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Biología - 5 - Ácidos Nucleicos

1 mayo 2019 por Arturo J. Murias

Introducción

  • Los ácidos nucleicos son macromoléculas poliméricas. Sus monomeros son los nucleótidos.
  • Hay 2 tipos: ADN y ARN. Entre ambos preservan, expresan y transmiten a la descendencia la herencia biológica, que es la información contenida en los genes, que son segmentos de ADN.
  • La información genética, una vez descodificada, da lugar a polipéptidos, que constituyen o forman parte de una proteína. De forma simplificada, y según el "Dogma Central de la Biología Molecular": ADN ---> ARN ---> Proteína
  • Resumen:
ARN ADN
Estructura Polinucleótido de una hebra. Polinucleótido de doble hebra.
Nucleótidos 1 fosfato + ribosa + A/U/G/C 1 fosfato + 2-desoxirribosa + A/T/G/C
Funciones Contribuye a la expresión del mensaje genético. Preserva, expresa y transmite a la descendencia el mensaje genético.

Nucleótidos

Estructura
  • Los nucleótidos están formados por:
    • 1 pentosa: la ribosa o la desoxirribosa; sus C se nombran con un apóstrofe.
    • 1 base nitrogenada orgánica de entre las 5 siguientes: adenina, guanina (púricas), citosina, timina y uracilo (pirimidínicas). Está unida por un enlace N-glucosídico (formado por condensación) al C1 de la pentosa.
      • La unión de ambas se denomina nucleósido:
        • ADN: desoxiadenosina, desoxiguanosina, desoxicitidina, desoxitimidina;
        • ARN: adenosina, guanosina, citidina, uridina.
    • 1 o más grupos fosfato. Está(n) unido(s) por un enlace éster fosfórico al C5' o al C3' de la pentosa.
      • Ejemplos:
        • ADN: desoxiadenosín-monofosfafo (dAMP).
        • ARN: uridín-monofosfafo (UMP).
        • Otros: adenosín-trifosfafo (ATP), adenosín-monofosfato cíclico (AMPc).

Nucleótidos del ADN
  • Los desoxirribonucleótidos (dNMP) están formados por:
    • 1 molécula de desoxirribosa.
    • 1 base nitrogenada orgánica de entre las 4 siguientes: adenina, guanina, citosina y timina. Está unida por un enlace N-glucosídico al C1' de la desoxirribosa.
    • 1 grupo fosfato. Está unido por un enlace éster fosfórico al C5' de la desoxirribosa.
  • Pueden ser: dAMP, dGMP, dCMP, dTMP.
Nucleótidos del ARN
  • Los ribonucleótidos (NMP) están formados por:
    • 1 molécula de ribosa.
    • 1 base nitrogenada orgánica de entre las 4 siguientes: adenina, guanina, citosina y uracilo. Está unida por un enlace N-glucosídico al C1' de la ribosa.
    • 1 grupo fosfato. Está unido por un enlace éster fosfórico al C5' de la ribosa.
  • Pueden ser: AMP, GMP, CMP, UMP.
Funciones
  • Formar parte de los ácidos nucleicos, el ADN o el ARN, al unirse a otras moléculas similares por enlaces fosfodiéster, llamados también enlaces nucleotídicos.
  • El ATP, producido en la respiración celular (de glucosa, de ácidos grasos...), es la molécula que transfiere energía química a cualquier clase de trabajo celular en todos los seres vivos. Es la "moneda energética" universal. Esto es porque sus 2 enlaces éster fosfórico acumulan 7,7 kcal/mol cada uno.
  • El AMP cíclico actúa como mensajero intracelular (o "segundo mensajero") ante la llegada a la célula de hormonas no liposolubles (que no pueden atravesar la membrana celular) o de neurotransmisores:
    • Glucagón -> acoplamiento a receptores de la membrana de los hepatocitos -> AMPc -> Glucogenolisis - > Liberación de glucosa a la sangre - > Aumento de la glucemia.
  • Las coenzimas NADH, NADPH y FADH2 transfieren electrones en reacciones de oxidación/reducción. En concreto, en su versión reducida (que es la representada), donan electrones a la cadena transportadora de electrones de la respiración celular, y al ciclo de Calvin de la fotosíntesis y la quimiosíntesis.

Polinucleótidos

  • En un polinucleótido, los nucleótidos se unen mediante enlaces fosfodiéster entre el grupo 5'-fosfato de un nucleótido y el grupo 3'-OH de otro.
  • El enlace se denomina nucleotídico, y se forma por condensación, lo que implica que se puede romper por hidrólisis.
  • Cada polinucleótido queda con un extremo 5'-fosfato libre y con un extremo 3'-OH libre (son los únicos carbonos 5' y 3' que no participan en enlaces nucleotídicos).
  • Cada hebra de ADN y de ARN es un polinucleótido.

ADN

Función

El ADN es el material genético. Es decir, contiene, codificada, la información que permite la autoconstrucción y el funcionamiento de cada célula y de cada ser vivo, y también de muchos virus.

Localización

En una célula eucariótica, el ADN se encuentra en el núcleo (casi todo; en moléculas lineales), en las mitocondrias y en los cloroplastos (en moléculas circulares).

Estructura Primaria
  • Es la secuencia de nucleótidos de una hebra o polinucleótido de ADN.
  • Ejemplo: 5'-ACCATACCG-3'
Estructura Secundaria
  • La dilucidaron Watson y Crick en 1953 a partir de unas imágenes de difracción de rayos X sobre ADN realizadas por Franklin y Wilkins.
  • El ADN celular está formado siempre por 2 cadenas unidas en toda su longitud. (Solo en algunos virus el ADN es monocatenario).
  • Estas cadenas son antiparalelas, de modo que el extremo 3' de una está frente al extremo 5' de la otra.
  • Las bases de los nucleótidos quedan hacia el interior de la molécula y los esqueletos desoxirribosa-fosfato, quedan en el exterior.
  • La unión entre las 2 cadenas se establece por puentes de hidrógeno entre las bases.
  • Las cadenas son complementarias, de modo que enfrente de una citosina siempre hay una guanina; y enfrente de una adenina siempre hay una timina.
  • Entre C y G se forman 3 puentes de hidrógeno; entre A y T se forman 2.
  • Los planos de las bases enfrentadas son paralelos entre sí y perpendiculares a los esqueletos desoxirribosa-fosfato.
  • Las 2 cadenas están enrolladas helicoidalmente la una en torno a la otra.
  • El enrollamiento es plectonémico: las hebras no se pueden desenrollar sin romper los puentes de hidrógeno que las unen.
  • El enrollamiento es dextrógiro (en sentido horario en vista cenital).
  • Por cada vuelta de hélice, que tiene una longitud de 3,4 nm, hay 10 pares de bases.

Desnaturalización
  • Es la separación de las 2 hebras de una molécula de ADN bicatenario al romperse los puentes de hidrógeno entre ellas.
  • Cuesta más desnaturalizar un ADN rico en G+C que uno rico en A+T.
  • La pueden causar:
    • la elevación de la temperatura;
    • la elevación de la concentración salina;
    • cambios en el pH.
  • Es un proceso reversible: a este se le llama renaturalización.
  • La renaturalización se puede intentar con hebras de ADN de diferentes individuos (para estimar su grado de parentesco) o incluso de diferentes especies (para estimar su grado de parentesco filogenético): a mayor grado de renaturalización, más parentesco.
Cromatina
  • Es el complejo macromolecular formado por el ADN del núcleo celular asociado a proteínas tales como las histonas.
  • Las histonas son proteínas globulares básicas de 5 clases (H1, H2A, H2B, H3 y H4) que permiten la organización y el empaquetamiento del ADN del núcleo celular.
  • Esto es necesario por 2 motivos:
    • El ADN del núcleo celular tiene una longitud total de 1,12 m y hay que conseguir que quepa dentro.
    • En cada tipo celular y en cada momento de la vida de una célula solo deben de expresarse unos genes concretos. Sucede que los genes solo se expresan si están asequibles a las enzimas que los leen (si esa zona del ADN está poco compactada). Por eso, regulando la compactación del ADN se regula qué genes se expresan y cuáles no.

ARN

Función

El ARN consuma la expresión del mensaje genético contenido en el ADN. Es decir: el ARN contribuye a que a partir de los genes se fabriquen proteínas.

Localización

En una célula eucariótica, el ARN se encuentra en el citoplasma y en todas las ubicaciones donde hay ADN: núcleo, mitocondrias y cloroplastos.

Estructura

Es un polinucleótido monocatenario de ribonucleótidos-monofosfato unidos mediante enlaces fosfodiéster entre el grupo 5'-fosfato de un nucleótido y el grupo 3'-OH de otro. (Solo en algunos virus el ARN es bicatenario).

Tipos
ARN mensajero
  • Función:
    • Lleva el mensaje de un gen hasta los ribosomas para que sea traducido a una cadena polipeptídica, que será después convertida a proteína.
  • Características:
    • Se sintetiza en el núcleo a partir de un gen y migra al citoplasma.
    • Las nucleasas del citoplasma lo degradan rápidamente: así se evita una producción interminable de proteínas, y se puede controlar esta producción simplemente expresando o no el gen correspondiente.
    • En eucariontes:
      • Monocistrónico: cada gen codifica para un solo polipéptido.
      • Con intrones (y exones), extirpados en la maduración.
      • Con caperuza de GTP metilada en 5' tras la maduración.
      • Con cola de poli-AMP en 3' tras la maduración.
    • En procariontes:
      • Policistrónico o monocistrónico.

ARN de transfererencia
  • Función:
    • Lleva los aminoácidos hasta los ribosomas para que se pueda fabricar la cadena polipeptídica de la proteína, según las instrucciones contenidas en el ARNm.
  • Características:
    • Está en el citoplasma.
    • Bajo peso molecular.
    • Unos 50 diferentes.
    • Con zonas bicatenarias (brazos), debidas a apareamientos intracatenarios, que dan lugar a bucles -> forma de hoja de trébol.
    • El brazo aceptor (extremo 3') porta el aa' por su extremo carboxilo.
    • El aminoácido portado depende del triplete central del bucle central, que se llama anticodón.
ARN ribosómico
  • Función:
    • Forma parte de los ribosomas y, como tal, contribuye a la biosíntesis de los polipéptidos.
  • Características:
    • Está en los ribosomas, asociado a proteínas.
      • Subunidad mayor: 3 moléculas, de tamaños 28 S, 5,8 S y 5 S.
      • Subunidad menor: 1 molécula, de tamaño 18 S.
    • En humanos se sintetiza mayoritariamente (todo, salvo el 5 S) a partir de un único gen, repetido miles de veces, situado en el ADN de los bucles de la cromatina que constituyen el centro fibrilar del nucleolo.
ARN nucleolar
  • Función:
    • Precursor de los ARNr 28 S, 18 S y 5,8 S.
  • Características:
    • Está en la región fibrilar densa (la intermedia) del nucleolo.