acidos nucleicos

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ÁCIDOS NUCLEICOS Introducción Todas las células contienen la información necesaria para realizar distintas reacciones químicas mediante las cuales las células crecen, obtienen energía y sintetizan sus componentes. Está información está almacenada en el material genético, el cual puede copiarse con exactitud para transmitir dicha información a las células hijas. Sin embargo estas instrucciones pueden ser modificadas levemente, es por eso que hay variaciones individuales y un individuo no es exactamente igual a otro de su misma especie (distinto color de ojos, piel, etc.). De este modo, podemos decir que el material genético es lo suficientemente maleable como para hacer posible la evolución. La información genética o genoma, está contenida en unas moléculas llamadas ácidos nucleicos. Existen dos tipos de ácidos nucleicos: ADN y ARN. El ADN guarda la información genética en todos los organismos celulares, el ARN es necesario para que se exprese la información contenida en el ADN; en los virus podemos encontrar tanto ADN como ARN conteniendo la información (uno u otro nunca ambos). Composición química y estructura de los ácidos nucleicos Los ácidos nucleicos resultan de la polimerización de monómeros complejos denominados nucleótidos. Un nucleótido está formado por la unión de un grupo fosfato al carbono 5’ de una pentosa. A su vez la pentosa lleva unida al carbono 1’ una base nitrogenada. Fig. 2.36 - Estructura del nucleotido monofosfato de adenosina (AMP)

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Descripción de la estructura de los ácidos nucleicos

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Page 1: Acidos nucleicos

ÁCIDOS NUCLEICOS

Introducción

Todas las células contienen la información necesaria para realizar distintas reacciones químicas

mediante las cuales las células crecen, obtienen energía y sintetizan sus componentes. Está

información está almacenada en el material genético, el cual puede copiarse con exactitud para

transmitir dicha información a las células hijas. Sin embargo estas instrucciones pueden ser

modificadas levemente, es por eso que hay variaciones individuales y un individuo no es

exactamente igual a otro de su misma especie (distinto color de ojos, piel, etc.). De este modo,

podemos decir que el material genético es lo suficientemente maleable como para hacer posible la

evolución.

La información genética o genoma, está contenida en unas moléculas llamadas ácidos nucleicos.

Existen dos tipos de ácidos nucleicos: ADN y ARN. El ADN guarda la información genética en todos

los organismos celulares, el ARN es necesario para que se exprese la información contenida en el

ADN; en los virus podemos encontrar tanto ADN como ARN conteniendo la información (uno u

otro nunca ambos).

Composición química y estructura de los ácidos nucleicos

Los ácidos nucleicos resultan de la polimerización de monómeros complejos denominados

nucleótidos.

Un nucleótido está formado por la unión de un grupo fosfato al carbono 5’ de una pentosa. A su

vez la pentosa lleva unida al carbono 1’ una base nitrogenada.

Fig. 2.36 - Estructura del nucleotido monofosfato de adenosina (AMP)

Page 2: Acidos nucleicos

Las bases nitrogenadas son moléculas cíclicas y en la composición de dichos anillos participa,

además del carbono, el nitrógeno. Estos compuestos pueden estar formados por uno o dos anillos.

Aquellas bases formadas por dos anillos se denominan bases púricas (derivadas de la purina).

Dentro de este grupo encontramos: Adenina (A), y Guanina (G).

Si poseen un solo ciclo, se denominan bases pirimidínicas (derivadas de la pirimidina), como por

ejemplo la Timina (T), Citosina (C), Uracilo (U).

Estos derivados de la purina y la pirimidina son las bases que se encuentran con mayor frecuencia

en los ácidos nucleicos.

Nucleótidos de importancia biológica

ATP (adenosin trifosfato): Es el portador primario de energía de la célula. Esta molécula tiene un

papel clave para el metabolismo de la energía. La mayoría de las reacciones metabólicas que

requieren energía están acopladas a la hidrólisis de ATP.

Fig. 2.39 - ATP (Adenosin trifosfato)

Page 3: Acidos nucleicos

Fig. 2.40 - Estructura del AMPC

Este nucleótido posee tres grupos fosfatos unidos entre sí. Estos grupos fosfatos dado el pH celular

se encuentran desprotonados, de manera que poseen cargas negativas. Como estas cargas están

muy cerca se repelen fuertemente. Para mantenerlos juntos, se establecen uniones de alta

energía entre los fosfatos, por lo tanto, cuando la molécula se hidroliza la energía se libera. Del

mismo modo para sintetizar una molécula de ATP se requiere energía.

AMP cíclico: Es una de las moléculas encargadas de transmitir una señal química que llega a la

superficie celular al interior de la célula. segundo mensajero)

NAD+ y NADP+: (nicotinamida adenina dinucleótido y nicotinamida adenina dinucleótido fosfato).

Son coenzimas que intervienen en las reacciones de oxido-reducción, son moléculas que

transportan electrones y protones. Intervienen en procesos como la respiración y la fotosíntesis.

Page 4: Acidos nucleicos

Fig. 2.41 - Estructura del NAD+, La nicotinamida acepta hidrogeniones, proceso denominado

reducción

FAD+: También es un transportador de electrones y protones. Interviene en la respiración celular.

Coenzima A: Es una molécula que transporta grupos acetilos, interviene en la respiración celular,

en la síntesis de ácidos grasos y otros procesos metabólicos.

Polinucleótidos

Existen dos clases de nucleótidos, los ribonucleótidos en cuya composición encontramos la

pentosa ribosa y los desoxirribonucleótidos, en donde participa la desoxirribosa.

Los nucleótidos pueden unirse entre sí, mediante enlaces covalentes, para formar polímeros, es

decir los ácidos nucleicos, el ADN y el ARN.

Page 5: Acidos nucleicos

ADN – Ácido desoxirribonucleico

Los ácidos nucleicos fueron aislados por primera vez en 1869, sin embargo no fue hasta mucho

después que se conoció su función. A principio de siglo los científicos que querían explicar como se

transmitía y se almacenaba la información genética se enfrentaron a un problema, era el ADN o las

proteínas de los cromosomas los que portaban la información genética.

Se sabía que el ADN constaba de solo cuatro tipo de monómeros, frente a los 20 aminoácidos que

se encuentran formando parte de las proteínas, de manera que se pensaba que era demasiado

sencillo como para guardar la información, por lo cual se le asignaba una función estructural.

La evidencia que ha servido para esclarecer la función del ADN, ha procedido, por un lado, del

hecho que la cantidad de ADN de una especie es constante, sin importar la edad, sexo, factores

nutricionales o ambientales.

Por otra parte, la cantidad de ADN tiene mayoritariamente una relación directa con la complejidad

del organismo, así como también se observa que las gametas de los individuos con reproducción

sexual poseen solo la mitad del ADN que posee cualquier de sus células somáticas.

En 1953 Watson y Crick propusieron el modelo de doble hélice, para esto se valieron de los

patrones obtenidos por difracción de rayos X de fibras de ADN, y de los postulados enunciados por

Chargaff que estableció que la cantidad de adenina de una molécula de ADN era igual a la cantidad

de timina de la misma molécula y que la cantidad de guanina era igual a la cantidad de citosina, es

decir que el contenido de purinas era igual al de pirimidinas.

Page 6: Acidos nucleicos

Fig. 2.45 - Pares de bases del ADN: La formación específica de enlaces de hidrógeno entre G y C y

entre A y T genera los pares de bases complementarias

El modelo de la doble hélice establece que las bases nitrogenadas de las cadenas se enfrentan y

establecen entre ellas uniones del tipo puente de hidrógeno. Este enfrentamiento se realiza

siempre entre una base púrica con una pirimídica, lo que permite el mantenimiento de la distancia

entre las dos hebras. La Adenina se une con la timina formando dos puentes de hidrógeno y la

citosina con la guanina a través de tres puentes de hidrógeno.

El modelo de Watson y Crick, describe a la molécula del ADN como una doble hélice, enrollada

sobre un eje, como si fuera una escalera de caracol y cada diez pares de nucleótidos alcanza para

dar un giro completo.

Excepto en algunos virus, el ADN siempre forma una cadena doble.

Factores que estabilizan la doble hélice

Los puentes de hidrógeno entre las bases tienen un papel muy importante para estabilizar la doble

hélice, si bien individualmente son débiles hay un número extremadamente grande a lo largo de la

cadena.

Page 7: Acidos nucleicos

Las interacciones hidrofóbicas entre las bases también contribuyen con la estructura.

Los grupos fosfatos que se encuentran en el exterior de la doble hélice pueden reaccionar con el

agua aportando mayor estabilidad.

Fig. 2.46 - Una corta sección de la doble hélice de ADN

Fig. 2.47 - (a) Modelo de la doble hélice de ADN, (b) Representación abreviada de un segmento de

ADN

Page 8: Acidos nucleicos

Funciones biológicas

El ADN es el portador de la información genética y a través de ella puede controlar, en forma

indirecta, todas las funciones celulares.

Debemos recordar aquí que las enzimas son proteínas que catalizan todas las funciones biológicas

y se sintetizan en las células de acuerdo a la información genética. Vale decir que a la información

genética la podemos comparar con un recetario, donde están las recetas de todas las proteínas del

organismo.

Encontramos ADN en el núcleo de las células animales y vegetales, en los organismos procariontes,

en organoides como los cloropastos y mitocondrias, como así también en algunos virus, a los que

llamamos ADN - virus.

ARN – Ácido ribonucleíco

El ácido ribonucleíco se forma por la polimerización de ribonucleótidos. Estos a su vez se forman

por la unión de:

a) un grupo fosfato. b) ribosa, una aldopentosa cíclica y c) una base nitogenáda unida al carbono 1’

de la ribosa, que puede ser citocina, guanina, adenina y uracilo. Esta última es una base similar a la

timina.

En general los ribonucleótidos se unen entre sí, formando una cadena simple, excepto en algunos

virus, donde se encuentran formando cadenas dobles.

La cadena simple de ARN puede plegarse y presentar regiones con bases apareadas, de este modo

se forman estructuras secundarias del ARN, que tienen muchas veces importancia funcional, como

por ejemplo en los ARNt (ARN de transferencia).

Se conocen tres tipos principales de ARN y todos ellos participan de una u otra manera en la

síntesis de las proteínas. Ellos son: El ARN mensajero (ARNm), el ARN ribosomal (ARNr) y el ARN de

transferencia (ARNt).

ARN mensajero (ARNm)

Fig. 2.48 - Esquema de una ARNm bacteriano

Page 9: Acidos nucleicos

Consiste en una molécula lineal de nucleótidos (monocatenaria), cuya secuencia de bases es

complementaria a una porción de la secuencia de bases del ADN. El ARNm dicta con exactitud la

secuencia de aminoácidos en una cadena polipeptídica en particular. Las instrucciones residen en

tripletes de bases a las que llamamos codones. Son los ARN más largos y pueden tener entre 1000

y 10000 nucleótidos

En los eucariontes los ARNm derivan de moléculas precursoras de mayor tamaño que se conocen

en conjunto como ARN heterogéneo nuclear (hnARN), el cual presenta secuencias internas no

presentes en ARN citoplasmáticos.

ARN ribosomal (ARNr)

Este tipo de ARN una vez transcripto, pasa al nucleolo donde se une a proteínas. De esta manera

se forman las subunidades de los ribosomas. Aproximadamente dos terceras partes de los

ribosomas corresponde a sus ARNr.

Fig. 2.49 - Diagrama de un ribosoma procarionte

ARN de transferencia (ARNt)

Este es el más pequeño de todos, tiene aproximadamente 75 nucleótidos en su cadena, además se

pliega adquiriendo lo que se conoce con forma de hoja de trébol plegada. El ARNt se encarga de

transportar los aminoácidos libres del citoplasma al lugar de síntesis proteica. En su estructura

presenta un triplete de bases complementario de un codón determinado, lo que permitirá al ARNt

reconocerlo con exactitud y dejar el aminoácido en el sitio correcto. A este triplete lo llamamos

anticodón.

Page 10: Acidos nucleicos

Fig. 2.50- Molécula de ARNt

ARN pequeño nuclear (ARNpn o snRNA)

En eucariontes encontramos un grupo de seis ARN que están en el núcleo, el ARN pequeño

nuclear, estos desempeñan cierto papel en la maduración del ARNm.

Ribozimas

Son ARN que tienen función catalítica, participan activamente en la maduración de los ARNm.

Función de los ARN

Un gen está compuesto, como hemos visto, por una secuencia lineal de nucleótidos en el ADN,

dicha secuencia determina el orden de los aminoácido en las proteínas. Sin embargo el ADN no

proporciona directamente de inmediato la información para el ordenamiento de los aminoácidos y

su polimerización, sino que lo hace a través de otras moléculas, los ARN. Todo el proceso que se

lleva a cabo para la síntesis de proteínas se verá detalladamente en otro capítulo.