Tema 5. Ácidos nucleicos

ÁCIDOS NUCLEICOS

Ácidos nucleicos• Concepto, clasificación y funciones biológicas. • Estructura de los nucleósidos y nucleótidos. • Nucleótidos libres (ATP, GTP, ADP, GDP,

AMP). Polinucleótidos y enlace fosfodiéster. • Funciones biológicas de los nucleótidos.

• El ADN. La estructura primaria del ADN: el modelo de Watson y Crick. Aspectos estructurales y biológicos de la doble hélice. Desnaturalización y renaturalización.

• Los ARNs. Estructura, tipos, funciones y localizaciones de los distintos tipos de ARN.

CARACTERÍSTICAS

• Compuestos por: C, O, H, N, P.

• Se comportan como ácidos en disolución

• Polímeros de nucleótidos

• ADN (DNA) y ARN (RNA)

• Forman derivados de nucleótidos (ATP,..etc.)

• Localización

• Importancia

Localización

NÚCLEO

CROMATINA

CROMOSOMAS

MITOCONDRIAS

CLOROPLASTOS

BACTERIAS

VIRUS

VIRUS

TEORIA ENDOSIMBIÓTICA

IMPORTANCIA BIOLÓGICAÁCIDOS NUCLEICOS

• Portadores de la información genética

• Responsables de la síntesis de proteinas

• Intervienen en el crecimiento celular

• Intervienen en la diferenciación celular

Autoduplicación

Transcripción

Traducción

Polipéptido

DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÌA MOLECULARDOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÌA MOLECULAR

Hebra moldeHebra molde

TranscripciónTranscripción

TraducciónTraducción

Helper T cell (small cell) and B cell (large cell). Both cells are specialized immune response cells (lymphocytes).

Neurons from the central nervous system growing on a glial / fibroblast matrix

Human sperm (spermatozoa). Human red blood cells.

Diferenciación celular

Tracheal epithelium surface Photocomposite of human egg (oocyte)

and sperm (spermatozoon).

Human skin (epidermis) with hair emerging from hair follicle Cortical neurons (nerve cells) growing in culture

NUCLEÓTIDOS MONÓMEROS DE LOS A. NUCLEICOS

Ribosa

Bases nitrogenadas

PIRIMIDÍNICAS

PÚRICAS

Citosina Timina(exclusiva del ADN)

Uracilo(exclusiva del ARN)

Adenina Guanina

Nucleósido

http://bifi.unizar.es/jsancho/estructuramacromoleculas/11nucleotidos/11nucleotidos.htm

Ácido ortofosfórico

http://www.textoscientificos.com/quimica/fosforo/oxoacidos-oxosales

Nucleótido

ADP y ATPSon moléculas transportadoras de energía.

La energía que se necesita para las reacciones endergónicas se obtiene de la hidrólisis del

ATP.

Cuando las reacciones son exergónicas, la energía se emplea en la formación de ATP.

ATP ADP

Desfosforilación

Fosforilación

Además del ATP y el ADP también existen los nucleótidos de guanina GTP y GDP con función similar.

Es un nucleótido de adenina cuyo ácido fosfórico está esterificado con los carbonos 3’ y 5’ de la ribosa.

ATP

Proteína G

Sitio de unión

Enzima inactiva

Proteína receptora

Hormona(1er mensajero)

Adenilato ciclasa (inactiva)

Activa AMPc(2ºmensajero)

SíntesisEnzima activa

ATP

Hormona +Proteína receptora Proteína G

ActivaciónAdenilato ciclasaProteína G

Activación

FORMACIÓN DEL AMPc

AMPcíclico

NUCLEÓTIDOS COENZIMÁTICOS

NUCLEÓTIDOS DE FLAVINA

NUCLEÓTIDOS DE PIRIDINA

FLAVINA (base nitrogenada)

(pentosa)+RIBOFLAVINA

Vit. B2

(nucleósido)

FMN( flavín-mononucleótido)

FOSFATO+

FAD( flavín-adenín-dinucleótido)

AMP+

NUCLEÓTIDO DE NICOTINAMIDA

Vit. B3

+NUCLEÓTIDO DE ADENINA

NAD+ ( nicotín-adenín-dinucleótido)

+ FOSFATO

NADP+ ( nicotín-adenín

-dinucleótido fosfato)

COENZIMA A

β-mercaptoetilamina Ácido pantoténico

Vit. B5

ADP

NAD+ + 2(H+e) ----> NADH + H+

FADVIT B2 Riboflavina

Vit B2 Riboflavina

Vitamina B5: Ácido Pantoténico

NAD+ + 2e- + 2H+ NADH + H⇔ +

Vit B3 Ácido Nicotínico (Niacina)

• Es la secuencia de nucleótidos, unidos por enlaces fosfodiéster.

Adenina

Citosina

Timina

Guanina

Extremo 3’

• La cadena presenta dos extremos libres: el 5’ unido al grupo fosfato y el 3’ unido a un hidroxilo.

• Cada cadena se diferencia de otra por:

> Su tamaño

> Su composición.

> Su secuencia de bases.

• La secuencia se nombra con la inicial de la base que contiene cada nucleótido:

Extremo 5’

ACGT

ADN

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1959

"for their discovery of the mechanisms in the biological synthesis of ribonucleic acid and deoxyribonucleic acid"

Severo Ochoa

New York University, College of Medicine New York, NY, USA

b. 1905(in Luarca, Spain)d. 1993

Arthur Kornberg

Stanford University

Stanford, CA, USA b. 1918

he found the enzyme that assembles the building

blocks into DNA, named DNA polymerase he work with systems that produced ribonucleic acids

Por sus descubrimientos de los mecanismos en la síntesis biológica del ARN y ADN

Trabajó con sistemas de síntesis de ARNaislando ARN polimerasa

Trabajó con enzimas de síntesis de ADN aislando la enzima ADN polimerasa

d. 2007

http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1959/index.html

Complementariedad entre las bases

Las bases de ambas cadenas se mantienen unidas por enlaces de hidrógeno.

Adenina Timina

Guanina Citosina

3 Enlaces de hidrógeno

2 Enlaces de hidrógeno

El número de enlaces de hidrógeno depende de la complementariedad de las bases.

Estructura del ADN

Extremo 3’

Extremo 5’

Extremo 3’

Extremo 5’

La molécula de ADN es una doble hélice antiparalela (Watson y Crick 1953)

La molécula de ADN es una doble hélice antiparalela (Watson y Crick 1953)

PARALELAS ANTIPARALELAS

Fosfatos van unidos al azúcar en el C-5’ y el C-3’

Fosfatos van unidos al azúcar en el C-5’ y el C-3’

Hebras antiparalelas

Hebras antiparalelas

Punta 3’ librePunta 3’ libre Punta 5’ librePunta 5’ libre

http://www.ucm.es/info/antilia/asignatura/practicas/trabajos_ciencia/adn.html

http://academy.d20.co.edu/kadets/lundberg/dnapaper.html

The Nobel Stamps of 1989

Francis Harry Compton CrickMRC Laboratory of Molecular Biology Cambridge, United Kingdom b. 1916 d. 2004

James Dewey WatsonHarvard University

Cambridge, MA, USA b. 1928

Maurice HughFrederick Wilkins London University

London, United Kingdom b. 1916 (New Zealand)d. 2004

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1962

"for their discoveries concerning the molecular structure of nucleic acids and its significance for information transfer in living material"

http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1962/index.html

Por su descubrimientos sobre la estructura molecular de los ácidos nucleicosy su significado para transferir información en los seres vivos

http://www.nature.com/nature/dna50/watsoncrick.pdf

RADIOFOTOGRAFIA DEL ADN

http://www.pbs.org/wgbh/nova/photo51/elkin.html

Fotografía 51. Difracción de rayos X del ADN

Rosalind Franklin

(1920-1958)

www.dnaftb.org/dnaftb/22/concept/index.html DNA From The Beginning.url

http://www.dnaftb.org/dnaftb/19/concept/index.html

Tipos de ARN

el ARN mensajero, ARNmel ARN ribosómico, ARNrel ARN transferente y ARNtel ARN heteronuclear. ARNhn

ARN heteronuclear (ARNhn)El ARN heteronuclear, o heterogéneo nuclear, agrupa a todos los tipos de ARN que acaban de ser transcritos (pre-ARN). Son moléculas de diversos tamaños. Este ARN se encuentra en el núcleo de las células eucariotas. En células procariotas no aparece.Su función consiste en ser el precursor de los distintos tipos de ARN.

Hibridación

El ADN se encuentra compactado en el núcleo. Un primer nivel de condensación se forma gracias a la unión de cierto tipo de proteínas, denominadas histonas, a manera de un collar de cuentas: el ADN rodea un núcleo compuesto por ocho histonas. Este núcleo rodeado por ADN, más el ADN espaciador entre las cuentas, se denomina nucleosoma y fue descubierto en 1975 por Roger Kornberg, Dean Hewish y Leigh Burgoyne. Cada nucleosoma contiene un fragmento de ADN de 146 nucleótidos más ocho histonas.

A Roger Kornberg, profesor de la Universidad de Stanford, en la ciudad californiana de Palo Alto le concedieron el premio Nobel de Química 2006 por resolver la estructura tridimensional de la polimerasa de ARN y elucidar el mecanismo de síntesis de ARN a partir de ADN, o sea, por describir con un detalle asombroso la trascripción de eucariotas

http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/biomol/contenidos18.htm

ADN HISTONAS NO HISTONAS ARN

1 1 0,5 - 1,5 0,05

HISTONAS

Las proteínas asociadas al ADN se clasifican en dos grupos: •histonas: tienen baja masa molecular y son muy básicas, y se distribuyen en paquetes de 8 moléculas (octámero de histonas) constituidos por cuatro tipos diferentes de histonas (H2A, H2B H3 y H4). El filamento de DNA envuelve los octámeros de histonas, y el conjunto de un octámero con el filamento de DNA se llama nucleosoma. Entre cada dos nucleosomas hay un fragmento de DNA llamado DNA espaciador. Además, hay otro tipo de histona (H1) que se fija al DNA espaciador y a la parte externa del DNA de los nucleosomas. Todo el conjunto forma un filamento con aspecto de rosario.

•proteínas no histonas: son un grupo heterogéneo de proteínas, algunas de las cuales contribuyen a dar forma a la estructura de los cromosomas, mientras que otras se relacionan de un modo u otro con la transcripción y la replicación

Para dividirse y distribuir el material genético en las células hijas,el ADN se organiza en cromosomas.

El número y la morfologíade los cromosomas es constante para cada especie.

El ser humano normal tiene 46 cromosomas.

Alteraciones en el númeroy/o estructura de los cromosomas producensíndromes o enfermedades.

La cromatina se pueden encontrar de dos formas:

1. heterocromatina, es una forma inactiva condensada localizada sobre todo en la

periferia del núcleo, que se tiñe fuertemente con los colorantes. La heterocromatina puede ser de dos tipos diferentes: la constitutiva, idéntica para todas las células del organismo y que carece de información genética, y la facultativa, diferente en los distintos tipos celulares y que contiene información sobre todos aquellos genes que no se expresan.

1. eucromatina, diseminada por el resto del núcleo y no visible con el microscopio

óptico. Representa la forma activa de la cromatina en la que se está transcribiendo el material genético de las moléculas de DNA a moléculas de RNAm.

http://webs.uvigo.es/mmegias/5-celulas/ampliaciones/8-cromosomas.phphttp://www2.uah.es/biologia_celular/LaCelula/Cel4Nuc.html

http://learn.genetics.utah.edu/units/biotech/gel/

20 años de trabajo para dilucidar una estructura biológica

PREMIO NOBEL DE QUÍMICA 2006 Roger Kornberg

"for his studies of the molecular basis of eukaryotic transcription"

Roger Kornberg, profesor de la Universidad de Stanford, en la ciudad californiana de Palo Alto, premio Nobel de Química 2006 por resolver la estructura tridimensional de la polimerasa de ARN y elucidar el mecanismo de síntesis de ARN a partir de ADN, o sea, por describir con un detalle asombroso la trascripción eucariota

El transcriptor de ADN

ARN polimerasa