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TEMA 7: ÁCIDOS NUCLEICOS
Durante mucho tiempo se supo de la existencia de los ácidos nucleicos pero se desconocía su función. Aunque algunas evidencias parecían relacionarlos con la información genética, la primera experiencia que aportó información sobre la posible función de los ácidos nucleicos fue el experimento de Griffith (1928). Griffith trabajaba con bacterias que producen neumonía -neumococos- y que pueden ser de dos tipos:
Griffith estaba intentando obtener una vacuna que protegiese frente a las infecciones por neumococos tipo R y se le ocurrió lo siguiente: Tomó neumococos tipo R, los mató a todos calentándolos, los mezcló con neumococos S vivos y esta mezcla se la inyectó a ratones. Sorprendentemente estos ratones morían y de su sangre se podían obtener neumococos R vivos. Conclusión: los neumococos S han tomado algo que había en los neumococos R muertos y se han transformado en R, es decir, han adquirido la capacidad de fabricar la cápsula. Años después (1944) Ávery Mc Carthy y Mc Leod, decidieron investigar qué sustancia era la que transformaba a los neumococos S en R. Para ello hicieron lo siguiente: tomaron neumococos R, los fragmentaron y separaron sus diferentes componentes (membranas, ribosomas, ácidos nucleicos, pared celular, etc.) Cada uno de esos componentes se mezcló por separado con neumococos S vivos y se inyectaron a ratones. Sólo en el caso de la mezcla con los ácidos nucleicos los ratones morían. Conclusión: los ácidos nucleicos contienen la información necesaria para que los neumococos S fabriquen la cápsula, luego los ácidos nucleicos son moléculas que almacenan información.
Se sabía que el material genético debía estar en el núcleo, incluso en los cromosomas. Como candidatos para este papel estaban los ácidos nucleicos (apoyados por el experimento de Griffith y otras evidencias) y las proteínas (dada su gran variabilidad, pues resultan de combinar 20 aminoácidos y que también forman parte de los cromosomas). La prueba definitiva que atribuyó al ADN la función de material genético en los seres vivos fue obtenida en 1952 por Alfred Hershey y Martha Chase trabajando con el bacteriófago T2. Un bacteriófago es un virus que infecta y mata a bacterias. Estos tienen una composición muy sencilla. Sólo constan de una molécula de ADN que esta encerrada en una envuelta de proteínas (cápsida). Si se ponen en contacto virus y bacterias, después de un cierto tiempo, las partículas víricas parece que desaparecen pero si se dejaba pasar más tiempo, aparecen las bacterias rotas y de su interior salen miles de virus. Para poder seguir a los virus Hershey y Chase construyeron dos tipos de virus:
Cada uno de estos virus se mezcló por separado con bacterias y se siguió la marcha de la radioactividad. Se encontró que sólo la radioactividad procedente del 32P penetraba en las bacterias mientras que la correspondiente al 35S se quedaba fuera. Lo que ocurría con los virus era lo siguiente: el virus se pega por fuera a la bacteria a continuación le inyecta el ADN, este ADN contiene toda la información para fabricar nuevos virus de manera que poco a poco la bacteria se va llenando de virus hasta que explota liberando todos los virus. Con este experimento queda claro que el material genético de estos virus es el ADN y no las proteínas.
Al igual que los polisacáridos y las proteínas, los ácidos nucleicos son polímeros. Las moléculas que se unen para formar los ácidos nucleicos se denominan nucleótidos. Cada nucleótido está a su vez formado por tres moléculas que son:
(Todos estos compuestos contienen nitrógeno. Las bases púricas están formadas por dos anillos y la pirimidínica por un anillo)
Nucleósidos Si unimos el azúcar y la base nitrogenada obtenemos un nucleósido. El azúcar y la base se unen mediante un enlace N-glucosídico que se establece entre el C1 del azúcar y el N1 de las bases pirimidínica o el nitrógeno N9 de de las bases púricas despendiéndose una molécula de agua. El nombre de los nucleósidos se construye con el nombre de la base terminado en –osina si es púrica o terminado en –idina, si es pirimidínica. Si el nucleósido lleva desoxirribosa, se le antepone el prefijo desoxi-
Nucleótidos Los nucleótidos se obtienen por esterificación del nucleósido con ácido fosfórico; la esterificación se produce con el carbono 5’ del monosacárido (para no confundir los carbonos del azúcar con los carbonos de la base, los bioquímicos han decidido que los carbonos del azúcar se enumeren como primas, 1’, 2’, 3’). El nombre de los nucleótidos se construye:
La función principal que tienen los nucleótidos es construir los ácidos nucleicos, pero además tienen otras funciones:
Enlace entre nucleótidos: formación de los ácidos nucleicos. Para formar los ácidos nucleicos, los nucleótidos se unen entre si mediante enlaces fosfodiéster que se establecen entre el fosfato que está en posición 5’ de un nucleótido y el OH que está en posición 3’ del siguiente nucleótido. Como consecuencia la cadena de nucleótidos tiene extremos distintos. En uno de los extremos queda libre el fosfato que esta en posición 5’ y por eso se llama extremo 5’. En el otro extremo queda libre el OH que está en posición 3’y por ello se denomina extremo 3’. Para enumerar los nucleótidos de una cadena debe comenzarse por el extremo 5’. La única parte variable en los ácidos nucleicos es la secuencia de las bases nitrogenadas, es decir A, C, G y T en el ADN y A, C, G y U en el ARN.
Cuando se descubrió todo esto, los ácidos nucleicos parecían ser moléculas más sencillas que las proteínas ya que podemos construir proteínas variando los 20 aminoácidos mientras que en el caso de los ácidos nucleicos solo podemos variar cuatro bases. A esta observación se une el hecho de que los cromosomas, que contienen el material genético de un ser vivo, están constituidos en un 50% por ADN y otro 50% por proteínas. Por estos motivos, a pesar del experimento de Griffith muchos científicos siguieron considerando que el material genético de un ser vivo eran las proteínas y no el ADN. Esta duda se resolvió definitivamente con el experimento de los bacteriófagos.
La estructura del ADN fue descubierta por James Watson Y Francis Crick en 1953 y ello le valió el premio Novel de Medicina en 1962. Watson y Crick no hicieron experimentos si no que fueron recopilando los datos que otros investigadores iban publicando sobre el ADN; con ellos propusieron un modelo teórico que se comprobó era cierto al 100%. De todos los datos recopilados los más importantes fueron dos:
![]() El modelo que Watson y Crick propusieron fue el siguiente:
La estructura secundaria de la molécula de ADN se destruye si calentamos la muestra por encima de una temperatura crítica (punto de fusión del ADN), produciéndose la separación de las dos cadenas de nucleótidos. Este proceso se denomina desnaturalización y es un proceso reversible que ha permitido diseñar una técnica llamada hibridación, muy utilizada en medicina legal, filogenia, etc. Tipos de ADN Estudios posteriores han demostrado que dentro de la célula el ADN puede variar su conformación para adaptarse a las condiciones ambientales. Las dos estructuras especiales alternativas más importantes son:
En las células eucariota el ADN que encontramos consiste en moléculas de ADN bicatenario lineal, además este ADN está unido a proteínas denominadas histonas constituyendo lo que se llama fibra de cromatina; cuando esta fibra se condensa aparecen los cromosomas con su típica forma. Cada cromosoma tiene por tanto una molécula de ADN (1 cromosoma = 1 molécula de ADN). En las bacterias, en las mitocondrias y en los cloroplastos, encontramos una molécula de ADN bicatenario circular, esto no significa que tenga forma de circulo, si no que no tiene extremos libres. Cada célula contiene una sola molécula de ADN, es decir, un solo cromosoma y este ADN no esta unido a proteínas. En los virus encontramos todo tipo de material genético:
Modelos de duplicación del ADN En su trabajo sobre el ADN, Watson y Crick, además de proponer una estructura también propusieron un modo de duplicación del ADN: “Nosotros suponemos que antes de la duplicación los puentes de hidrogeno se rompen y las dos cadenas se desenrollan y se separan. Cada cadena actúa ahora como molde para formar una nueva cadena, al final tendremos dos moléculas, cada una de las cuales contiene una cadena antigua y una cadena nueva”. A este modelo de duplicación se le llama modelo semiconservativo; otros posibles modelos de duplicación eran el modelo conservativo (las moléculas hijas están formadas por cadenas nuevas) y el modelo dispersivo (las moléculas hijas contienen cadenas con fragmentos nuevos y antiguos)
En 1957 Meselson y Sthal demostraron que el ADN se duplica según el modelo semiconservativo. La demostración la hicieron en un experimento en el que analizaron ADN de diferentes densidades mediante ultracentrifugación en gradientes de cloruro de cesio: Cultivaron bacterias de Escherichia coli (E. coli) en un medio con 15N (isótopo pesado). E. coli utilizará ese N para formar sus moléculas, por lo que tendrá un ADN pesado. Al cabo de un tiempo las pasaron a un medio con 14 N (isótopo normal) y esperaron 30 minutos (tiempo que tarda la bacteria en duplicarse). Se extrajo el ADN bacteriano y se centrifugó comprobándose que el ADN ocupaba una posición intermedia entre el normal y el pesado. Este resultado descarta la hipótesis conservativa. En la siguiente generación se repite el proceso y aparecen dos tipos de moléculas, una normal y otra híbrida (de densidad intermedia), lo que descarta la hipótesis dispersiva. En las siguientes generaciones la proporción de ADN híbrido es cada vez menor.
Una vez demostrado que el ADN era el material genético de la célula, había que responder a la siguiente pregunta: ¿en que se traduce la información del ADN? Había evidencias que indicaban que la información del ADN servía para producir proteínas:
El ADN es una secuencia de nucleótidos y las proteínas son secuencias de aa. Se pensó que debía haber un código que hiciera equivaler nucleótidos con aa, buscando ese código se descubrió que hacia falta un paso intermedio y que en dicho paso participaba el ARN. Pruebas a favor de ello son:
A partir de estos descubrimientos los bioquímicos se centraron en el estudio de los ARN y se fue descubriendo lo siguiente:
ARN mensajero: Son moléculas largas y lineales, su vida media es muy corta. Comienza siempre en el extremo 5’ con una secuencia de nucleótidos que se llama secuencia líder. Esta secuencia sirve para que un ribosoma la reconozca y se pegue a ella, a continuación, viene una secuencia de nucleótidos que el ribosoma lee de 3 en 3; cada grupo de tres nucleótidos equivale a un aa en la proteína. ARN ribosómico: Forma los ribosomas; 2/3 de un ribosoma es ARN ribosómico, el tercio restante son proteínas. Existen varios tipos de ARN ribosómico que a su vez son diferentes en células procariotas y eucariotas. Representa EL 80% del ARN celular.
ARN transferente: Hay unos 50 ARNt distintos. En su composición suelen aparecer bases modificadas como la inosina, la ridotimidina, el pesudouracilo, etc. Son moléculas pequeñas y plegadas en forma de trébol. Tienen cuatro brazos que son zonas de doble cadena y en el extremo de cada uno aparece un bucle:
Se denomina código genético, a la clave que relaciona una secuencia de nucleótidos del ARNm con una secuencia de aminoácidos de una cadena polipeptídica. Es pues, una equivalencia entre ambos tipos de polímeros. Sólo hay 4 nucleótidos diferentes mientras que hay 20 aa. distintos, por tanto en este código un nucleótido no puede equivaler a un aa; 2 tampoco, ya que al combinar los 4 nucleótidos de 2 en 2 salen 16 combinaciones diferentes, de manera que la equivalencia en este código debe ser 3 nucleótidos = 1 aa. Obtenemos así 64 combinaciones, de las que varias significan el mismo aa. Cada triplete de nucleótidos se denomina codón. Este código fue descifrado entre 1961 y 1965 por Severo Ochoa, Nirenberg y Khorana. Para el desciframiento fue providencial el aislamiento de una enzima de E. coli capaz de sintetizar ARN “in vitro”. Con ella fabricaron ARN sintéticos a los que añadieron extractos ribosómicos de E. coli y aminoácidos marcados radiactivamente. Comprobaron que: Un poli U originaba un polipéptido formado exclusivamente por Phe Un poli A originaba un polipéptido formado exclusivamente por Lys Un poli C originaba un polipéptido formado exclusivamente por Pro Un poli G originaba un polipéptido formado exclusivamente por Gly Estos fueron los primeros codones descifrados (UUU, AAA, CCC, GGG). Posteriormente probaron con distintas mezclas de ribonucleótidos y consiguieron descifrar los 64 codones del código. El código genético presenta las siguientes características:
Que sea universal tiene 2 consecuencias importantes:
ÁCIDOS NUCLEICOS
5’ ..CCGATC..3’ 3’... GGATCC..5’ 3’…UACCGA.. 5’ 5’…ACCGGC..3’
Marcinas totales = orcinas totales = pirinas totales
5’... CCGG..3’. Construye también los siguientes nucleótidos: dGMP, CMPcíclico, dGTP
5’.....AUCUUAAAAAUGUUUCCAGCAUGGUACAAUGUUCUUCCAUAAAUG......3’ Preguntas de Selectividad
Uracilo Nucleósido Adenosina Azúcar presente en el ARN Histonas Nucleótido ATP Nucleósido Ribosa Base pirimidínica
Durante la transcripción de la misma se produce con cierta frecuencia un error, de manera que frente al nucleótido C, se sitúa uno de A. Usando el código: Escribir las secuencias peptídicas que se originarán en la posterior traducción:
¿Hay diferencias entre las dos secuencias peptídicas? Razonar la respuesta. |