III ÁCIDOS NUCLEICOS Y FLUJO DE LA INFORMACION BIOLÓGICA

1. III ÁCIDOS NUCLEICOS Y FLUJO DE LA INFORMACION BIOLÓGICA

2. INTRODUCCIÓN HISTÓRICA • Importancia del núcleo. • Friedrich Miescher (1869) descubre el ADN. • ARN-Hope Seyler. • Nucleina=proteina + no proteina. • 1931:Timonucleico +zimonucleico • 1944: Avery, Mcleod y McCarty. • 1953: Watson y Crick. • Desde entonces hasta ahora: secuenciación del ADN, síntesis de polinucleótidos, tecnología del ADN recombinante y secuenciación del genoma.

3. FUNCION FUNDAMENTAL DEL ADN 1) CONTIENE LAS INSTRUCCIONES PARA CONSTRUIR UNA RÉPLICA DE SI MISMO. GUARDA Y TRANSMITE LA HERENCIA 2) CODIFICA PARA LAS PROTEÍNAS MEDIANTE LO QUE SE DENOMINA EL FLUJO DE LA INFORMACION BIOLOGICA. ADNARNPROTEINAS

4. TEMARIO • ESTRUCTURA • REPLICACIÓN • TRANSCRIPCIÓN • TRADUCCIÓN

5. ESTRUCTURA DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS • Qué son los ácidos nucleicos. • Qué contienen. NUCLEÓTIDO= FOSFATO + NUCLEÓSIDO (AZÚCAR + BASE NITROGENADA) ÁCIDO ÁCIDO NEUTRO BÁSICO BASES NITROGENADAS: • Las bases nitrogenadas normales que existen en el organismo son: la timina, el uracilo, la adenina, la citosina y la guanina. • La timina aparece en el ADN y el uracilo en el ARN. La Timina a veces aparece en el ARN.

7. Además existen otras bases nitrogenadas minoritarias o raras. • ¿Cómo aparecen? • Importancia • ¿Dónde son más abundantes?

8. PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS DE LAS BASES PÚRICAS Y PRIRIMIDÍNICAS • EXISTENCIA DE DIPOLOS: Todas las bases contienen átomos electronegativos (O o N) en posiciones tanto exocíclicas como en el anillo. Este hecho permite que las bases nitrogenadass formen puentes de hidrógeno. • HIDROFOBICIDAD: Debido a que las bases nitrogenadas son sustancias aromáticas van a tener un marcado carácter apolar. Por tanto son insolubles en agua e hidrofóbicas al pH del organismo. A pH ácido o básico se ionizan y se hacen más solubles en agua. • DISPOSICIÓN COPLANAR DE LOS ENLACES DE CADA ANILLO (C-N Y C-C). • TAUTOMERÍA O ISOMERÍA DINÁMICA: Existen dos tipos de tautomería generales: • 1) Ceto-enólica: • 2) Imina-Amina: • En las bases nitrogenadas encontramos que la adenina sólo tendrá tautomería amina-imina. La timina y el uracilo presentan doble tautomería lactama-lactima y la guanina y la citosina presentan ambas tautomerías. • CARÁCTER BÁSICO: Todas son sustancias básicas débiles debido a sus átomos de nitrógeno tanto exo como endocíclicos pues pueden captar protones y liberar hidroxilos. Este carácter básico se compensa cuando por ejemplo existen grupos lactama que se enolizan a hidroxilos que pueden liberar los protones, es decir esta tatutomería les confiere cierto carácter ácido. Por tanto, la adenina es la más básica, la timina y el uracilo son las más ácidas y la guanina y el uracilo la intermedia. • ABSORCIÓN EN ULTRAVIOLETA: Gracias a los dobles enlaces conjugados absorben la luz ultravioleta a 260nm. Esta propiedad nos permite cuantificar los ácidos nucleicos a 260nm.

10. NUCLEÓSIDOS • Se forman mediante la unión del azúcar (ribosa o desoxirribosa) y la base nitrogenada. • Concretamente el azúcar se une mediante un enlace N-glucosídico establecido entre el C-1’ del azúcar y el N-1 del anillo pirimidínico y el N-9 del anillo púrico, al perderse una molécula de agua. • Este enlace tiene la característica de que puede rotar en el caso de las purinas • Nomenclatura: • Raíz de la base nitrogenada + -osina en el caso de las bases púricas (G, A) o + -idina en el caso de las bases pirimidínas (U, T, C). • Hay que adicionar el prefijo desoxi si es desoxirribosa. • En el caso de la timidina no se antepone el prefijo desoxi puesto que está sólo en el ADN. • Conformación de los nucleósidos: Si asumimos que los nucleósidos pueden rotar alrededor del enlace N-glucosídico se deriva que pueden existir en dos conformaciones: -sin o –anti. Sin embargo en el caso de las pirimidinas, en sin el oxígeno del carbono 2 de la base nitrogenada descansa sobre el anillo de furanosa. Es decir existe impedimento estérico en el caso de las bases pirimidínicas y no la encontramos en conformación sin. En el caso de las bases puricas podemos encontrar ambas conformaciones.

12. NUCLEÓSIDOS • En ambos casos los anillos de las bases nitrogenadas y de los azúcares no son coplanares sino que se sitúan perpendiculares formando ángulos de 90º. • Propiedades: • Son más solubles en agua que sus correspondientes bases nitrogenadas. • Relativamente estables a álcalis. • Nucleósidos de pirimidina son más estables en medio ácido que los de púricas.

13. ESTRUCTURA DE LOS NUCLEÓTIDOS • Los nucleótidos están compuestos por un nucleósido unido a un grupo fosfato. Normalmente el fosfato se sitúa cuando es monofosfato en la posición 3’ o 5’, los difosfato en 5’ y los trifosfato en 5’. • Nomenclatura: • Como ésteres fosfatos del nucleósido: adenosina-monofosfato o uridina difosfato. Poner el número de fosfato: adenosina-5’-monofosfato. • Como ácidos: se le adiciona el sufijo –ílico (sólo si son monofosfatos): ácido adenílico, ácido guanílico, ácido uridílico.. • Anteponer la d- en caso de desoxinucleótidos.

14. Propiedades: • Marcado carácter ácido debido a los grupos fosfato (1, 2, o 3 fosfato), que les permite poder formar sales con metales, ser cristalizables y ser más solubles en agua. • Son compuestos ricos en energía: recordar el ATP o el GTP, debido al enlace anhidro entre los fosfatos. • Absorben la luz a 260nm. • Hidrólisis: • Ácida: Rompe los enlaces N-glucosídicos, siendo más lábiles las purinas. • Alcalina: Hidroliza los puentes fosfodiéster (el ADN es estable a pH alcalino, no el ARN).

15. NUCLEÓTIDOS • Funciones: • Intercambios energéticos. • Precursores directos del ADN y del ARN. • Forman parte de los coenzimas (NAD,NADP, FAD, CoA, UDP-glucosa. • Algunos actúan como segundos mensajeros producidos por actividad enzimática metabólica plasmátca y regular sistemas metabólicos e las células. • Reguladores directos metabólicos, activadores o inhibidores.

17. ESTRUCTURA PRIMARIA DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS • En la estructura de los ácidos nucleicos cabe distinguir: • Estructura primaria: Secuencia de nucleótidos, nucleósidos o bases nitrogenadas. • Estructura secundaria: conformación local: disposición relativa de nucleótidos próximos en secuencia. • Estrucutras de orden superior: son las estrucutras tridimensionales derivadas de las anteriores. Ejemplo:superenrrollamiento o asociación con las histonas para formar la cromatina. • Formación de los polinucleótidos: Los polinucleótidos están formados por la unión de muchos nucleótidos. La unión se realiza mediante la formación de un enlace covalente que une el C3’ des azúcar de la primera base y el fosfto en el carbono 5’ del azúcar del siguiente nucleótido. De este modo se forma un enlace 3’-5’-fosfodiéster. • Los polinucleótidos se escriben en dirección 5’-3’, es decir tienen direccionalidad. • Nunca se mezclan ribo y desoxirribonucleótidos, de modo que tenemos dos tipos de ácidos nucleicos, ARN y ADN. • Representaciones abreviadas: • Clases de ácidos nucleicos: ADN y ARN. Diferencias y consecuencias: • El ADN contiene desoxirribosa y timina. • El ARN contiene ribosa y uracilo. • Consecuencias: • El ADN es más estable, lo cual es necesario para mantener la información biológica a salvo y sin embargo no interesa que el ARN sea tan estable. • La citosina puede dar uracilo por desaminación. El ADN puede sufrir esta mutación fácilmente detectable por las enzimas reparadoras que pasasn el uracilo a citosina. Si existiese en el ADN uracilo no sería distinguible del mutado. • El 2-desoxi confiere resistencia al ADN para la hidrólisis alcalina.

19. ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN • El análisis por difracción de rayos X reveló cierta información fundamental para deducir la estructura secundaria del ADN. Reveló: • Existían dos periodicidades, una de 0,34nm y otra de 3,4nm. • Indicaba estrucutra en forma de hélice. • Existía una repetición periódica de estrucuturas. • Todo ello llevó a postular que el ADN era una doble hélice (dos cadenas en disposición helicoidal) • Por otra parte se obtuvo la ley de Chargaff: A=T G=C A + G = T + C • Watson y Crick establecieron un modelo para la forma B del ADN en 1953. • La forma B del ADN es la forma más común y estable en la que encontramos el ADN. • Se basó esté modelo en los dos descubrimientos anteriores. • Este modelo además propuso un mecanismo para la funcionalidad y conservación o replicación del ADN.

21. FORMA A Y FORMA Z DEL ADN • La molécula de ADN no es estática , sino flexible y dinámica. Por tanto, puede adoptar distintas formas como son la A y la Z. • FORMA A DEL ADN • Es una hélice dextrógira al igual que el B-ADN. • Es más ancha y más corta que el B-ADN, por lo que tiene más nucleótidos por vuelta de hélice. • Aparece en disoluciones deshidratadas y es importante que en ella no hay acceso por parte del agua al surco menor por ser muy pequeño. • FORMA Z DEL ADN • Carácter levógiro. • Aparece cuando una hebra está constituida por purinas y pirimidinas alternantes. • Es más estrecha y más larga que el B-ADN, y por tanto tiene más número de bases por vuelta de hélice. • Sólo presenta un surco, el menor. • A veces también aparece cuando las bases del ADN están metiladas. La metilación provoca cambio de B a Z.

24. FORMA H: • Aparece cuando una hebra contiene purina y otras pirimidinas. • Tienen forma de triple hélice, una de las dos hebras se dobla hacia atrás. LOS ADN VISTOS HASTA AHORA SON DESMOLES O DESNUDOS, ES DECIR NO LLEVAN UNIDAS PROTEINAS Y ESTÁN RELACIONADOS CON PROCESOS REGULATORIOS.