1. La composición química de los ácidos nucleicos




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título1. La composición química de los ácidos nucleicos
fecha de publicación23.01.2016
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TEMA : Ácidos nucleicos

1.-La composición química de los ácidos nucleicos.



En 1869 se descubrió que en el núcleo de las células, además de proteínas, existía una sustancia rica en fósforo que se le llamó nucleína, la cual posteriormente se llamó ácido nucleico.

Estos ácidos nucleicos se pueden romper en sus componentes:

  • ácido ortofosfórico,

  • una pentosa ( azúcar): ribosa o desoxirribosa y

  • una base nitrogenada. Son compuestos cíclicos con nitrógeno y pueden ser púricas (adenina y guanina) o pirimidínicas (citosina, timina y uracilo).


A la unión de estos tres componentes lo llamamos nucleótido, y si falta el grupo fosfato nucleósido. Podemos entonces considerar a los ácidos nucleicos polímeros de nucleótidos.
BASE + PENTOSA = NUCLEÓSIDO
BASE + PENTOSA + FOSFATO = NUCLEÓTIDO

LOS NUCLEÓSIDOS


Se forman por la unión de una pentosa (ribosa o desoxirribosa) con una base nitrogenada (púrica o pirimidínica) mediante un enlace N-glucosídico entre el carbono 1 de la pentosa y el nitrógeno 1 (si la base es pirimidínica) o el 9 (si es púrica), liberando una molécula de agua.

Se nombran añadiendo la terminación –osina si es una base púrica (adenosina, desoxiadenosina, guanosina, desoxiguanosina) o –idina si es pirimidínica (citidina, desoxcitidina, timidina y desoxitimidina).

LOS NUCLEÓTIDOS


Se forman por la unión de una molécula de ácido fosfórico a un nucleósido a través del carbono 5’ de la pentosa mediante un enlace éster. Se nombran: adenosin – 5’ monofosfato, citidin 5’ monofosfato, desoxiadenosin-5’ monofosfato.



2.-LOS ÁCIDOS NUCLEICOS
Son polinucleótidos, es decir son varios nucleótidos unidos entre sí por los grupos fosfato de un nucleótido y el radical OH del carbono 3’ de la pentosa del otro nucleótido mediante un enlace fosfodiéster. Según la pentosa distinguimos:

  • ácido ribonucleico y

  • ácido desoxirribonucleico.

El esqueleto está formado por la alternancia de grupos fosfato y pentosas, estando las bases en las cadenas laterales. Todo polinucleótido presenta dos extremos: el 5’ que es el que lleva los grupos fosfato y el 3’ que es el que lleva un grupo hidroxilo (OH) en la última pentosa.

3-EL ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO


El ADN está formado por una cadena de nucleótidos de adenina, guanina, citosina y timina, unidos entre sí mediante un enlace fosfodiester en sentido 5’ 3’, es decir entre el carbono 3’ del último nucleótido de la cadena y el carbono 5’ del nucleótido que se añade a ella.

En las células eucariotas el ADN se encuentra principalmente en el núcleo, pero también en mitocondrias y cloroplastos.

En la estructura del ADN se distinguen tres niveles:

  • estructura primaria o secuencia de nucleótidos: es la secuencia de nucleótidos de una cadena o hebra. Distinguimos un esqueleto de fosfopolidesoxirribosas y una secuencia de bases nitrogenadas. Podemos formar innumerables ADN distintos combinando entre si las 4 bases nitrogenadas, y ahí reside el llamado “mensaje biológico” o “información genética”.




  • estructura secundaria o doble hélice: Este modelo tridimensional fue elaborado por Watson y Crick. Explica como se disponen en el espacio las dos hebras o cadenas enfrentando las bases que se unen mediante puentes de hidrógeno (en esta doble hélice se enfrenta la A con la T mediante dos puentes de hidrógeno, y la C con la G mediante tres puentes de hidrógeno). Obtenemos así la llamada “doble hélice”. Esta hélice es antiparalela, complementaria y plectonímica. Es antiparalela porque las dos cadenas llevan sentidos opuestos, es decir una va desde el extremo 5’­­ 3’ y la otra del extremo 3’ 5’. Es complementaria porque la A se une siempre a la T (A=T), y la C a la G (C=G) , de forma que las dos cadenas no son iguales pero si complementarias. Es plectonímica porque las dos cadenas están enrolladas una sobre otra de forma que para separarlas, hay que girar una respecto a otra. En esta estructura los grupos hidrófobos se disponen en el interior de la molécula, y las pentosas y grupos fosfato hacia el exterior. Esta doble hélice en condiciones normales es muy estable, pero si se alcanzan temperaturas de 100 º C, las dos hebras se separan, se desnaturalizan pero se pueden renaturalizar si se mantiene el ADN a 65º C. Esto permite hibridar hebras distintas de ADN.




  • estructura terciaria o ADN superenrollado: la presentan moléculas de ADN circular donde la fibra de ADN se encuentra retorcida sobre si misma hacia la derecha formando una superhélice. Este superenrollamiento supone dos ventajas: reducen la longitud siendo por tanto la molécula más estable y facilitan la duplicación del ADN. Esto es debido a que las enzimas que desenrollan el ADN para iniciar la duplicación van hacia la izquierda, y por tanto se eliminan vueltas y tensiones en la molécula.



3.1-TIPOS DE ADN


Según su estructura se distinguen los siguientes tipos de ADN:

  • Monocatenarios o de una cadena; por ejemplo los de algunos virus. A su vez puede ser lineal o circular.

  • Bicatenarios, con dos hebras o cadenas . Puede ser también lineal ( células eucariotas) o circular ( virus, bacterias, mitocondrias y cloroplastos).

Según su forma el ADN puede ser:

  • Lineal, como por ejemplo el del núcleo de las células eucariotas y el de algunos virus.

  • Circular, como el de las mitocondrias, cloroplastos, bacterias y algunos virus.


Según la forma de empaquetarse el ADN puede ser:

  • Asociado a histonas: reduce su longitud al asociarse con estas proteínas y así se empaqueta en el núcleo como es el caso de la célula eucariota.

  • No asociado a histonas: sino asociado a proteínas no histónicas y a ARN, como es el caso de las células procariotas.

4.-EL ARN

El ácido ribonucleico o ARN parece ser que fue la primera molécula capaz de autoduplicarse, siendo posteriormente el ADN, molécula más estable, la que guardaría la información genética.

A diferencia del ADN, está formado por ribosa y por las bases adenina, guanina, citosina y uracilo, por tanto no posee timina. Al igual que el ADN, se unen los nucleótidos mediante enlaces fosfodiéster en sentido 5’ 3’. Suele ser monocatenario (excepto en un tipo especial de virus, los reovirus, en los que es bicatenario).

Tipos de ARN:

  • ARN bicatenario: como el de reovirus,

  • ARN monoctenario:

-ARN soluble (ARNs) o de transferencia (ARNt),

-ARN mensajero (ARNm),

-ARN ribosómico (ARNr) y

-ARN nucleolar (ARNn)

ARN transferente


Está localizado en el citoplasma y actúa como transportador de los aas hasta los ribosomas donde se sintetizan las proteínas. Cada aa posee su ARNt e incluso algunos poseen varios. La molécula de ARNt posee forma de trébol con zonas de doble hélice, y zonas con estructura lineal por lo que presenta “bolsas o asas” en su estructura. En realidad la molécula está mucho más replegada adoptando una forma de “L”.

En el extremo 5’ posee un resto de guanina, y en el extremo 3’ la secuencia CCA, zona donde se va unir el aa que va a ser transportado hasta el ribosoma.

Como hemos dicho, presenta una estructura en forma de trébol con cuatro brazos:

-brazo aceptor o brazo por donde se une el aa en el extremo 3’,

-brazo del anticodon, posee el anticodon (secuencia de tres nucleótidos que determina el aa que se unirá a la molécula),

-brazo T que es el que se une al ribosoma durante la transcripción y

-brazo D, que se une a las enzimas que catalizan la unión del aa.

ARN MENSAJERO


Es un ARN lineal cuya función es transmitir la información contenida en el ADN y llevarla hasta los ribosomas, para que en ellos, se sinteticen los aas a partir de los distintos aas que aportan los ARNt. En eucariotas:

  • presenta algunas zonas con doble hélice y zonas lineales que originan los “brazos en herradura”.

  • Se encuentra asociado a proteínas.

  • Se sintetiza en el núcleo en el que sufre un proceso de maduración en el que pierde una serie de fragmentos sin información (intrones) y sólo contendrá los segmentos con información (exones), pasando posteriormente al citoplasma donde se asociará a los ribosomas.

  • Posee una caperuza, es decir, en el extremo 5´posee unas molécula que bloquea la acción de las enzimas y la destrucción del ARNm.

  • En el extremo 3´ posee unos 200 nucleótidos de adenina (poli-A) que también lo protege de la acción de las exonucleasas.

  • Es monocistrónico, es decir sólo contiene información para una cadena polipeptídica.


En procariotas no presenta exones, ni intrones, ni caperuza, ni cola de poli-A y es policistrónico.
ARN RIBOSÓMICO

Es el más abundante. Constituye junto con proteínas, los ribosomas, formando una estructura que está relacionado con la síntesis de proteínas, ya que le da la forma adecuada para alojar el ARNm y los ARNt. El peso de los ARN r y los ribosomas se expresa con el coeficiente de sedimentación (s) de Svedberg, a partir del cual se puede calcular el peso molecular. (la velocidad de sedimentación depende de la masa de la partícula).




ARN NUCLEOLAR

Se asocia a proteínas y forma parte del nucleolo. Es un ARN que se origina a partir de diferentes segmentos de ADN, llamados organizadores nucleolares. Posteriormente se fragmenta y da las subunidades de los ribosomas, que a través de los poros nucleares salen al citoplasma.

A partir de los organizadores nucleolares, se forma en el núcleo un ARN de 45 s, que al unirse a proteínas, dará lugar a los ribosomas. Este ARN 45 s se rompe en tres:

  • ARN 18s,

  • ARN 28s y

  • ARN 5,8s

A partir de ellos, se formarán las dos subunidades ribosómicas (40s y 60s) que salen del núcleo y se unen en el citoplasma originando un ribosoma 80s.

5.-FUNCIONES GENERALES


Los ácidos nucleicos, llamados así porque en un principio fueron localizados en el núcleo celular, son las moléculas de la herencia y por lo tanto van a participar en los mecanismos mediante los cuales la información genética se almacena, replica y transcribe. Ésta no va a ser su única función. Determinados derivados de estas sustancias: los nucleótidos, van a tener otras funciones biológicas, entre las que pueden destacarse:

  • Nucleótidos que intervienen en las transferencias de energía: Se trata de moléculas que captan o desprenden energía al transformarse unas en otras. Así, el ATP desprende energía cuando se hidroliza, transformándose en ADP y fosfato inorgánico (Pi). Por el contrario, el ADP almacena energía cuando reacciona con el fosfato inorgánico y se transforma en ATP y agua.

De esta forma se transporta energía (unas 7 kilocalorías por mol de ADP/ATP) de aquellas reacciones en las que se desprende (exergónicas) a aquellas en las que se necesita (endergónicas). Ejemplos de nucleótidos transportadores de energía: AMP, ADP, ATP, GDP y GTP.

  • Nucleótidos que intervienen en los procesos de óxido-reducción. Estas moléculas captan electrones de moléculas a las que oxidan y los ceden a otras moléculas a las que a su vez reducen. Así, el NAD+ puede captar 2e- transformándose en su forma reducida, el NADH, y éste puede ceder dos electrones a otras sustancias, reduciéndolas y volviendo a transformarse en su forma oxidada, el NAD+ . Así, se transportan electrones de aquellas reacciones en las que se desprende a aquellas en las que se necesitan.

Ejemplos de nucleótidos transportadores de electrones: NAD+ /NADH, NADP+ /NADPH y FAD/FADH2.


  • Nucleótidos reguladores de procesos metabólicos. Algunos nucleótidos cumplen funciones especiales como reguladores de procesos metabólicos, por ejemplo el AMPc (AMP cíclico,) que actúa en las células como intermediario de muchas hormonas.







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