C1 de la pentosa con el N1 de la pirimidina o el N9 de la purina. Hay diez distintos. Grupos fosfato. Uno o varios fosfatos se unen al C3’ o C5’ de la pentosa para crear el nucleótido.

Para nombrar los nucleósidos se pone un prefijo que indica la base nitrogenada y se añade -idina, si la base es pirimidínica y -osina, si es púrica Ejemplos: timidina, uridina, citidina, desoxiadenosina, desoxiguanosina. Para nombrar los nucleótidos se elimina la a final del nombre del nucleósido y se indica el lugar de unión a la pentosa y el número de fosfatos. Ejemplo: adenosin-5’-monofosfato (AMP), adenosín-5’-trifosfato (ATP).

2.1 Importancia de los nucleótidos Moléculas acumuladoras y donantes de energía. Los nucleótidos de adenosina y de guanosina desempeñan la función de recoger la energía liberada en ciertas reacciones metabólicas (catabolismo) para cederla más tarde en otras (anabolismo) impidiendo así que la energía se pierda. Lo hacen constituyendo un enlace entre un nucleótidodifosfato y un tercer grupo fosfato. Este enlace es altamente energético (8 kcal/mol). Adenosin monofosfato cíclico (AMPc). Es un mensajero intracelular que interviene en la puesta en marcha de respuestas al llegar mensajeros extracelulares como hormonas o neurotransmisores y unirse a receptores de membrana. Al sintetizarse por la adenilatociclasa actúa de mediador o segundo mensajero. Moléculas con función coenzimática. Nicotinamín adenín dinucleótido (NAD), derivado de la vitamina B3 o nicotinamida, nicotinamín adenín dinucleótido fosfato (NADP+) y flavín adenín dinucleótido (FAD), participan en reacciones de deshidrogenación fundamentales en el catabolismo, donde toman H+ y electrones quedando como NADH, NADPH y FADH2. En este estado ceden fácilmente electrones y H+ a otras moléculas, siendo así transportadoras de electrones. AMPc FAD

3. El enlace nucleotídico La existencia de grupos –OH en la pentosa y en el fosfato permite unir nucleótidos mediante enlaces éster formados entre el grupo fosfato del C5’ de un nucleótido y el –OH del C3’ de otro, con formación de una molécula de agua. Es una condensación en la que se obtiene un dinucleótido y se libera agua. El enlace es fosfodiéster y se llama enlace nucleotídico. Si se forman varios enlaces de este tipo tendremos trinucleótidos, tetranucleótidos o polinucleótidos en largas cadenas que denominamos ácidos nucleicos. Las bases nitrogenadas no participan en los enlaces quedando como ramificaciones laterales de un esqueleto pentosa-fosfato. Es la secuencia de bases la que proporciona especificidad a la cadena. En todos los polinucleótidos existe un extremo con –OH de la pentosa libre (extremo 3’ con el –OH del C3’ libre) y otro con un grupo fosfato libre unido al C5’ (extremo 5’). Son extremos distintos. Para simplificar, se señala la secuencia de bases y los extremos 5’ y 3’.

4. Ácidos nucleicos 4.1 Ácido desoxirribonucleico (ADN) Aisladas por primera vez en 1869 por F. Miescher a partir de extractos de núcleos celulares. El ADN está formado por la unión de desoxirribonucleótidos de las bases A, T, C y G, nunca U. Excepto en algunos virus siempre es bicatenario, con cadenas lineales (núcleo de células eucariotas) o circulares (procariotas, mitocondrias, cloroplastos y algunos virus). El ADN transporta la información genética que rige el desarrollo de las características biológicas de un individuo así como las instrucciones para el funcionamiento celular. Estructura del ADN El ADN es una molécula de estructura compleja en varios niveles lo que le permite compactarse y ocupar un espacio mucho más pequeño del esperado (ADN de varios cm se compactan en cromosomas de micrómetros).

Estructura del ADN Estructura primaria. Formada por la secuencia de desoxirribonucleótidos con un fosfato en 5’ y –OH libre en la pentosa del 3’. Las diferencias entre el ADN de distintos organismos sólo depende de la secuencia de las bases. Estructura secundaria. La cadena de ADN se dispone en el espacio como una doble hélice según el modelo de J. Watson y F. Crick, 1953. Este modelo deriva de dos descubrimientos: Ley de equivalencia de bases de E. Chargaff, 1950, descubrió que el número de bases púricas era siempre idéntico al número de bases pirimidínicas, A = T, G = C. R. Franklin y M. Wilkins, aplicando difracción de rayos X al ADN dedujeron la estructura helicoidal con dos periodicidades, una cada 0,34 nm y otra cada 3,4 nm. El modelo tiene las siguientes características: El ADN está constituido por dos cadenas unidas entre si en toda su longitud. Las cadenas son antiparalelas: el extremo 5’ de una se enfrenta al extremo 3’ de la otra. La unión entre ellas se realiza por medio de puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas: la A forma dos puentes con la T, y la C tres con la G. Las cadenas son, por tanto, complementarias, pudiéndose deducir la secuencia de una a partir de la otra.

Las dos cadenas están enrolladas en espiral formando una doble hélice alrededor de un eje imaginario. Las bases quedan en el interior de la hélice y los esqueletos pentosa-fosfato en el exterior, interaccionando las cargas negativas de los grupos fosfato con cationes del medio, lo que estabiliza la estructura. Los planos de las bases enfrentadas son paralelos entre sí y perpendiculares al eje de la hélice. El enrollamiento es plectonémico, es decir que las cadenas no se pueden separar sin desenrollarlas previamente. La doble hélice es dextrógira, gira en el sentido de las agujas del reloj. La anchura de la hélice es de 2 nm, la longitud de cada vuelta de 3,4 nm y cada 0,34 nm hay un par de bases complementarias. Por tanto existen 10 pares de nucleótidos por vuelta. Existen además de esta estructura, llamada B, otros dos tipos, la forma A, con planos de bases no perpendiculares al eje, y la forma Z, con irregularidades y levógira. Estas formas podrían tener que ver con la regulación de la expresión génica.

Estructura terciaria. La doble hélice sufre nuevos plegamientos que originan una estructura terciaria. Las largas cadenas de ADN deben acoplarse en un espacio reducido, por lo que el empaquetamiento del ADN es mucho mayor en células eucariotas. La regulación de la actividad del ADN depende del grado de empaquetamiento. En esta estructura intervienen proteínas asociadas al ADN que organizan la conformación espacial del mismo, constituyendo la cromatina o los cromosomas. Al igual que ocurría con las proteínas, al someter la doble hélice del ADN a temperaturas elevadas, cambios de pH o altas concentraciones salinas, las dos cadenas se separan al romperse los puentes de H entre las bases, el ADN se desnaturaliza, de modo reversible si el tratamiento no fue muy drástico. Si la renaturalización se produce frente al ADN de otra especie se pueden ver las semejanzas entre ambos y establecer relaciones evolutivas. Así se obtienen ADN híbridos.

Aplicación en diagnóstico de la hibridación del ADN

4.2 Ácido ribonucleico El ARN es también un polímero no ramificado de nucleótidos unidos por enlaces éster fosfóricos. En este caso la pentosa es ribosa y nunca encontraremos timina siendo sustituida por el uracilo, el cual también puede interaccionar formando puentes de H con la adenina. En los ARNt (de transferencia) hay otras bases especiales aunque son minoritarias (dihidrouracilo, metilguanina, etc.) Las cadenas de ARN son más cortas y aparecen en núcleo y citoplasma. Excepto en los reovirus, el ARN es monocatenario, aunque en el ARNt hay apareamientos intracatenarios que son producidos por el plegamiento de la cadena sobre sí misma. El ARN es la molécula encargada de la síntesis de proteínas específicas de un organismo, al transmitir el mensaje genético desde el ADN. En este proceso intervienen los tres tipos de ARN: ARNm, ARNt y ARNr.

ARN mensajero (ARNm). Es una copia de una parte del ADN (la del gen que va a expresarse) que es utilizada por los ribosomas como información para unir los aminoácidos. Es minoritario y constituye entre el 3% y el 5% del total celular. Estas cadenas tienen una vida muy corta para controlar que la síntesis de proteínas no se prolongue indefinidamente. Cuando se necesita una proteína se sintetiza de nuevo el ARNm necesario. ARN ribosómico (ARNr). Forma parte de los ribosomas junto con proteínas. No es específica de cada organismo. Es el tipo más abundante con un 80-85% del total de ARN celular. Existen varias cadenas que se diferencian por su coeficiente de sedimentación. ARN de transferencia (ARNt). Se encarga de transportar los aa del citoplasma hasta los ribosomas para que se unan y constituyan las proteínas. Cada ARNt transporta un aa específico debido a una secuencia de tres bases nitrogenadas denominada anticodón variable. Forma el 10% del ARN total. Están formados por cadenas cortas de 70 a 90 nucleótidos, con un 10% de bases diferentes a las cuatro mayoritaria. Estos ARNt tienen una estructura secundaria característica con tramos de doble cadena. Estos tramos se denominan brazos y hay cuatro en cada molécula, aunque puede haber un quinto más corto. En los extremos hay bases sin emparejar o bucles, cada uno de los cuales desempeña una función particular. El extremo 3’ tiene siempre las bases CCA, y es donde se va a unir el aa que se transporta. En el extremo 5’ siempre hay G.

BIBLIOGRAFÍA Y MATERIALES SANZ ESTEBAN, M. & colab. Biología 2º bachillerato. Proyecto Tesela. Oxford Educación. 2010. Con contenidos, animaciones y actividades de autoevaluación sobre este bloque de contenidos. http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bac hillerato/biomol/ a partir de http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bac hillerato/biomol/contenidos17.htm