Química Nucleótidos y ácidos nucleicos




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fecha de publicación03.08.2016
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Nucleótidos y ácidos nucleicos

   Los ácidos nucleicos, DNA (ácido desoxiribonucleico) y RNA (ácido ribonucleico), son polímeros de monómeros llamados nucleótidos. Por tanto, el DNA y el RNA son polinucleótidos. El DNA lleva la información genética de la célula y el RNA actúa corno una molécula intermediaria para convertir la información en secuencias definidas de aminoácidos en las proteínas. A pesar de estas importantes funciones celulares, los ácidos nucleicos están compuestos tan sólo por un reducido número de componentes estructurales. Cada nucleótido se compone de tres unidades separadas: un azúcar de cinco carbonos, ribosa (en el RNA) o desoxirribosa (en el DNA), una base nitrogenada, y una molécula de fosfato P04 3 -. La imagen de la izquierda muestra el esquema de la estructura de nucleótidos aislados de DNA y RNA.

   Nucleótidos. Las bases nitrogenadas de los ácidos nucleicos pertenecen a dos clases químicas (imagen de la derecha). Las bases púricas, adenina y guanina, contienen dos anillos con carbono y nitrógeno unidos, mientras que las bases pirimidínicas, timina, citosina y uracilo, contienen un único anillo hexagonal con carbono y nitrógeno. La guanina, adenina y citosina se encuentran tanto en el DNA como en el RNA; la timina (salvo raras excepciones) se presenta sólo en el DNA, mientras que el uracilo aparece sólo en el RNA. En cada nucleótido, la base nitrogenada se une a un azúcar, la pentosa, por un enlace glucosídico entre el carbono 1 del azúcar y el nitrógeno de la base, ya sea el nitrógeno 1 (bases pirimidínicas) o el nitrógeno 9 (bases púricas). En ausencia de fosfato, una base unida a un azúcar se denomina nucleósido. Los nucleótidos son, por tanto, nueleósidos que contienen uno o más fosfatos.

   Además de su importante papel como constituyentes de los ácidos nucleicos, los nucleótidos desempeñan otras funciones en la célula. Los nucleótidos, en especial el trifosfato de adenosina (ATP, imagen de la izquierda), funcionan como transportadores de energía química y pueden liberar, durante la hidrólisis de un enlace fosfato, la energía suficiente para suplir la que se necesita en otras reacciones de la célula. Otros nucleótidos, o derivados de ellos, funcionan en reacciones celulares de oxidación-reducción, como transportadores de azúcares en la biosíntesis de polisacáridos y como moléculas reguladoras que inhiben o estimulan las actividades de algunas enzimas o vías metabólicas. Sin embargo, aquí consideramos el papel de los nucleótidos como unidades estructurales de los ácidos nucleicos, lo que constituye su principal función.

   Ácidos nucleicos. Los ácidos nucleicos son largos polímeros en los que los nucleótidos están unidos covalentemente entre sí en una secuencia definida, formando estructuras llamadas polinucleótidos. El esqueleto estructural de un ácido nucleico es un polímero en el que alternan moléculas de azúcar y de fosfato. Por tanto, al referirnos a una secuencia específica de nucleótidos en un ácido nucleico, nos referirnos a las porciones variables del nucleótido, es decir, a las bases nitrogenadas; el esqueleto de azúcar-fosfato es siempre el mismo (imagen de la izquierda).

   Una secuencia concreta de nucleótidos en una molécula de DNA o RNA constituye la estructura primaria de la molécula. Como hemos comentado, la secuencia de bases en una molécula de DNA o RNA es portadora de información y representa la información genética necesaria para reproducir una copia idéntica del organismo. Veremos más adelante que la replicación del DNA y la producción de RNA son procesos de elevada complejidad, y que se necesita un mecanismo virtualmente libre de errores para asegurar la correcta transferencia de los rasgos genéticos de una generación a otra.

   En términos químicos, los ácidos nucleicos se componen de nucleótidos unidos covalentemente entre sí por medio del grupo hidroxilo del carbono 3 de un azúcar (designado corno carbono 3') al grupo fosfato del carbono 5 (designado 5´) del azúcar adyacente*. La unión que afecta al fosfato es químicamente un fosfodiéster puesto que un solo fosfato se une por enlace éster a dos azúcares separados.

   (* Debido a que la estructura del anillo de la base también se numera, el sistema de numeración prima se usa para indicar las posiciones de los átomos de carbono en los azúcares).

   DNA. En las células el DNA se presenta en forma de doble cadena. Cada cromosoma celular contiene dos cadenas de DNA, cada una de las cuales está formada por varios millones de nucleótidos unidos por enlaces fosfodiéster. Las cadenas se asocian una a otra por puentes de hidrógeno que se forman entre los nucleótidos de las dos cadenas. Cuando se disponen en posiciones adyacentes, las bases púricas y pirimidínicas pueden establecer puentes de hidrógeno. Desde el punto de vista químico, la configuración más estable por puentes de hidrógeno es la que se establece entre la guanina (G) y la citosina (C) y entre la adenina (A) y la timina (T). El apareamiento específico de bases, A con T y G con C, implica que las dos cadenas de DNA son complementarias en la secuencia de bases; es decir, que cuando aparece una G en una cadena, se encuentra una C en la otra, y que cuando aparece una T en una cadena su cadena complementaria tiene una A. Las concentraciones molares de guanina y citosina son, por consiguiente, idénticas en un DNA de doble cadena de cualquier origen; y, a su vez, las concentraciones molares de adenina y timina son las mismas. Hay que advertir, sin embargo, que aunque el DNA es generalmente bicatenario algunos virus contienen DNA de una sola cadena.

   RNA. Excepto algunos virus que contienen RNA bicatenario, todos los ácidos ribonucleicos son moléculas de una sola cadena. No obstante, las moléculas de RNA se pueden curvar sobre sí mismas formando regiones donde puede ocurrir el aparcamiento de bases, lo que da origen a una gran variedad de conformaciones estructurales. Esta disposición estructural del RNA constituye su estructura secundaria. En la imagen  se muestra una secuencia de RNA mostrando solo la estructura primaria (superior) y otra secuencia que permite una estructura secundaria (inferior).



    En la célula el RNA tiene tres funciones decisivas. El RNA mensajero (mRNA) contiene la información genética del DNA en una molécula monocatenaria, cuya secuencia de bases es complementaria a una porción de la secuencia de bases del DNA. Las moléculas de RNA de transferencia (tRNA) actúan como moléculas "adaptadoras" durante la síntesis de proteínas. De modo efectivo, la molécula de tRNA refunde la información genética desde el lenguaje de los nucleótidos al lenguaje de los aminoácidos que constituyen las unidades estructurales de las proteínas. Las moléculas de RNA ribosómico (rRNA), de las que se conocen varios tipos, son importantes componentes estructurales y catalíticos del ribosoma, el sistema sintetizador de proteínas de la célula.

  

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