1 Los componentes de los ácidos nucleicos:
Los ácidos nucleicos son biomoléculas orgánicas formadas por carbono, hidrógeno, oxigeno, nitrógeno y fósforo. Existen dos tipos de ácidos nucleicos: el ácido desoxirribonucleico (ADN)
Y el ácido ribonucleico (ARN)
. Químicamente, son polímeros lineales no ramificados, constituidos por nucleótidos, que constan de un monosacárido, una base nitrogenada y moléculas de ácido fosfórico (HPO.). La uníón del monosacárido y la base nitrogenada se denomina nucleósido. Cuando a este se le une el ácido fosfórico, se forma el nucleótido.
Monosacáridos • La ribosa es una aldopentosa que forma los nucleótidos del ARN, como el ATP. • La desoxirribosa forma los nucleótidos del ADN
Bases nitrogenadas Compuestos cíclicos aromáticos con nitrógeno en su estructura.
Pueden ser: • Bases púricas: Derivan del anillo de la purina. Son la adenina (A) y la guanina (G). • Bases pirimidínicas: Derivan del anillo de la pirimidina. Son la citosina(C), la timina (T) y el uracilo (U). Todas están presentes en el ADN y ARN. Excepto la timina que es exclusiva del ADN y el uracilo del ARN
Formación de un nucleósido: el enlace N-glucosídico
Un nucleósido se forma por uníón, mediante un enlace N-glucosídico, de la aldopentosa con una base nitrogenada. El enlace N-glucosídico se establece entre el -OH del carbono anomérico de la aldopentosa y uno de los grupos amino de la base nitrogenada, líberándose una molécula de agua.
Nomenclatura de los nucleósidos
Si la aldopentosa es ribosa, se formarán ribonucleósidos, que se nombran añadiendo la terminación -osina al nombre de la base púrica o -idina al nombre de la base pirimidínica. Si la aldopentosa es desoxirribosa, se constituirán desoxirribonucleósidos, que se nombran igual que los ribonucleósidos, con la adición del prefijo desoxi-.Formación de un nucleótido: los enlaces fosfóricos
Un nucleótido se origina por esterificación de un nucleósido con un ácido fosfórico. El enlace que resulta se denomina éster fosfórico. Se establece entre el ácido fosfórico y el grupo hidroxilo del carbono 5′ de la aldopentosa del nucleósido, con liberación de una molécula de agua. Si existe más de un grupo fosfato, se unen mediante enlaces anhídrido fosfórico, dando nucleótidos mono-, di- o trifosfato.2. Importancia de los nucleótidos
1 Forman parte de los ácidos nucleicos 2 Son moléculas acumuladoras y donantes de energía: La molécula de reserva energética es el Adenosín Trifosfato (ATP). Cuando esta molécula pierde el último grupo fosfato transformándose en Adenosín difosfato (ADP) se desprende mucha energía que puede ser utilizada por la célula. 3 Son moléculas con función coenzimática: los más importantes son Nicotín adenín dinucleótido (NAD*), el Nicotín adenín dinucleótido fosfato (NADP*) y el Flavin adenín dinucleótido (FAD) que actúan en reacciones químicas de la célula en las que se deshidrogenan sustancias quedando ellas hidrogenadas: NADH, NADPH y FADH2
3 Los polinucleótidos: el enlace nucleotídico
Los polinucleótidos son largas cadenas de nucleótidos unidos entre ellos mediante el enlace nucleotídico, que es un enlace de tipo fosfodiéster. Si la pentosa que se une es la ribosa, se constituye un polirribonucleótido, que da lugar a los diferentes tipos de ácidos ribonucleicos (ARN). Si esa pentosa es la desoxirribosa, resulta un polidesoxirribonucleótido, que da lugar a los diferentes tipos de ácidos desoxirribonucleicos (ADN).
El enlace nucleotídico
La reacción de esterificación entre dos nucleótidos se produce entre el grupo fosfato que está en posición 5′ de un nucleótido y el grupo hidroxilo situado en el carbono 3′ de otro. Se libera una molécula de agua y se forma un dinucleótido que se mantiene unido por el enlace nucleotídico o fosfodiéster 5->3. Puede originar cadenas polinucleotídicas, de tal modo que las bases nitrogenadas quedan en posición perpendicular al esqueleto del polinucleótido. La secuencia de bases nitrogenadas es la que proporciona la especificidad al polinucleótido. En todos los polinucleótidos se observa polaridad: en un extremo de la cadena hay un grupo 5′ fosfato y en el extremo opuesto, un grupo 3′ OH.
4 El ácido desoxirribonucleico (ADN)
El ADN es un ácido nucleico integrado por cadenas de desoxirribonucleótidos en los que se encuentran como bases nitrogenadas la adenina, la guanina, la citosina y la timina. Se pueden distinguir tres niveles estructurales:
Estructura primaria:
determinada por la secuencia concreta de desoxirribonucleótidos, que mantienen los enlaces nucleotídicos.Estructura secundaria
Es una estructura en doble hélice que se forma a partir de la estructura primaria.Estructura terciaria
Viene dada por el enrollamiento y empaquetamiento de la doble hélice sobre sí misma, para ocupar el mínimo espacio posible en el interior celular.
4.1 La estructura primaria del ADN
Carácterísticas: • Está integrada por la secuencia concreta de los desoxirribonucleótidos de una cadena. • Se mantiene por un esqueleto covalente de fosfatos y pentosas, enlazados mediante enlaces fosfodiéster 5 ›3 • Las bases nitrogenadas son adenina, guanina, citosina y timina: • El número de hebras diferentes que se pueden formar combinando estas cuatro bases nitrogenadas es muy elevado. • El porcentaje de A, G, C y T se mantiene constante en todos los individuos de la misma especie. • En la secuencia de bases nitrogenadas de la estructura primaria del ADN se encuentra la información genética, que se conserva y se expresa gracias a estos tres mecanismos de la biología molecular: replicación, transcripción y traducción.
4.2 La estructura secundaria del ADN Las reglas de Charaaff:
Demostró que las proporciones de las bases nitrogenadas eran diferentes en cada organismo, aunque se cumplían ciertas regularidades: • La cantidad de adenina (A) es igual a la de timina (T): A/T= 1 • La cantidad de guanina (G) es igual a la de citosina (C): G/C=1 • La proporción de bases púricas (A + G) es igual a la de las bases pirimidínicas (T+C): (A+G)(T+C)=1 La proporción entre (A + T)y (G + C) es carácterística de cada especie.
La doble hélice de Watson y Crick:
el ADN-B Propusieron un modelo de estructura para el ADN, el modelo de la doble hélice. Explica muchas de las observaciones sobre las propiedades físicas y químicas del ADN y en que muestra el mecanismo por el cual la información genética se puede replicar y expresar.
Carácterísticas del ADN-B • Doble hélice dextrógira: EI ADN es una doble hélice formada por dos cadenas polinucleotídicas dextrógiras. • Enrollamiento de tipo plectonémico: No es posible separar las dos cadenas sin desenrollarlas. • Disposición intera de las bases nitrogenadas Las bases nitrogenadas, se sitúan en el interior de esta doble hélice, mientras que los esqueletos covalentes polares pentosa-fosfato quedan en el exterior. • Complementariedad de bases nitrogenadas: Las dos hélices se mantienen unidas mediante enlaces de hidrógeno que se establecen entre pares de bases complementarias: -La adenina (A) de una hélice se aparea con la timina (T) de la hélice -La mulamentaria a traviedice se aparea con la cifosina (C) de la hélice complementaria a través de dos enlaces de hidrógeno: (A=T) complementaria mediante tres enlaces de hidrógeno: (G=C) • Disposición antiparalela: El apareamiento correcto de las bases nitrogenadas requiere una orientación antiparalela de las dos hebras que forman el ADN. • Dimensiones de la doble hélice:- Diámetro de la doble hélice: 2 nm. -Distancia que hay entre dos bases consecutivas: 0,34 nm -Longitud de una vuelta: 3.4 nm (supone diez pares de bases por vuelta).
La desnaturalización del ADN
La doble hélice de ADN es muy estable. Sin embargo, a una temperatura de 100°C los enlaces de hidrógeno se rompen y las dos hebras se separan; tiene lugar la desnaturalización del ADN. Es reversible, al enfriarse, el ADN se renaturaliza y se restaura la doble hélice.
4.3 La estructura terciaria del ADN:
El grado y la forma de enrollamiento varían en células procariotas y eucariotas.
Estructura terciaria del ADN en células procariotas: el ADN superenrollado
ADN circular y desnudo de histonas. Este ADN circular puede presentar diversos grados de superenrollamiento, que se consiguen al retorcerse sobre sí mismo por acción de la girasa del ADN. De este modo, la estructura terciaria del ADN se organiza en varias zonas, los dominios superenrollados, que se mantienen estabilizados por una serie de proteínas no histónicas situadas en la base de cada dominio.
Estructura terciaria del ADN en células eucariotas: la cromatina y los cromosomas
Para conseguir el máximo empaquetamiento posible, la doble hélice de ADN se enrolla alrededor de unas estructuras proteicas con forma de disco formadas por 8 moléculas de histona. La doble hélice da dos vueltas alrededor de cada disco de histonas. Cada disco con sus dos vueltas de ADN se denomina nucleosoma. Los diferentes nucleosomas van formando una estructura en forma de «collar de perlas». Este collar de perlas a su vez se enrolla sobre sí mismo en forma de solenoide, para lo cual las perlas del collar utilizan otras proteínas de tipo histona (H1) como «guía» para el enrollamiento. Posteriormente el solenoide se enrolla de nuevo sobre sí mismo y así sucesivamente hasta que se consigue que todo el ADN esté superempaquetado y forme los cromosomas. La cromatina se observa en el núcleo interfásico de las células eucariotas como un entramado fibrilar de gran afinidad por los colorantes básicos. Densamente empaquetados gracias a su asociación con unas proteínas denominadas histonas y con otros tipos deproteínas no histonas. Zonas más densamente compactadas, heterocromatina y que representan las regiones de ADN que no se expresan áreas más laxas, conocidas como eucromatina y que representan las regiones de ADN que se transcriben activamente.
Los cromosomas
Son moléculas muy largas de ADN, altamente organizadas y compactadas. Se observan en la célula en división, durante la mitosis y la meiosis. La función es asegurar la conservación y la transmisión de la información genética del ADN de la célula madre a sus células hijas.
Morfología de los cromosomas • Dos cromátidas: Cada cromátida procede de la compactación, de una hebra de ADN: Las dos cromátidas de un cromosoma son idénticas, ya que proceden de la duplicación del ADN; por eso, se las denomina cromátidas hermanas. • Telómeros: Son los extremos de los cromosomas. Impiden que se pierda información genética en el momento de la duplicación y la agregación de los cromosomas.
• Centrómero: Es una regíón estrangulada en la cual las dos cromátidas se mantienen unidas. Esta constricción divide al cromosoma en dos brazos, que, en el caso de que no sean iguales, se llaman brazo p (brazo corto) y brazo q (brazo largo). Asociado al centrómero se localiza el cinetocoro. • Constricción secundaria: Es un estrechamiento de las cromátidas que aparece en el brazo corto de algunos cromosomas. La constricción secundaria marca la posición de la regíón del organizador nucleolar (NOR). • Satélites: Son segmentos esféricos del extremo del cromosoma delimitados por la constricción secundaria. • Bandas: Son franjas de las cromátidas que presentan diferentes intensidades de coloración. Su distribución a lo largo de las dos cromátidas hermanas es idéntica y específica para cada tipo de cromosoma.
Clasificación de los cromosomas según la posición del centromero • Metacéntricos: El centrómero se localiza a mitad del cromosoma. • Submetacéntricos: El centrómero se sitúa próximo al centro, de forma que un brazo, es ligeramente más largo que el otro. • Acrocéntricos: El centrómero es muy excéntrico, con lo cual uno de los brazos es muy corto respecto al otro. • Telocéntricos: El centrómero se localiza próximo al extremo del cromosoma, de modo que solo se aprecia uno de los brazos.
5 El ácido ribonucleico (ARN)
El ARN es un ácido nucleico integrado por cadenas de ribonucleótidos en los que se encuentran las bases nitrogenadas adenina, guanina, citosina y uracilo. La mayoría de los ARN son monocatenarios. Pueden aparecer tanto en el interior del núcleo como en el citoplasma celular. El ARN se sintetiza por transcripción a partir de las secuencias de bases del ADN, con la participación de unas enzimas denominadas ARN polimerasas. Función: sintetizar proteínas siguiendo las instrucciones de ensamblaje de aminoácidos que establece la secuencia de nucleótidos del ADN.
ARN mensalero (ARNm)
El ADN para expresar su información lo debe hacer por partes ya que por su tamaño no puede salir por los poros del núcleo de la célula y por ello el ARNm hace de intermediario transportando la información del ADN desde el núcleo a los ribosomas. Así el ARNm se sintetiza dentro del núcleo al irse uniendo los nucleótidos del ARN constituyentes de modo que siguen una secuencia complementaria de la secuencia de nucleótidos de un fragmento del ADN, en un proceso llamado Transcripción. Una vez que el ARNm llegar a los ribosomas se va formando la proteína uníéndose aa entre sí de acuerdo a la secuencia de nucleótidos del ARNm en un proceso llamado Traducción.
ARN transferente ARN
Se encarga de transportar los aa presentes en el citoplasma hasta los ribosomas para que una vez allí, se unan unos a otros siguiendo la secuencia que les dicta el ARNm para formar proteínas. Se pliega sobre sí misma formando una estructura en trébol. Los nucleótidos que se emparejan forman los llamados brazos, pero otros no y generan los denominados bucles.• BUCLE CENTRAL:
es donde el anticodón, secuencia de tres nucleótidos, se unirá, en el ribosoma, a una secuencia complementaria de tres nucleótidos del ARNm y que se llama codón. Tiene un ARNt por aminoácido. La especificidad aminoácido-ARNt viene determinada por la secuencia de nucleótidos del anticodón. La estructura en forma de trébol se pliega a su vez sobre sí misma adquiriendo en el espacio una «estructura en boomerang»
. • BRAZO ACEPTOR:
Presentan también en su molécula un extremo 3′ con un grupo -OH libre al que se une el aa que va a transportar, siempre tiene una secuencia de nucleótidos ACC y también un extremo 5′ donde siempre hay un nucleótido de Guanina al que se une un grupo fosfato. Las enzimas aminoacil-ARNt sintetasas catalizan esta reacción. El ARNt, con su aminoácido unido, se denomina aminoacil-ARNt.ARN ribosómico ARNr
Es el más abundante de los tres tipos de ARN y forma los ribosomas, que son los orgánulos donde se sintetizan las proteínas. Los ARNr se diferencian por el coeficiente de sedimentación [svedberg (S)] de su molécula, el cual a su vez depende del tamaño de la molécula y de la forma de esta. Los ribosomas están formados por dos subunidades, cada una de las cuales está formada por uno o varios tipos de ARNr.
Los ARNr que forman las subunidades ribosómicas son diferentes en las células eucariotas y en células procariotas y por ello los ribosomas de ambos tipos de células tienen coeficientes de sedimentación diferentes.
• Ribosomas 70s en procariotas (50 + 30)
• Ribosomas 80s en eucariotas (60 + 40