2.1 estructura de los acido nucleicos
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CATALINA PINEDA MOLINAIngeniería Biomédica
EIA-CES2010
TEMA 2: ESTRUCTURA DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS
CONTENIDO
1. Componentes fundamentales de los ácidos nucleicos.
2. Nucleósidos y nucleótidos.
3. Estructura del DNA.
4. Estructura del RNA.
Ynsehttp://www.flickr.com/photos/ynse/542370154/
F. Miescher (1865)
Estudió la composición química del pus:
Intentaba digerir proteínas de las células del pus, observando que el núcleo de esas células no era digerido, por lo que lo que había allí no eran proteínas, sino otra sustancia a la que llamó "nucleína" por su localización en el núcleo celular.
Encontró nucleina en el esperma de salmón:
Lo fraccionó:
Componente proteico Componente de carácter ácido (protamina) contiene fósforo (ácido
nucleico).
Tipos de ácidos nucleicos
Los estudios posteriores a Miescher demuestran la existencia de dos tipos de ácido nucleico:
Uno abundante en la levadura, que recibe el nombre de ácido zimonucleico.
Otro, abundante en el timo, llamado ácido timonucleico.
Tipos de ácidos nucleicos
Posteriormente:
• Zimonucleico: contiene ribosa, y por eso pasa a llamarse ácido ribonucleico (RNA, ARN).
• Timonucleico: contiene desoxirribosa, por lo que pasa a llamarse ácido desoxirribonucleico (DNA, ADN).
Primeros experimentos para demostrar que el DNA era la sustancia génicaOswald T Avery, Colin MacLeod y Maclyn McCarty (1944)
Cepas de neumococo rodeadas por una cápsula de polisacárido Madprime
http://www.google.com.co/imgres?imgurl=http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c8/Dead_mouse.svg/375px-Dead_mouse.svg.png&imgrefurl=http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Dead_mouse.svg&usg=__cFl6aPfM64rEFt3FvLZGSb--6NA=&h=218&w=375&sz=35&hl=es&start=14&itbs=1&tbnid=XVYXOlhZ6aH6lM:&tbnh=71&tbnw=122&prev=/images%3Fq%3Ddead%2Bmouse%26hl%3Des%26gbv%3D2%26tbs%3Disch:1
Madprimehttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mouse.svg
Cepas de neumococo, por falta de una enzima no producen la cápsula. No son patógenas
Madprimehttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mouse.svg
Una cepa virulenta sometida a calor es
inactivada.
Bacterias inactivadas con calor
Bacterias vivas sin cápsula
Mezcla de bacterias vivas sin cápsula e inactivadas por calor
Madprimehttp://www.google.com.co/imgres?imgurl=http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c8/Dead_mouse.svg/375px-Dead_mouse.svg.png&imgrefurl=http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Dead_mouse.svg&usg=__cFl6aPfM64rEFt3FvLZGSb--6NA=&h=218&w=375&sz=35&hl=es&start=14&itbs=1&tbnid=XVYXOlhZ6aH6lM:&tbnh=71&tbnw=122&prev=/images%3Fq%3Ddead%2Bmouse%26hl%3Des%26gbv%3D2%26tbs%3Disch:1
Bacterias vivas no virulentas
Bacterias virulentas encapsuladas
Madprimehttp://www.google.com.co/imgres?imgurl=http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c8/Dead_mouse.svg/375px-Dead_mouse.svg.png&imgrefurl=http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Dead_mouse.svg&usg=__cFl6aPfM64rEFt3FvLZGSb--6NA=&h=218&w=375&sz=35&hl=es&start=14&itbs=1&tbnid=XVYXOlhZ6aH6lM:&tbnh=71&tbnw=122&prev=/images%3Fq%3Ddead%2Bmouse%26hl%3Des%26gbv%3D2%26tbs%3Disch:1
DNA de bacterias inactivadas con calor
Transformación
• En conclusión:
El DNA es el responsable de la síntesis de la enzima necesaria para la formación de la cápsula y, por lo tanto, es el portador de la información genética.
Hershey y Chase, 1952
Con medio 32S, el virus se marca sólo en la cápside, las proteínas son las únicas moléculas con azufre.
Con medio 32 P, el virus se marca sólo en el DNA, que es la única molécula con fósforo.
Magnus Manskehttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:HersheyChaseEx.png
• En conclusión:
• El DNA introducido en la bacteria contiene la información necesaria para generar nuevos virus; es decir, El DNA es el portador de la información genética
1. Componentes de los ácidos nucleicosLa hidrólisis química completa de un ácido nucleico da lugar a una mezcla equimolar de:
A. Una base nitrogenada
B. Una pentosa
C. Fosfato
Purínico
Pirimidínico
Desoxirribosa
Ribosa
1. Componentes de los ácidos nucleicos
La hidrólisis enzimática completa de un ácido nucleico da lugar a una mezcla de nucleótidos.
Los ácidos nucleicos son polímeros (de altísimo peso molecular) cuyos monómeros son los nucleótidos.
1.1. Bases nitrogenadas:
1. Pirimidina
Anillo heterociclíco
N
N2
3
4
5
6
1Praggue,http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pyrimidine.jpeg
Derivados pirimidínicos:
Timina (T) Uracilo (U)Citosina (C)
RNADNA
1.1. Bases nitrogenadas:
1. Pirimidina
5-metil uracilo
(2,4-diceto, 5-metil pirimidina)2-ceto, 4-amino pirimidina 2,4-diceto pirimidina
CH3
1.1. Bases nitrogenadas:
2. Purina
N
N
N
NH
1
23
4
56 7
8
9
6-amino purina 2-amino 6-ceto purina
1.1. Bases nitrogenadas:
2. PurinaDerivados purínicos:
N
HN N
NH
O
Formas metabólicas de las purinas:
1. Hipoxantina: 2. Xantina:
6-ceto purina
NH
HN N
NH
O
O2,6 diceto purina
N
N N
NH
H
HOOH
O
Forma degradativa final de las purinas en los primates:
Ácido úrico:
2,6,8-triceto purina
Propiedades de las bases
1. Carácter levemente básico.
2. Solubilidad escasa en agua.
3. Espectro de absorción con máximo a 260 nm.
4. Posibilidad de formas tautoméricas.
5. Todos los reactivos de las bases son potencialmente mutagénicos.
HN
NHO
O
N
N
HO
OHFormas tautoméricas del uracilo
Forma Ceto Forma Enol
Componentes de los ácidos nucleicosLa hidrólisis química completa de un ácido nucleico da lugar a una mezcla equimolar de:
A. Una base nitrogenada
B. Una pentosa
C. Fosfato
Purínico
Pirimidínico
Desoxirribosa
Ribosa
1.2. Pentosas
La diferencia entre ambas reside en que el grupo hidroxilo (-OH) del carbono 2´ de la ribosa es sustituido por un hidrógeno en la desoxirribosa.
Adenosina(pentosa es ribosa) Desoxiadenosina
(pentosa es desoxirribosa)
OHOCH2
OHOH
N
N N
N
H2N
Enlaceb-N-glicosídico
OHOCH2
OH
N
N N
N
H2N
H
Purinas: enlace entre carbono anomérico (1’) y N9 de la base
Nucleósidos, 1
Unión de una base a una pentosa a través de un enlace de tipo b-N-glicosídico:
9-(1’-betha-D-ribofuranosil) adenina
9-(2’-desoxi, 1’-betha-D-ribofuranosil) adenina
OH O C H 2
O HO H
N
N N
N
H 2N1
2
3
45
67
891 '2 '3 '4 '
5 '
Numeración de átomos en los nucleósidos púricos
Citidina Desoxicitidina
OHOCH2
OHOH
N
N
O
NH2
OHOCH2
OH H
N
N
O
NH2
Pirimidinas: enlace entre carbono anomérico (1’) y N1 de la base
Nucleósidos, 2
1-(1’-betha-D-ribofuranosil) citosina1-(2’desoxi,1’-betha-D-ribofuranosil) citosina
Uridina
OHOCH2
OHOH
N
HNO
O
1'
2'3'
4'
5'
Numeración de átomos en los nucleósidos pirimídicos
1
2
34
5
6
1-(1’-betha-D-ribofuranosil) uracilo
Nomenclatura de los ribonucleósidosBase Nucleósido
• Adenina Adenosina• Guanina Guanosina• Hipoxantina Inosina
• Citosina Citidina• Uracilo Uridina• Timina Timidina
Bases purínicas, sufijo osina
Bases pirimidínicas, sufijo idina
Propiedades químicas de los nucleósidos
1. Incremento marcado en solubilidad con respecto a la de la base.
2. Absorción a 260 nm como las bases aisladas.
Componentes de los ácidos nucleicosLa hidrólisis química completa de un ácido nucleico da lugar a una mezcla equimolar de:
A. Una base nitrogenada
B. Una pentosa
C. Fosfato
Purínico
Pirimidínico
Desoxirribosa
Ribosa
DNA vs. RNA
OCH2
OH
N
NO
NH2
OH
OPO
-OO-
5’-nucleótido (5’-CMP)
Nucleótidos (ribonucleótidos)
3’-nucleótido (3’-CMP)
Nucleótidos (ribonucleótidos)
O
OHO H2 NN
ONH2
OHPO O-
-
O
C
2’-nucleótido (2’-CMP)
Nucleótidos (ribonucleótidos)
O2
OH
N
NO
NH2
OPOO-
O-
HOCH
OCH2
OH
N
HNO
OPO
-OO-
H
O
CH3
5’-dTMP
Nucleótidos (desoxirribonucleótidos)
3’-dCMPO
O N
HNO
PO O --
O
H
HOCH2
O
Nucleótidos (desoxirribonucleótidos)
Nomenclatura de nucleótidos
Nucleósido Nucleótido*Adenosina Adenilato
**Acido adenílico **Adenosina (mono, di, tri) fosfato
Guanosina Guanilato**Acido guanílico **Guanosina (mono, di, tri) fosfato
Uridina Uridilato**Acido uridílico **Uridina (mono, di, tri) fosfato
Timidina Timidilato**Acido timidílico **Timidina (mono, di, tri) fosfato
Citidina Citidilato**Acido citidílico **Citidina (mono, di, tri) fosfato
*Para desoxirribonucleótidos se antepone el prefijo desoxi
**Se debe especificar además la posición de los fosfatos
O N
N
N
N
NH2
OHOH
CH2OPO
-OO-
5’-Adenosina monofosfato, AMP
Nucleósido fosfato
O N
N
N
N
NH2
OHOH
CH2OPO
OO-
PO
OO-
5’-Adenosina difosfato, ADP
Nucleósido polifosfatos
5’-Adenosina trifosfato, ATP
Nucleósido polifosfato
O N
N
NN
NH2
OHOH
CH2OPO
OPO
OPO
-OO - O - O -
1. Carácter ácido debido al fosfato2. Solubilidad incrementada
respecto al nucleósido3. Máximo de absorbancia UV a
260 nm
Propiedades de los nucleótidos
O N
N
N
N
NH2
OHO
P OO
-O3’,5’ Adenosin monofosfato cíclico, cAMP
Muchas moléculas señalizadoras específicas en la célula son nucleótidos
Nucleótidos cíclicos
O N
N
N
N
NH2
OHOH
CH2OPO
OO-
PO
OO-
O N
N
N
N
NH2
OHOH
CH2OP
O
OO-
P
O
OO-
P
O-O
O-
H2O
Pi
DG = -7.6 kcal/mol
ATP
ADP
Los nucleótidos además de participar en los ácidos nucleicos tienen otras funciones:
ATP como fuente de energía
Hidrólisis de alta energía
OCH2 N
N
NN
NH2
OHOH
OPOPO O
O -O -OCH2
O
N+OH OH
Nicotinamida adenina dinucleótido, NAD+
OC H 2 N
N
N
N
N H 2
O HO H
OPOPO O
O -O -OC H 2
H C O HH C O HH C O H
C H 2
N
NN H
N O
H 3C
H 3C
OFlavina adenina dinucleótido, FAD
O
HH
OH
H
OH
CH2
H
N
NN
N
NH2
OPO
O-OP
O
O-O
H3C CH3
HO H
CNCNHSO
H
O
H
ADPPanteteína
Coenzima A
Polinucleótidos
PolinucleótidoO
-O
H2C
OP
-O
O N
NH3CO
H
O
O N
N
O
N HH
ON
N
N
N
O
NH
H
ON
N
N
N
NHH
O
-O
H2C
OP
-O
O
-O
H2C
OP
-O
O
-O
H2C
OP
-O
ON
N
N
N
OH
NH
H
H
HOCH2
OH
Extremo 5’
Extremo 3’
Enlace fosfodiéster
Extremo 3 hidroxilo
Extremo 5 fosfato
5’- pCpApTpTpGpCpGpGpApApTpGpCpC -3’
5’-CATTGCGGAATGCC-3’3’-GTAACGCCTTACGG-5’
Formas de representación de polinucleótidos
O
-O
H2C
OP
-O
O
O-
CH2
OP
O-
O
O N
NH3CO
H
O
NN
NNNH
O
O N
N
O
N HHNN
NN
NH H
O
H
O
ON
N
N
N
OH
NH
H
N N
O
NH
H
O
O-
CH2
OP
O-
O
O-
CH2
OP
O-
O
O
N
N
N
N
NHH N N
O
O
H3C
H
O
-O
H2C
OP
-O
O
-O
H2C
OP
-O
O
O
-O
H2C
OP
-O O
ON
N
N
N
OH
NH
H
N N
O
NH
H O
O-
CH2
OP
O-
H
O
-O
H2C
OP
-O
O
O-
CH2
OP
O-
O
5’
3’ 5’
3’
Polinucleótidoen doble hélice
• Exonucleasas:
Cortan enlaces fosfodiéster situados en los extremos (3’ o 5’) de una cadena polinucleotídica, y suelen atacar indistintamente ambos tipos de ácidos nucleicos.
Ruptura enzimática de polinucleótidos
Ruptura enzimática de polinucleótidos
• Endonucleasas: Cortan enlaces fosfodiéster situados en el
interior de una cadena polinucleotídica, y suelen ser específicas de cada ácido nucleico:
– Ribonucleasas– Desoxirribonucleasas
Endonucleasas de restricción, 1:1. Reconocen secuencias específicas, por
lo general palindrómicas: ______ 5’- ATCGTTGCCTACAATTGAATTCCCAATAACCCTT -3’ 3’- TAGCAACGGATGTTAACTTAAGGGTTATTGGGAA -5’
La secuencia reconocida en este caso es GAATTC
Las endonucleasas de restricción fueron identificadas en bacterias
2. Suelen romper el polinucleótido dejando extremos cohesivos:
5’- ATCGTTGCCTACAATTGAATTCCCAATAACCCTT -3’3’- TAGCAACGGATGTTAACTTAAGGGTTATTGGGAA -5’
5’- ATCGTTGCCTACAATTG3’- TAGCAACGGATGTTAACTTAA
AATTCCCAATAACCCTT -3’ GGGTTATTGGGAA -5’
Lo que permite la soldadura de fragmentos de DNA rotos por lamisma endonucleasa de restricción
Endonucleasas de restricción, 2:
3. Al reconocer secuencias relativamente largas, cortan el DNA por un número muy limitado de sitios, lo que facilita la manipulación experimental del mismo.
EcoRI GAATTCClaI ATCGATHaeIII GGCCRsrII CGGATCCG
Algunas endonucleasas de restricción:
Endonucleasas de restricción, 3:
Bibliografía
• Nelson Dl, Cox MM. Leninger Principles of biochemistry. Worth Publishers, USA, 2004, 4E.
• Watson JD, Baker TA, Bell SP, Gann A, Levine M, Losick R. Molecular Biology of the Gene. Pearson, 2004, USA, 5E.
• Cooper GM. The Cell a Molecular Approach. Sinauer, 2003, USA, 3E.
• Jimenez LF, Merchant H. Biología Celular y Molecular. Prentice Hall, México, 2003, 5E.
Bibliografía
• Spinel C. Biología Molecular de la Célula Eucariótica Animal. Fondo Editorial Biogénesis, Medellín, 2002
• Brown TA. Genomes. Wiley-Liss. New York, 1999
• Klug WS, Cummings MR. Conceptos de Genética. Prentice Hall, Madrid, 1999, 5E.
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