TEMA 4. LOS ACIDOS NUCLEICOS

I. CONCEPTO E IMPORTANCIA BIOLÓGICA COMPOSICIÓN: Formados por C, H, O, N, P. CONCEPTO: Polímeros hidrolizables no ramificados, formados por unos monómeros llamados nucleótidos. TIPOS: ADN y ARN. FUNCIÓN: portadoras de la información genética, portan las instrucciones para formar las proteínas de los seres vivos (responsables de los caracteres). IMPORTANCIA BIOLÓGICA: Almacenan la información genética, en el ADN. Transmitir la información genética de generación en generación, el ADN se replica. Expresar la información genética, el ARN expresa la información contenida en el ADN, encargado de sintetizar las proteínas.

Monómeros de los ácidos nucleicos. I I. NUCLEÓTIDOS Monómeros de los ácidos nucleicos.

COMPOSICION DE LOS NUCLEÓTIDOS 3. Bases nitrogenadas 1. Ácido fosfórico ADN: A, G, C, T ARN: A, G, C, U 2. Pentosa ARN ADN

A. NUCLEÓSIDOS Enlace N-glucosídico BASE + PENTOSA = NUCLEÓSIDO NOMBRAN: Nombre base acabado en -idina (pirimidina), -osina (púrica).

B. NUCLEÓTIDOS Enlace ésterfosfórico (fosfoéster) NUCLEÓSIDO + ÁCIDO FOSFÓRICO = NUCLEÓTIDO NOMBRAN: ácido + nucleósido + -ílico (ácido adenílico: AMP) Nucleósido (sin la “a” al final) + monofosfato (adenosín monofosfato: AMP) Se añade el prefijo desoxi- si la pentosa es la desoxrribosa)

DIFERENCIAS QUIMICAS ENTRE EL ADN Y EL ARN

C. UNIÓN DE NUCLEÓTIDOS En una cadena de nucleótidos hay: - Esqueleto formado por pentosas unidas por ácidos fosfóricos; hay un extremo 5´ con un grupo fosfato libre unido al C 5´ y otro extremo 3´ con un grupo –OH del carbono 3´ libre. Las bases son las cadenas laterales, salen del C 1 de las pentosas.

D. FUNCIÓN DE LOS NUCLEÓTIDOS Precursores de los ácidos nucleicos. Como Coenzimas: AMP, ADP, ATP, NAD+, NADP+, FMN, FAD. Los 4 últimos intervienen en reacciones de deshidrogenación, toman H y e- y los ceden de unas moléculas a otras. Mensajeros químicos: AMP-C, señal de membrana hormonal. Transportadora de energía o función energética: ATP, principal molécula energética, moneda energética de la célula en el metabolismo.

III. EL ADN

A. CONCEPTO Y LOCALIZACIÓN Polinucleótido compuesto de desoxirribonucleótidos unidos por enlaces fosfodiéster. En células procariotas se encuentra en el citoplasma (nucleoide) y en los plásmidos (pequeñas moléculas de ADN). En células eucariotas se encuentra en núcleo, mitocondrias y cloroplastos.

III. I ESTRUCTURA DEL ADN

A. ESTRUCTURA PRIMARIA: Determinada por la secuencia de nucleótidos encadenados. El esqueleto de unidades fosfato y desoxirribosa es el mismo para todos, la diferencia de la información radica en la distinta secuencia de bases nitrogenadas. Esta secuencia presenta un código, que presenta una información u otra, según el orden de las bases. Para indicar la secuencia de una cadena de ADN es suficiente con los nombres de las bases o su inicial (A, T, C, G) en su orden correcto y los extremos 5' y 3' de la cadena nucleotídica. Así, por ejemplo: 5'ACGTTTAACGACAAGTATTAAGACAAGTATTAA3'

B. ESTRUCTURA SECUNDARIA: Reglas de Chargaff 1. Proporción de purinas = Proporción de pirimidinas A + G = C + T 2. A = T 3. G = C 14

J. Watson y F. Crick resuelven la estructura tridimensional del DNA 1953. Año culminante: J. Watson y F. Crick resuelven la estructura tridimensional del DNA Watson y yo hemos encontrado el secreto de la vida 15

CARACTERÍSTICAS DEL ADN EN SU FORMA B (Descrita por Watson y Crick): 1. Cada hélice es una serie de nucleótidos unidos por enlaces fosfodiéster en los que un grupo fosfato forma un puente entre grupos OH de dos azúcares sucesivos (posiciones 3’ de un azúcar y 5’ del siguiente). 2. Las dos cadenas orientadas en direcciones opuestas (antiparalelas).Una en sentido 5´-3´ y la otra 3´- 5´. 3. Las hebras son equidistantes. 4. Dextrógiras, enrolladas a la derecha. 5. Cada vuelta mide 3,4 nm y tiene 10 nucleótidos (por lo que la distancia entre cada par de bases es de 0,34 nm). 6. Los grupos fosfato al ser hidrófilos están por fuera de la doble hélice, en contacto con el medio acuoso. 7. Las bases se dirigen al eje central imaginario, de manera que su plano es casi perpendicular a dicho eje. 8. La estructura se mantiene gracias a enlaces de hidrógeno entre las bases nitrogenadas que se encuentran orientadas hacia el interior de las cadenas. Frente a una A hay una T y frente a una C una G (lo que encajaba en las reglas de Chargaff). De ahí que se diga que las dos cadenas de son complementarias. 9. Plectonémicas; las cadenas no se separan sin desenrrolarse. 16

Forma B de la molécula de ADN

Emparejamientos A-T y C-G en el ADN mediante puentes de hidrógeno

Este modelo explica que sea el ADN el material genético: - Permite la replicación y trascripción del mensaje genético de forma sencilla, por ruptura de PH y fiable por la complementariedad. Al ser dos hebras, si se pierde una, se puede copiar la otra, gran estabilidad al mensaje genético. Posteriormente se descubrieron otras dos formas: CARACTERÍSTICAS DEL ADN EN SU FORMA A: Presenta pequeñas diferencias con el anterior: Cada vuelta mide 2,8 nm y tiene 11 nucleótidos. Se encuentra en estructuras híbridas ADN-ARN, cuando ambas se aparean. CARACTERÍSTICAS DEL ADN EN SU FORMA Z: Es levógira. Cada vuelta tiene 4,5 nm y tiene 12 nucleótidos.

ESTRUCTURAS DEL ADN

ESTRUCTURA CUATERNARIA ESTRUCTURA TERCIARIA: Se refiere a como se almacena el ADN en un volumen reducido(quepa y regular actividad). Varía según se trate de organismos procariotas o eucariotas: a) En procariotas: se pliega como una súperhélice en forma, generalmente, circular y asociado a una pequeña cantidad de proteínas o ninguna. Lo mismo ocurre en las mitocondrias y en los cloroplastos. b) En eucariotas: es bicatenario lineal, el empaquetamiento ha de ser más complejo y compacto y para esto necesita la presencia de proteínas, como son las histonas y otras de naturaleza no histónica. A esta unión de ADN y proteínas se conoce como cromatina, en la cual se distinguen diferentes niveles de organización (lo veremos en Citología cuando estudiemos el núcleo). ESTRUCTURA CUATERNARIA Nuevos plegamientos y empaquetamientos del ADN para formar el cromosoma (sólo se observan en la célula en división).

FUNCIONES PROPIEDADES - Almacenar la información genética. - Transmitir la información de generación en generación. PROPIEDADES -ESTABILIDAD Por los PH entre bases y enlaces entre cargas – de los fosfatos y cationes del nucleoplasma. CAPACIDAD DE REPLICACIÓN Se separan las hebras y sirve de molde cada una para sintetizar una cadena nueva.

Agentes desnaturalizantes: - DESNATURALIZACIÓN Concepto: Por altas temperaturas se produce una separación de la doble hélice. Cuando se rompen las fuerzas de unión entre las dos hebras del DNA, éstas acaban por separarse. El DNA desnaturalizado es de una sola hebra. La transición entre el estado nativo y el desnaturalizado se conoce como desnaturalización. Agentes desnaturalizantes: La forma más corriente de desnaturalizar el DNA es por calentamiento. Otro agente es el pH elevado, porque cambia la carga de algunos grupos que forman parte de los puentes de hidrógeno. En agua destilada (con una fuerza iónica muy reducida) se produce la separación de las hebras. Este fenómeno se debe a que en agua muy pura, la fuerte repulsión entre las cargas negativas de los grupos fosfato no es contrarrestada por los correspondientes contraiones (Na+, Mg+2).

La gráfica que representa la medida de desnaturalización en función de la temperatura se llama curva de fusión del DNA. Esta curva presenta las siguientes características: 1.- La desnaturalización permanece constante hasta temperaturas bien por encima de las fisiológicas. En este intervalo, la molécula está en forma de doble hebra. 2.- El aumento de la desnaturalización tiene lugar en un estrecho rango de temperaturas (6-8 ºC). La desnaturalización empieza a aumentar cuando comienzan a romperse las uniones entre las bases en varios segmentos de la molécula. El número de pares de bases que se rompen aumenta con la temperatura, y con ella la desnaturalización. Al final del tramo ascendente, las dos hebras se mantienen juntas por unos cuantos pares de bases. 3.- La desnaturalización máxima es aproximadamente un 37% mayor que el valor inicial, y corresponde al estado en que las dos hebras están completamente separadas. Un parámetro muy útil para caracterizar la evolución de la fusión es la temperatura a la que el aumento de la desnaturalización ha llegado a la mitad de su camino. Esta temperatura se llama temperatura de fusión (Tm). Se ha comprobado que la Tm aumenta con el contenido de G+C . Como el par de bases G-C está unido por tres puentes de hidrógeno (a diferencia del par A-T que sólo presenta 2) se requiere una temperatura más alta para desnaturalizarlo.

RENATURALIZACIÓN Una disolución de DNA desnaturalizado puede ser tratada de forma que recupere su configuración nativa. El proceso se llama renaturalización, y se obtiene un DNA renaturalizado. La renaturalización es un fenómeno de unión al azar, y por tanto la molécula de DNA renaturalizada no contiene las hebras originales.

IV. EL ARN

DEFINICIÓN LOCALIZACIÓN Polinucleótido compuesto por ribonucleótidos de A, C, G, U unidos por enlace fosodiéster. LOCALIZACIÓN Procariotas: en el citoplasma. Eucariotas: núcleo, citoplasma y ribosomas.

IV. I ESTRUCTURA

PRIMARIA: Al igual que el ADN, se refiere a la secuencia de las bases nitrogenadas que constituyen sus nucleótidos. SECUNDARIA: Alguna vez, en una misma cadena, existen regiones con secuencias complementarias capaces de aparearse. TERCIARIA: Es un plegamiento, complicado, sobre al estructura secundaria.

IV. II TIPOS Y FUNCIONES

Sus características son la siguientes: ARN MENSAJERO (ARNm) Sus características son la siguientes: Representa el 2 – 5 %. Localiza en el núcleo y citoplasma. - Cadenas de largo tamaño con estructura primaria. - Se le llama mensajero porque transporta la información necesaria para la síntesis proteica, del núcleo al citoplasma. - Cada ARNm tiene información para sintetizar una proteína determinada. Su vida media es corta. Diferencias entre procariotas y eucariotas: a) En procariontes el extremo 5´ posee un grupo trifosfato. b) En eucariontes en el extremo 5´ posee un grupo metil- guanosina unido al trifosfato, y el extremo 3´ posee una cola de poli-A. Se puede distinguir también: - Exones, secuencias de bases que codifican proteínas. - Intrones, secuencias sin información. Un ARNm  de este tipo ha de madurar (eliminación de intrones) antes de hacerse funcional. Antes de madurar, el ARNm  recibe el nombre de ARN heterogeneonuclear (ARNhn ).

ARN TRANSFERENTE (ARNt) Sus principales características son: Representa el 16 %. Localiza en núcleo, citoplasma y ribosomas. - Son moléculas de pequeño tamaño. - Parcialmente plegado posee en algunas zonas estructura secundaria, lo que va hacer que en las zonas donde no hay bases complementarias adquieran un aspecto de bucles, como una hoja de trébol. Totalmente plegado adquiere una estructura terciaria, forma una L invertida. El extremo 3´ tiene una secuencia CCA, se une el aa específico. El extremo 5´tiene una G. El lugar exacto para colocarse en el ARNm  lo hace gracias a tres bases, a cuyo conjunto se llaman anticodón (las complementarias en el ARNm   se llaman codón). Su función es unir aminoácidos y transportarlos hasta el ARNm  para sintetizar proteínas. Tiene que reconocer al aa y unirse en el extremo 3´ (hay 20 ARNt al igual que aa), reconocer el ARNm y colocar el aa en el codon correcto.

ARN RIBOSÓMICO (ARNr) Sus principales características son: Representa el 80-82 %. Localiza en el núcleo, citoplasma y asociado a proteínas para formar los ribosomas. - Cada ARNr  presenta cadena de diferente tamaño, con estructura secundaria y terciaria. - Están vinculados con la síntesis de proteínas. Participa en el proceso de unión de los aa.

DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR