Clases

Introducción

• Los ácidos nucleicos son macromoléculas poliméricas. Sus monomeros son los nucleótidos; por eso se laman también polinucleótidos.
• 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.

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• Resumen:

  	ARN	ADN
  Estructura	Polinucleótido de una hebra.	Polinucleótido de doble hebra.
  Nucleótidos	NMP: 1 fosfato + ribosa + A/U/G/C	dNMP: 1 fosfato + 2-desoxirribosa + A/T/G/C
  Localizacion	Núcleo, citosol, ribosomas, mitocondrias y cloroplastos.	Núcleo, mitocondrias y cloroplastos.
  Funciones	Contribuye a la expresión de la información genética.	Preserva, transmite a la descendencia y contribuye a la expresión de la información genética.

Nucleótidos

Estructura

• Los nucleótidos están formados por:
  • 1 pentosa: la ribosa o la desoxirribosa; sus C se nombran con un apóstrofe.
  • 1 base nitrogenada de entre las 5 siguientes: adenina, guanina (púricas), citosina, timina y uracilo (pirimidínicas). Está unida por un enlace N-glucosídico (formado por condensación) al C_1' de la pentosa.
    • La unión de ambas se denomina nucleósido:
      • ARN: adenosina, guanosina, citidina, uridina;
      • ADN: desoxiadenosina, desoxiguanosina, desoxicitidina, desoxitimidina.
  • 1 o más grupos fosfato. Está(n) unido(s) por un enlace éster fosfórico al C_5' o al C_3' de la pentosa.
  • Ejemplos:
    • En el ARN: uridín-monofosfafo (UMP).
    • En el ADN: desoxitimidín-monofosfafo (dTMP).
    • Otros: adenosín-trifosfafo (ATP), adenosín-monofosfato cíclico (AMPc).

Nucleótidos del ADN

• Se llaman desoxirribonucleótidos-monofosfato (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 C_1' de la desoxirribosa.
  • 1 grupo fosfato. Está unido por un enlace éster-fosfórico al C_5' de la desoxirribosa.
• Pueden ser: dAMP, dGMP, dCMP, dTMP.

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Nucleótidos del ARN

• Se llaman ribonucleótidos-monofosfato (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 C_1' de la ribosa.
  • 1 grupo fosfato. Está unido por un enlace éster-fosfórico al C_5' 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 neurotransmisores o de hormonas peptídicas (las cuales no pueden atravesar la bicapa lipídica directamente por tener restos polares e iónicos):
  • Glucagón → acoplamiento a receptores de la membrana de los hepatocitos → Síntesis de 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.

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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. La preserva, la transmite a la descendencia y permite su expresión.

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.
• La doble hélice tiene una anchura de 2,0 nm.

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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 media de 2,17 m (6,38 · 10⁹ pb * 0,34 · 10^-9 m/pb) 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.

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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 citosol, en los ribosomas y en todas las ubicaciones donde hay ADN (núcleo, mitocondrias y cloroplastos), ya que se sintetiza a partir de este.

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 por modificaciones postraduccionales en el retículo endoplasmático rugoso y el aparato de Golgi.
• Características:
  • Se sintetiza en el núcleo a partir de un gen y migra al citoplasma.
  • Las nucleasas del citoplasma lo degradan rápidamente: así se consigue...
    • evitar que dure mucho tiempo y que haya una producción interminable e innecesaria de proteínas;
    • controlar la producción de cada proteína concreta simplemente expresando o dejando de expresar el gen correspondiente.
  • En eucariontes:
    • Es monocistrónico: cada gen codifica para un solo polipéptido.
    • Al ARNm transcrito primario se le añade una caperuza de GTP metilada en el extremo 5' para que pueda unirse a los ribososmas.
    • Al ARNm transcrito primario se le añade una cola de poli-AMP en el extremo 3' para evitar que sea degradado rápidamente por las nucleasas del citoplasma.
    • Al ARNm transcrito primario se le extirpan los intrones, que son secuencias no codificantes intercaladas entre los exones, que sí codifican para la proteína.
  • En procariontes:
    • Es monocistrónico o policistrónico; esto último tiene el sentido de sintetizar a la vez, desde un mismo ARNm, varias enzimas que actúan en distintos lugares de la misma secuencia de reacciones metabólicas.

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:
  • Se sintetizan en el núcleo a partir de los genes correspondientes y migran al 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.