PREGUNTAS RESUELTAS. LOS CIDOS NUCLEICOS

PREGUNTAS RESUELTAS.LOS CIDOS NUCLEICOS1 .- Diferencia entre nucletidos y nuclesidos. Cmo se nombran unos y otros?2 .- Qu tipo de molculas son los cidos nucleicos? Qu tipos conoces? Confecciona una tabla sealando sus diferencias.3 .- Explica el modelo de doble hlice de la molcula de ADN.4 .- Por qu la complementariedad entre las bases del ADN se establece entrela Ayla Tyla Gconla C, y no entre cualquier otro par?5 .- Cita algunas excepciones al dogma central de la biologa molecular.6 .- Qu son los nucletidos y cul es su composicin?7 .- Qu es un polinucletido? Representa esquemticamente un polinucletido e indica los enlaces implicados en su formacin.8 .- En una muestra de un cido nucleico, se ha observado la siguiente proporcin de bases: A = 25% , T = 18%, G = 22%, C = 35%. a) Cumple la regla de Chargaff la muestra estudiada? b) Qu tipo de cido nucleico ser el de la muestra?9 .- Qu procesos permiten la expresin de la informacin gentica codificada en el ADN?10 .- Principales tipos de nucletidos.11 .- Cules son los principales nucletidos que actan como coenzimas?12 .- Si una hebra de ADN presenta la siguiente secuencia de bases, cul ser la secuencia de la hebra complementaria? 5' GGTACGTAGCTA 3'13 .- Justifica por qu la estructura de doble hlice contribuy a reforzar la hiptesis de que el ADN era una molcula capaz de replicarse y, por tanto, portadora de la herencia biolgica.14 .- Explica cmo se unen los diferentes componentes que forman los nucletidos.15 .- Cules son las caractersticas qumicas de los nucletidos trifosfato? Representa una molcula de ATP y explica su importancia biolgica.16 .- Por qu los cidos nucleicos son molculas que pueden contener informacin?17 .- Qu informacin contiene el ADN en su secuencia de bases?; cmo controla el ADN las funciones celulares a partir de esa informacin?18 .- Escribe las frmulas de la adenosina-5-monofosfato y del cido desoxicitidlico.19 .- Analiza la estructura del AMP cclico y explica su funcin.20 .- Explica la estructura del ARN transferente. Cul es su funcin?21 .- Cules fueron los principales datos experimentales que llevaron a Watson y Crick a proponer el modelo de doble hlice?22 .- Explica las funciones biolgicas del ADN.SOLUCIONES:1 .- Diferencia entre nucletidos y nuclesidos. Cmo se nombran unos y otros? Solucin: La diferencia principal entre nuclesidos y nucletidos est en que los nuclesidos no contienen cido fosfrico en su composicin y los nucletidos s que lo contienen; por lo tanto, los nucletidos son nuclesidos fosforilados. Nuclesido = Pentosa - Base nitrogenada Nucletido = Fosfrico - Pentosa - Base nitrogenada Por consiguiente: Nucletido = Nuclesido + Fosfrico. Los nuclesidos se nombran cambiando la terminacin de la base nitrogenada por osina si la base es prica y por idina si la base es pirimidnica. Si la pentosa es la desoxirribosa, se antepone al nombre el prefijo desoxi. Ejemplos: adenosina (ribosa-adenina), desoxitimidina (desoxirribosa-timina). Los nucletidos se pueden nombrar de dos formas: Debido a que tienen carcter cido por la presencia del fosfrico, se nombran anteponiendo la palabra cido al nombre de la base, a la que se le cambia la terminacin por lico, si la base es prica, o por idlico, si es pirimidnica. Si la pentosa es desoxirribosa, al nombre de la base se le antepone el prefijo desoxi. Ejemplos: cido adenlico (fosfrico-ribosa-adenina), cido desoxicitidlico (fosfrico-desoxirribosa-citosina). Otra manera de nombrarlos es nombrando primero el nuclesido; luego, el carbono de la pentosa donde se une el fosfrico, y a continuacin, el nmero de fosfricos que lo forman. Ejemplos: adenosina-5'- monofosfato, desoxicitidina-5'-monofosfato.2 .- Qu tipo de molculas son los cidos nucleicos? Qu tipos conoces? Confecciona una tabla sealando sus diferencias. Solucin: Los cidos nucleicos son polinucletidos, es decir, son macromolculas constituidas por la unin de nucletidos 5' fosfato. Hay dos tipos de cidos nucleicos: El cido desoxirribonucleico (ADN) que es un polinucletido formado por la unin de desoxirribonucletidos 5' fosfato de A,G,C y T. Por tanto, contiene como azcar la desoxirribosa. El cido ribonucleico (ARN) que se forma por la unin de ribonucletidos 5' fosfato de A,G,C y U. La pentosa que los forma es la ribosa.3 .- Explica el modelo de doble hlice de la molcula de ADN. Solucin: El modelo de doble hlice fue propuesto por Watson y Crick en 1953, y explica la estructura del ADN del siguiente modo: El ADN est formado por dos cadenas de polinucletidos complementarias, enrolladas alrededor de un eje imaginario y con giro a la derecha, originando una doble hlice. Las dos hebras son complementarias y antiparalelas, situndose una en sentido 3' 5' y la otra en sentido 5' 3'. El esqueleto de las cadenas est formado por los restos azcar-fosfato, situndose las bases nitrogenadas de ambas hebras enfrentadas hacia el interior y perpendiculares al eje de la hlice. Los restos azcar-fosfato actan como el pasamanos de una escalera de caracol, mientras que los pares de bases enfrentados seran los peldaos. Las bases nitrogenadas de las dos cadenas son complementarias; as, la adenina de una hebra se enfrenta con la timina de la otra, y la guanina, con la citosina. Las bases complementarias de las dos cadenas se unen mediante puentes de hidrgeno, establecindose dos puentes entre el par A-T, y tres entrela Gyla C. Cadavuelta de hlice mide 3,4 nm e incluye diez pares de bases. El dimetro de la hlice es de 2 nm.4 .- Por qu la complementariedad entre las bases del ADN se establece entrela Ayla Tyla Gconla C, y no entre cualquier otro par? Solucin: Existen dos razones fundamentales que explican la complementariedad entre los pares de bases del ADN: Los emparejamientos A-T y G-C son los que permiten establecer el nmero mximo de puentes de hidrgeno entre las bases; concretamente, dos entre el par A-T y tres entre el par G-C. Hay que destacar que los puentes de hidrgeno son unas de las principales fuerzas que estabilizan la doble hlice. El tamao de cualquiera de los otros pares de bases, entre los que se pueden establecer puentes de hidrgeno, no encajara en la estructura de la doble hlice, que presenta unas dimensiones concretas. Por ejemplo, el par A-C sera demasiado grande, y el par T-G, demasiado pequeo.5 .- Cita algunas excepciones al dogma central de la biologa molecular. Solucin: La acumulacin de conocimientos sobre las funciones de los cidos nucleicos ha puesto de manifiesto la existencia de excepciones al dogma central de la biologa molecular, como son: El descubrimiento en algunos virus ARN de la enzima transcriptasa inversa, que cataliza la formacin de molculas de ADN a partir de la secuencia del ARN del virus. En virus vegetales, tambin ARN, se ha puesto de manifiesto la existencia de ARN viral que es capaz de dirigir la traduccin directa, como si se tratara de un ARNm.6 .- Qu son los nucletidos y cul es su composicin? Solucin: Los nucletidos son las unidades estructurales que forman los cidos nucleicos. Estn formados, a su vez, por tres tipos de compuestos: una pentosa, una base nitrogenada y una molcula de cido fosfrico. Pentosa: Las pentosas que forman los nucletidos son aldopentosas, y pueden ser: la -D-ribofuranosa o la -D-2'-desoxirribofuranosa. Base nitrogenada: Las bases nitrogenadas son compuestos cclicos que contienen nitrgeno y tienen carcter bsico. Pueden ser de dos tipos: pricas y pirimidnicas. las pricas derivan de la purina. las ms importantes Son adenina ( 6-aminopurina) y guanina (6-oxi-2-aminopurina). las pirimidnicas derivan de la pirimidina. las ms importantes Son citosina (2-oxi-4-aminopirimidina), uracilo (2,4 dioxipirimidina) y timina (5-metil-2,4 dioxipirimidina). Fosfrico: En los nucletidos puede haber una, dos o tres molculas de fosfrico.7 .- Qu es un polinucletido? Representa esquemticamente un polinucletido e indica los enlaces implicados en su formacin. Solucin: Los polinucletidos son molculas formadas por la unin de nucletidos mediante un tipo de enlace llamado fosfodister. Este enlace se establece entre el cido fosfrico unido al carbono 5' de un nucletido y el grupo hidroxilo del carbono 3' de otro nucletido. De esta forma, queda una cadena constituida por un esqueleto en el que alternan las pentosa y los cidos fosfricos (parte invariable de la molculas), del que cuelgan perpendicularmente las bases nitrogenadas. Adems, en la cadena se distinguen un extremo 3' libre y un extremo 5'. Los polinucletidos pueden formarse por la unin de ribonucletidos, constituyendo un ARN; o por la unin de desoxirribonucletidos, en cuyo caso se forma una cadena de ADN.8 .- En una muestra de un cido nucleico, se ha observado la siguiente proporcin de bases: A = 25% , T = 18%, G = 22%, C = 35%. a) Cumple la regla de Chargaff la muestra estudiada? b) Qu tipo de cido nucleico ser el de la muestra? Solucin: a) Segn la regla de Chargaff, la cantidad de adenina de un ADN es la misma que la de timina, y la de guanina, igual a la de citosina. La muestra, por tanto, no cumple la regla de Chargaff. b) El cido nucleico de la muestra es un ADN, ya que en su composicin aparece la base timina, que es sustituida en el ARN por el uracilo. Este ADN es monocatenario, es decir, formado por una nica cadena. En este caso, al no existir la hebra complementaria, las proporciones de las bases nitrogenadas no tienen que cumplir la regla de Chargaff.9 .- Qu procesos permiten la expresin de la informacin gentica codificada en el ADN? Solucin: Los procesos que permiten la expresin de la informacin gentica contenida en el ADN son: La transcripcin. La transcripcin consiste en la sntesis de una molcula de ARN complementaria de un fragmento (gen) de una de las hebras del ADN. La transcripcin conduce a la sntesis de los distintos tipos de ARN: mensajero, ribosmico y transferente. La traduccin. Consiste en la sntesis de una protena. En este proceso, la informacin gentica contenida en una secuencia de nucletidos de un ARN mensajero debe traducirse a una secuencia de aminocidos (protena). En la traduccin, los aminocidos deben disponerse en el orden que define la secuencia de codones del ARNm.10 .- Principales tipos de nucletidos. Solucin: Los nucletidos se pueden dividir en dos grandes grupos segn que formen parte, o no, de los cidos nucleicos: Nucletidos nucleicos: Estos se unen entre s mediante enlaces ster y forman los cidos nucleicos. Dentro de ellos, se diferencian dos grupos, atendiendo a cul sea la pentosa que los forma: ribonucletidos y desoxirribonucletidos. Ribonucletidos: tienen como pentosa la -D-ribofuranosa. Segn cul sea la base nitrogenada, se diferencian cuatro tipos: - Adenosina-5'-monofosfato o cido adenlico o AMP. - Guanosina-5'-monofosfato o cido guanlico o GMP. - Histidina-5'-monofosfato o cido citidlico o CMP. - Uridina-5'-monofosfato o cido uridlico o UMP. Desoxirribonucletidos: tienen como pentosa la -D-desoxirribofuranosa, segn cul sea la base nitrogenada se diferencian cuatro tipos: - Desoxiadenosina-5'-monofosfato o cido desoxiadenlico o dAMP. - Desoxiguanosina-5'-monofosfato o cido desoxiguanlico o dGMP. - Desoxicitidina-5'-monofosfato o cido desoxicitidlico o dCMP. - Desoxitimidina-5'-monofosfato o cido desoxitimidlico o dTMP. Nucletidos no nucleicos: no forman parte de los cidos nucleicos, aunque constituyen compuestos de gran inters.11 .- Cules son los principales nucletidos que actan como coenzimas? Solucin: Piridn nucletidos (NAD y NADP). El NAD es un dinucletido de adenina y nicotinamida. Presenta dos formas: una, reducida, que es capaz de ceder protones, y otra oxidada, que los acepta, por lo que acta como coenzima de algunas deshidrogenasas transportando electrones y H+ en reacciones de xido-reduccin. Participa en procesos catablicos como la respiracin celular. NAD+ + H+ NADH (Forma oxidada) (Forma reducida) El NADPH es idntico al NAD+ excepto por la presencia de un grupo fosfato unido en la posicin 2' de la ribosa. A diferencia de NAD+, participa en reacciones de xido-reduccin de los procesos anablicos. Flavn nucletidos. (FAD y FMN). El FAD es un dinucletido de riboflavina (vitamina B12) y adenina, y el FMN es un mononucletido de riboflavina. Actan como coenzimas de un grupo de deshidrogenasas llamadas flavoprotenas, que catalizan reacciones de xido-reduccin del metabolismo celular. Al igual que los piridn nucletidos presentan una forma reducida y una forma oxidada. FAD + 2H+ + 2e- FADH2 Coenzima A (CoA) Es un derivado del ADP que lleva unido al difosfato una molcula de cido pantotnico (vitamina B5) y un grupo derivado de la etilamina que termina en radical -SH. Gracias al grupo (-SH) el coenzima A se une a grupos acilo y los transporta por la clula.12 .- Si una hebra de ADN presenta la siguiente secuencia de bases, cul ser la secuencia de la hebra complementaria? 5' GGTACGTAGCTA 3' Solucin: La complementariedad de bases en el ADN se establece entrela Ayla Tyla Gconla C; por tanto, la secuencia complementaria ser la siguiente: 3' CCATGCATCGAT 5'. Hay que sealar que las dos hebras son antiparalelas, por lo que los extremos 3' y 5' se encuentran en sentido inverso.13 .- Justifica por qu la estructura de doble hlice contribuy a reforzar la hiptesis de que el ADN era una molcula capaz de replicarse y, por tanto, portadora de la herencia biolgica. Solucin: El modelo de doble hlice de Watson y Crick condujo al mecanismo mediante el cual la informacin gentica puede ser replicada con exactitud y, por tanto, permita explicar cmo se transmite de generacin en generacin la herencia biolgica. Watson y Crick postularon que al ser las dos hebras complementarias, durante la divisin celular, la replicacin del ADN deba comenzar por la separacin de las dos hebras, de modo que cada una actuara de patrn para la sntesis de una nueva cadena complementaria. La fidelidad de la replicacin estara garantizada por la complementariedad entre los pares A-T y G-C. Cada una de las nuevas molculas contendra una hebra antigua y una de nueva sntesis.14 .- Explica cmo se unen los diferentes componentes que forman los nucletidos. Solucin: Los nucletidos estn formados por una pentosa, una base nitrogenada y una, dos o tres molculas de fosfrico. Estos compuestos se unen de la siguiente manera para formar los nucletidos: La pentosa se une mediante un enlace N-glucosdico tipo con la base nitrogenada. Este enlace se produce entre el C-1' de la pentosa y el N-1 de la base, si es pirimidnica, o el N-9, si es prica. En la formacin de este enlace se libera una molcula de agua que se forma entre el -OH del C-1' de la pentosa (-OH hemiacetlico) y un hidrgeno del nitrgeno de la base. Este compuesto que se forma se llama nuclesido. El cido fosfrico se une mediante un enlace ster con la pentosa. Este enlace se forma al esterificarse un -OH del fosfrico con algn grupo -OH libre de la pentosa. Lo ms frecuente es que sea el que est en el C-5'; al formarse este enlace se libera una molcula de agua. Si los nucletidos tienen dos o tres molculas de fosfrico, stos se unen entre s mediante enlaces ster.15 .- Cules son las caractersticas qumicas de los nucletidos trifosfato? Representa una molcula de ATP y explica su importancia biolgica. Solucin: Los nucletidos trifosfato son aquellos que presentan tres molculas de cido fosfrico enlazadas en el carbono 5' de la pentosa. Estos enlaces son altamente energticos (7,3 Kcal/mol en el caso del ATP), debido a que los fosfatos se encuentran ionizados a pH fisiolgico, producindose una repulsin entre las cargas negativas (-) de los oxgenos. Por tanto, para su formacin se necesita un elevado aporte energtico, y al hidrolizarse se produce la liberacin de la energa que contienen. El ATP acta como transportador de energa en las reacciones metablicas de las clulas, debido a que los enlaces ster fosfrico que unen los grupos fosfato entre s son ricos en energa. Al hidrolizarse, estos enlaces liberan la energa contenida (7,3 Kcal/mol), que es utilizada por las clulas para diversas funciones como movimiento celular, sntesis de molculas, produccin de calor, transporte activo, transmisin del impulso nervioso o reacciones endergnicas. ATP + H2O ADP + Pi + Energa Del mismo modo, la energa desprendida en las reacciones de oxidacin celular y otros procesos fisiolgicos es utilizada para la sntesis de nuevas molculas de ATP. ADP + Pi + Energa ATP + H2O16 .- Por qu los cidos nucleicos son molculas que pueden contener informacin? Solucin: Los cidos nucleicos son cadenas lineales formadas por la unin de nucletidos. En su estructura se observa un esqueleto invariable formado por los restos de las pentosas y los cidos fosfricos, del que cuelgan las bases nitrogenadas que constituyen la parte variable de la molcula. El orden en el que estn colocadas las diferentes bases es la forma en la que est escrita la informacin de los cidos nucleicos. Est escrita en un lenguaje de cuatro letras (las bases nitrogenadas), y los distintos mensajes dependen del orden en el que estn situadas dentro de la molcula. Los cidos nucleicos contienen la informacin gentica en su secuencia de bases. El orden en el que stas aparecen colocadas determina los distintos mensajes. El modelo de doble hlice impone alguna restriccin a la aparicin de cualquier secuencia de bases? El modelo de doble hlice corrobora el hecho de que el ADN sea la molcula portadora de la informacin gentica, ya que puede albergar cualquier secuencia de bases. Si tomamos uno de los filamentos de la hlice, no existe restriccin alguna de la secuencia de las cuatro bases (A,G, C, y T); es decir, la cadena goza de entera libertad para albergar cualquier mensaje redactado en el lenguaje de las bases nitrogenadas. La nica restriccin es que la otra cadena debe ser complementaria, pero este hecho permite que cada una de ellas acte de molde de una nueva hebra durante la replicacin. Por tanto, el modelo de doble hlice explica perfectamente y con gran sencillez las funciones del ADN.17 .- Qu informacin contiene el ADN en su secuencia de bases?; cmo controla el ADN las funciones celulares a partir de esa informacin? Solucin: En el ADN se encuentra la informacin para producir todas las protenas de la clula. Cada fragmento de la molcula de ADN es un gen que lleva la informacin para sintetizar una protena determinada. El ADN controla las funciones celulares mediante la expresin de su informacin. Esta expresin se realiza mediante dos procesos: la transcripcin, en el que se obtiene una molcula de ARNm copia de un fragmento de ADN, y la traduccin, que es el proceso mediante el cual la informacin transportada desde el ncleo por el ARNm es traducida, gracias a los ARNt y ARNr, a una secuencia de aminocidos (protena), siguiendo las pautas que marca el cdigo gentico, que establece la relacin entre la secuencia de bases nitrogenadas y la secuencia de aminocidos. Si tenemos en cuenta que todos los enzimas son protenas, y que los enzimas controlan todas las reacciones qumicas de la clula, podemos comprender cmo el ADN controla las funciones celulares.18 .- Escribe las frmulas de la adenosina-5-monofosfato y del cido desoxicitidlico. Solucin: Adenosina-5'-monofosfato: Es un ribonucletido; por lo tanto, tendr como pentosa la -D-ribofuranosa, y como base, la adenina; esta se unir mediante un enlace N-glucosdico con la pentosa. Este enlace se forma entre el C-1' de la ribosa y el N-9 de la adenina; adems, este nucletido tiene un grupo fosfato que se esterificar con el carbono 5' de la ribosa. cido desoxicitidlico: Es un desoxirribonucletido; por lo tanto, tendr como pentosa la -D-2-desoxirribofuranosa, y como base nitrogenada, la citosina, la cual se unir mediante un enlace N-glucosdico a la pentosa. Este enlace se forma entre el C-1' de la desoxirribosa y el N-1 de la citosina. Adems, tiene un grupo fosfato que se esterificar con el C-5' de la desoxirribosa.19 .- Analiza la estructura del AMP cclico y explica su funcin. Solucin: El AMPc es un nucletido monofosfato de adenina cuyo cido fosfrico forma enlaces con los carbonos 5' y 3' de la ribosa, por lo que la molcula adquiere forma cclica. Acta como mensajero qumico intracelular (2 mensajero). Cuando una hormona no puede atravesar la membrana celular, se une especficamente a un receptor de membrana que activa el enzima adenilato ciclasa. Este enzima transforma molculas de ATP en AMPc que, a su vez, activa los enzimas necesarios para dar respuesta al mensaje recibido desde el exterior celular.20 .- Explica la estructura del ARN transferente. Cul es su funcin? Solucin: Est formado por una nica hebra, pero presenta zonas con estructura secundaria debido al apareamiento, mediante puentes de hidrgeno, entre bases complementarias. En su estructura se distinguen cuatro brazos y tres bucles. En uno de los brazos se sitan los extremos 5' y 3' de la cadena, este ltimo es el sitio de unin del aminocido. En el brazo opuesto se encuentra una secuencia de tres bases, llamada anticodn, que es especfica para cada aminocido y complementaria con los codones del ARNm. Participa en la traduccin. Su funcin es captar aminocidos en el citoplasma, unindose a ellos, y transportarlos a los ribosomas, colocndolos en el lugar indicado por el ARNm.21 .- Cules fueron los principales datos experimentales que llevaron a Watson y Crick a proponer el modelo de doble hlice? Solucin: Una vez establecido el hecho de que el ADN era la molcula portadora de la informacin gentica, tres datos fundamentales permitieron a Watson y Crick establecer el modelo de doble hlice: Las investigaciones de Chargaff, que, despus del estudio de numerosas muestras de ADN de diferentes seres vivos concluyeron que en la molcula de ADN la cantidad de adenina es igual a la de timina, y la de guanina, a la de citosina; por tanto, la suma de las bases pricas es igual a la de las pirimidnicas. Las imgenes obtenidas por difraccin de rayos X, de Wilkins y Franklin, que permitieron ver que la estructura del ADN era helicoidal, y determinar algunas de sus dimensiones, como el dimetro y ciertas periodicidades. La posibilidad del establecimiento de puentes de hidrgeno entre algunos pares de bases. Concretamente, dos puentes entre el par A-T y tres entre el par G-C. A partir de estos datos, y con la utilizacin de modelos moleculares metlicos a escala, Watson y Crick establecieron el modelo de doble hlice del ADN, en 1953.22 .- Explica las funciones biolgicas del ADN. Solucin: El ADN es la molcula portadora la informacin gentica. Es, por tanto, la molcula que almacena la informacin que se transmite de generacin en generacin y que se expresa en la propia clula para controlar sus funciones vitales. " De generacin en generacin la informacin gentica se transmite gracias al proceso de la replicacin en el que la molcula de ADN se duplica y se obtienen dos copias idnticas. Cada copia ir a una clula hija durante la divisin celular. Expresin en la propia clula. La informacin contenida en la secuencia de bases del ADN es para producir todas las protenas de la clula. Estas son las responsables de regular todos las reacciones qumicas celulares y, por tanto, de controlar las funciones vitales. La expresin de la informacin en la clula se realiza mediante dos procesos: la transcripcin, en el que se obtiene una molcula de ARNm copia de un fragmento de ADN, y la traduccin, que es el proceso mediante el cual la informacin transportada desde el ncleo por el ARNm es traducida, gracias a los ARNt y ARNr, a una secuencia aminocidos (protena)."