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UNIVERSIDAD LOS ANGELES DE CHIMBOTE 1 FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD

MBLGO. LUIS ALBERTO SÁNCHEZ ANGULO MBLGO. JOSÉ LUIS GUTIERREZ APONTE

CURSO : BIOLOGIA CELULAR Y MOLECULARUNIDAD : PRIMERATEMAS : COMPONENTES QUÍMICOS DE LA MATERIA VIVIENTE:

BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS (ACIDOS NUCLEICOS) Biomoléculas orgánicas ácidos nucleicos: definición,

estructura, propiedades, clasificación e importanciabiológica.

ACIDOS NUCLEICOSCARACTERISTICAS GENERALESLos ácidos nucleicos son macromoléculas, polímeros formados por la repetición de monómerosllamados nucleótidos, unidos mediante enlaces fosfodiéster. Los enlaces 3', 5' fosfodiéster sonlos que unen a los mononucleótidos. Estos enlaces son los que unen al grupo 5'-hidroxilo de ladesoxirribosa de un nucleótido con el grupo 3'-hidroxilo de la unidad azúcar de otro nucleótidomediante un grupo fosfato). Se forman así largas cadenas o polinucleótidos. Pueden alcanzartamaños gigantes (millones de nucleótidos), siendo las moléculas más grandes que seconocen.

El ácido desoxirribonucleico (DNA)y el ácido ribonucleico (RNA)



Químicamente, los ácidos nucleicos son polímeros constituidos por la unión mediante enlacesquímicos de unidades menores llamadas nucleótidos (son polinucleótidos). Los ácidosnucleicos son compuestos de elevado peso molecular, esto es, son macromoléculas.El descubrimiento de los ácidos nucleicos se debe a Miescher que en la década de 1860 aislóde los núcleos de las células una sustancia ácida a la que llamó nucleína, nombre queposteriormente se cambió a ácido nucleico.Existen dos tipos de ácidos nucleicos, ADN (ácido desoxirribonucleico) y ARN (ácidoribonucleico), que se diferencian en:

1. El azúcar (pentosa) que contienen: la desoxirribosa en el ADN y la ribosa en el ARN.2. Las bases nitrogenadas que contienen: adenina, guanina, citosina y timina en el ADN; y

adenina, guanina, citosina y uracilo en el ARN.3. En los eucariotas la estructura del ADN es de doble cadena, mientras que la estructura

del ARN es monocatenaria aunque puede presentarse en forma extendida como elARNm o en forma plegada como ARNt y ARNr.

4. La masa molecular del ADN es generalmente mayor que la del ARN.

La estructura de los nucleótidos de los aminoácidos

Las unidades que forman los ácidos nucleicos son los nucleótidos. Cada nucleótido es unamolécula compuesta por la unión de tres unidades:

1. Un monosacárido (una pentosa),2. una base nitrogenada (purínica (adenina, guanina) o pirimidínica (citosina, timina o

uracilo) y,3. un grupo fosfato (ácido fosfórico).



Las pentosas.- la desoxirribosa del DNA y la ribosa del RNA

La desoxirribosa y la ribosa

Las bases nitrogenadas



Las bases puricas

Las bases pirimidicas

Las bases nitrogenadas



El grupo fosfato

Tanto la base nitrogenada como los grupos fosfato están unidos a la pentosa. La unión formadapor la pentosa y la base nitrogenada se denomina nucleósido.

Desoxirribonucleótido y ribonucleótico

El enlace fosfodiester



El ADN es bicatenario, está constituido por dos cadenas polinucleotídicas unidas entre sí entoda su longitud. Esta doble cadena puede disponerse en forma lineal (ADN del núcleo de lascélulas eucarióticas) o en forma circular (ADN de las células procarióticas, así como de lasmitocondrias y cloroplastos eucarióticos). La molécula de ADN porta la información necesariapara el desarrollo de las características biológicas de un individuo y contiene los mensajes einstrucciones para que las células realicen sus funciones.El ARN difiere del ADN en que la pentosa de los nucleótidos constituyentes, en lugar dedesoxirribosa es ribosa, y en que en lugar de las cuatro bases A, G, C, T aparece A, G, C, U (esdecir, uracilo en lugar de timina). Las cadenas de ARN son más cortas que las de ADN. El ARNestá constituido casi siempre por una única cadena (es monocatenario).Mientras que el ADN contiene la información, el ARN actúa de mensajero de dicha información,para dar lugar a la síntesis de proteínas.

El DNA y el RNALos ácidos nucleicos, llamados así porque en un principio fueron localizados en el núcleocelular, son las moléculas de la herencia y por lo tanto van a participar en los mecanismosmediante los cuales la información genética se almacena, replica y transcribe.Los nucleótidos son los monómeros que constituyen los ácidos nucleicos. Se forman cuando seunen el ácido fosfórico y un nucleósido.NUCLEÓSIDO: El azúcar y la base nitrogenada se unen entre sí como se indica en las figurasformando un nucleósido. El enlace se forma entre el carbono anomérico del azúcar y uno de losnitrógenos de la base nitrogenada, en concreto, el indicado en las figuras. En la unión se formauna molécula de agua. Este enlace recibe el nombre de enlace N- glicosídico.



Las cadenas nucleotídicas de los ácidos nucleicos

Los nucleótidos están formados por: una base nitrogenada (BN), un azúcar (A) y ácido fosfórico(P); unidos en el siguiente orden: P – A – BN. En la formación de los nucleótidos se produceuna unión fosfoéster entre un OH del ácido fosfórico y el OH situado en el carbono 5 delazúcar, con formación (liberación) de una molécula de agua. Según el azúcar sea la ribosa o ladesoxirribosa, tendremos ribonucleótidos o desoxirribonucleótidos. La timina nunca forma partede los ribonucleótidos y el uracilo no forma parte de los desoxirribonucleótidos.

Es de destacar que en toda cadena de polinucleótidos el nucleótido de uno de los extremostendrá libre el OH del azúcar en posición 3, éste será el extremo 3' de la cadena. El ácido



fosfórico del nucleótido que se encuentre en el extremo opuesto también estará libre, éste seráel extremo 5'. Esto marca un sentido en la cadena de polinucleótidos.

EL ACIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN o DNA)Químicamente son polinucleótidos constituidos por d-AMP, d-GMP, d-CMP y d-TMP. Losnucleótidos del ADN no tienen ni uracilo, ni ribosa.Los ADN celulares tienen una elevada masa molecular, muchos millones de daltons. Así, porejemplo: el genoma humano está formado por 3 x 109 pares de nucleótidos. Esto hace quesean moléculas de una gran longitud; por ejemplo: 1,7 um en el caso del virus de la poliomielitisy 2,36 m si sumamos todo el ADN de todos los cromosomas de una célula humana.El ADN fue aislado por primera vez en 1869, pero hasta 1950 no se empezó a conocer suestructura. Se encuentra en el núcleo de las células eucariotas asociado a proteínas (histonas yotras) formando la cromatina, sustancia que constituye los cromosomas y a partir de la cual setranscribe la información genética. También hay ADN en ciertos orgánulos celulares (porejemplo: plastos “cloroplastos” y mitocondrias).

ESTRUCTURA DEL ADNSe pueden distinguir 3 niveles estructurales:

o Estructura primaria: La secuencia de los nucleótidos.o Estructura secundaria: La doble hélice.o Estructura terciaria: Collar de perlas, estructura cristalina, ADN superenrollado.

En las células eucariotas, a partir de la estructura 30, se dan otros niveles de empaquetamientode orden superior.

ESTRUCTURA PRIMARIA DEL ADNEs la secuencia de nucleótidos de una cadena o hebra. Es decir, la estructura primaria del ADNviene determinada por el orden de los nucleótidos en la hebra o cadena de la molécula. Paraindicar la secuencia de una cadena de ADN es suficiente con los nombres de las bases o suinicial (A, T, C, G) en su orden correcto y los extremos 5' y 3' de la cadena nucleotídica.

Así, por ejemplo: 5'– ACGTTTAACGACAAGGACAAGTATTAA – 3'

Estructura primaria (secuencia de nucleótidos)

La posibilidad de combinar cuatro nucleótidos diferentes y la gran longitud que pueden tener lascadenas polinucleotídicas, hacen que pueda haber un elevado número de polinucleótidosposibles, lo que determina que el ADN pueda contener el mensaje biológico o informacióngenética y explica la diversidad del mensaje genético de todos los seres vivos.



ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN

Estructura secundaria del ADN

Datos preliminares:

A. A finales de los años 40 Erwin CHARGAFF y sus colaboradores estudiaron loscomponentes del ADN y emitieron los siguientes resultados:o La concentración de bases varía de una especie a otra. El porcentaje de A, G, C y T es

el mismo en los individuos de la misma especie y no por esto el mensaje es el mismo.o Tejidos diferentes de la misma especie tienen la misma composición en bases.o La composición en bases del ADN de una misma especie no varía con la edad del

organismo ni con su estado nutricional ni con las variaciones ambientales.o Las densidades y viscosidades corresponden a la existencia de enlaces de hidrógeno

entre los grupos NH y los grupos CO.o La concentración de Adenina es igual a la de Timina, y la de Citosina a la de Guanina.

Las dos primeras establecen dos puentes de hidrógeno entre ellas, y las últimas trespuentes. La cantidad de purinas es igual a la cantidad de pirimidinas.

Puentes de Hidrógeno: G con C y A con T



B. Por medio del método analítico de difracción de rayos X, FRANKLIN yWILKINS observaron una estructura fibrilar de 20 Aº (Amstrongs) dediámetro con repeticiones cada 3,4 Aº y una mayor cada 34 Aº.

Estructura del ADN

C. WATSON y CRICKpostularon en 1953 unmodelo tridimensional parala estructura del ADN queestaba de acuerdo con todoslos datos disponiblesanteriores: el modelo dedoble hélice. Este modelo,además de explicar cómoera el ADN, sugería losmecanismos que explicabansu función biológica y laforma como se replicaba.

Según el modelo de la doble hélice de WATSON y CRICK: El ADN estaría constituido por dos cadenas o hebras de polinucleótidos enrolladas

helicoidalmente en sentido dextrógiro sobre un mismo eje formando una doble hélice. Ambas cadenas serían antiparalelas, una iría en sentido 3'-5' y la otra en sentido inverso, 5'

– 3'. Los grupos fosfato estarían hacia el exterior y de este modo sus cargas

negativas interaccionarían con los cationes presentes en el nucleoplasmadando más estabilidad a la molécula.



La estructura del DNA

Las bases nitrogenadas estarían hacia el interior de la hélice con sus planos paralelos entresí y las bases de cada una de las hélices estarían apareadas con las de la otra asociándosemediante puentes de hidrógeno.

El apareamiento se realizaría únicamente entre la adenina y la timina, por una parte, y laguanina y la citosina, por la otra. Por lo tanto, la estructura primaria de una cadena estaríadeterminada por la de la otra, ambas cadenas serían complementarias.

La complementariedad de las cadenas sugiere el mecanismo por el cual el ADN se copia -sereplica- para ser trasferido a las células hijas. Ambas cadenas o hebras se pueden separar



parcialmente y servir de molde para la síntesis de una nueva cadena complementaria (síntesissemiconservativa).

ESTRUCTURA TERCIARIA DEL ADN EN LAS CÉLULAS EUCARIOTASLas grandes moléculas de ADN de lascélulas eucariotas están muyempaquetadas ocupando así menosespacio en el núcleo celular y ademáscomo mecanismo para preservar sutranscripción. Como hemos visto, en lascélulas eucariotas el ADN se encuentraen el núcleo asociado a ciertasproteínas: nucleoproteínas, formando lacromatina.En la cromatina, la doble hélice de ADNse enrolla alrededor de unas moléculasproteicas globulares, las histonas, formando los nucleosomas. Cada nucleosoma contiene 8histonas y la doble hélice de ADN da dos vueltas a su alrededor (200 pares de bases).El conjunto, si no está más empaquetado aún, forma una estructura arrosariada llamada collarde perlas. Ahora bien, los nucleosomas pueden empaquetarse formando fibras de un grosorde 30 nm (fibra de 30 nm). Según el modelo del solenoide las fibras se forman al enrollarseseis nucleosomas por vuelta alrededor de un eje formado por las histonas H1.

NIVELES SUPERIORES DE EMPAQUETAMIENTO

Los siguientes niveles de empaquetamiento no están aún aclarados del todo pero, parece ser,que cada fibra se volvería a enrollar formando un bucle (cada bucle tendría 50 millones depares de bases), seis bucles se empaquetarían asociándose a un "esqueleto nuclear"produciéndose un rosetón, 30 rosetones formarían una espiral y 20 espirales formarían unacromátida. Todo ello produciría un gran acortamiento de las largas cadenas de ADN.



Empaquetamiento de los nucleosomassegún el modelo del solenoide

Cromosoma



Diferentes niveles de condensación de ADN. (1) Hebra simple de ADN. (2) Hebra decromatina (ADN con histonas, "cuenta de collar"). (3) Cromatina durante la interfase con

centrómero (color rojo). (4) Cromatina condensada durante la profase (Dos copias de ADNestán presentes). (5) Cromosoma durante la metafase.

En los espermatozoides el ADN se encuentra aún mucho más empaquetado, se dice que tiene"estructura cristalina". Los ADN de las bacterias, virus, mitocondrias y plastos no presentanestructuras tan complejas y no están asociados a histonas, aunque sí están asociados a otrasproteínas.TIPOS DE ADN:Según su estructura se distinguen los siguientes tipos de ADN:

Monocatenarios o de una cadena; por ejemplo los de algunos virus. Bicatenarios, con dos hebras o cadenas (algunos virus, las bacterias y los eucariotas).

A su vez, y en ambos casos, el ADN puede ser: Lineal, como por ejemplo el del núcleo de las células eucariotas y el de algunos

virus. Circular, como el de las mitocondrias, cloroplastos, bacterias y algunos virus.

EL ÁCIDO RIBONUCLEICO “ARN O RNA”El ARN, ácido ribonucleico, es un polirribonucleótido que, a diferencia del ADN, no contiene nidesoxirribosa ni timina, pero sí ribosa y uracilo. El ARN no forma dobles cadenas, salvo enciertos virus (por ej. los reovirus). Lo que no quita que su estructura espacial pueda ser enciertos casos muy compleja.

CLASES DE ARNPor su estructura y su función se distinguen tres clases de ARN:

1. El ARNm (ARN mensajero): es un polirribonucleótido constituido por una única cadenasin ninguna estructura de orden superior. Su masa molecular suele ser elevada. EsteARN se sintetiza en el núcleo celular y pasa al citoplasma transportando la informaciónpara la síntesis de proteínas. La duración de los ARNm en el citoplasma celular es deescasos minutos siendo degradados rápidamente por enzimas específicas.

2. El ARNt (ARN de transferencia): transporta los aminoácidos para la síntesis deproteínas. Está formado por una sola cadena, aunque en ciertas zonas se encuentrareplegada y asociada internamente mediante puentes de hidrógeno entre basescomplementarias. Su peso molecular es del orden de 25.000 da. Está formado por entre70 y 90 nucleótidos y constituye el 15 % del total del ARN de la célula. Se sintetiza en elnúcleo y sale hacia el citoplasma para realizar su función. En el ARNt podemosdistinguir un brazo aceptor de aminoácidos abierto y un bucle anticodon.

3. El ARNr (ARN ribosomal): es el ARN que forma parte de las subunidades de los de losribosomas.

4. Los ARN víricos. Algunos virus tienen como material genético ARN bicatenario.



EL ADN y EL ARN DIFERENCIAS A NIVEL QUÍMICO

El ADN (ácido desoxirribonucleico) sus nucleótidos tienen desoxirribosa como azúcar yno tiene uracilo.

El ARN (ácido ribonucleico) tiene ribosa y no tiene timina.

Referencias Bibliográficas1. Asociación Educativa ADUNI. 2004. Biología Una perspectiva Evolutiva. 2da. Edición.

Lumbreras Editores, Lima – Perú.

2. De Robertis, E. y E. De Robertis 1997. Biología Celular y Molecular. 12ava edición.Editorial El Ateneo. Buenos Aires – Argentina.

3. Solomon, E.; Berg. L. y D. Martin. 2001. Biología. 5ta. Edición. McGraw-HillInteramericana.

ULADECH : FCCSS : VERSIÓN 01.

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