ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS

1. ESTRUCTURA Y FUNCIÓNDE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS

2. Ácidos Nucleicos • Los ácidos nucleicos son los depositarios moleculares de la información genética. • Existen dos tipos de ácidos nucleicos: DNA y RNA. • Los nucleótidos son las unidades básicas de su estructura.

3. Nucleótidos Están constituidos por una base nitrogenada, un azúcar de 5 carbonos (pentosa), que puede ser una ribosa o desoxirribosa, y un grupo fosfato. Los carbonos de la pentosa se designan con un signo prima ( ‘ ) para diferenciarlos de los de las bases nitrogenadas, Siendo el carbono 1’ (C1’) el unido a la base nitrogenada. Nucleósido: pentosa + base nitrogenada C’5 C’1

4. Nucleótidos II Los nucleótidos utilizados en la síntesis de DNA y RNA contienen 5 bases diferentes: • Adenina (A) y Guanina (G), las cuales son PURINAS: poseen un par de anillos fusionados • Citosina (C), Timina (T) y Uracilo (U), que son PIRIMIDINAS: Sólo tienen un anillo en su estructura.

5. A pesar de que la mayoría de los nucleótidos contiene solamente esas 5 bases, el DNA y RNA también contienen otras bases secundarias, siendo las más comunes en el DNA las formas metiladas de las bases principales.

6. Enlace Fosfodiéster • Los nucleótidos se unen entre sí a través del grupo hidroxilo en 5’ de un nucleótido y el grupo hidroxilo en 3’ del otro mediante un grupo fosfato (enlace fosfodiéster). • Por tanto, se forma un esqueleto covalente dado por las pentosas y fosfatos alternados, mientras las bases se disponen lateralmente unidas a este esqueleto.

7. Direccionalidad • Cada hebra de ácido nucleico tiene una orientación química: el extremo 5’ tiene un grupo hidroxilo o fosfato en C5’ de su azúcar terminal, mientras que el extremo 3’ contiene un hidroxilo en C3’. • La direccionalidad 5’ 3’ es fundamental tanto para la replicación del DNA como para su transcripción a RNA.

8. DNA: Generalidades • Función: contener la información genética de los organismos. • Azúcar: desoxirribosa (-O en C2’) • Bases: A, G, T, C. • Consta de dos hebras de polinucleótidos asociadas entre sí y formando una doble hélice dextrógira. Los dos esqueletos de azúcar-fosfato (hidrofílicos) se ubican hacia el exterior y las bases (hidrofóbicas) se proyectan al interior.

9. DNA: DOBLE HÉLICE I La orientación de estas hebras es antiparalela: sus direcciones 5’ 3’ son opuestas. Las bases adyacentes se aparean de forma complementaria: A está unida a T a través de dos enlaces de hidrógeno, mientras que G se une a C por tres enlaces de hidrógeno. La complementariedad entre bases está dada por el tamaño, forma y composición química de ellas.

10. DNA: DOBLE HÉLICE II • Los espacios entre las hebras enroscadas forman las hendiduras mayor y menor. • Las bases están separadas por un espacio regular de 0,34 nm a lo largo del eje de la hélice. La hélice da un giro completo cada 3,4 nm, por lo tanto hay alrededor de 10 pares por giro. • Estabilidad: enlaces de hidrógeno entre bases y las interacciones hidrófobas y de van der Waals entre las bases adyacentes apiladas. 3,4 nm

11. DNA: FORMAS • Forma B del DNA (estándar): Presente en la mayoría del DNA celular; es la disposición más estable en condiciones fisiológicas • Forma A: se ve en hélices RNA-DNA y RNA-RNA. • Forma Z: en fragmentos cortos de DNA con alternancia purina-pirimidina; tiene giro hacia la izquierda.

12. DNA: DOBLE HÉLICE III • Las modificaciones más importantes en la forma B estándar del DNA son producto de la unión de proteínas a secuencias específicas de DNA. • La doble hélice es flexible en su eje longitudinal, lo que le permite doblarse cuando forma complejos con una proteína. • La torsión es crítica para lograr el empaquetamiento denso del DNA en la cromatina.

13. DNA: DESNATURALIZACIÓN • En la replicación y transcripción del DNA, las hebras de la doble hélice deben separarse para que las bases puedan formar pares con los nucleótidos de las nuevas cadenas a sintetizar. • Desnaturalización: proceso de desenrollar y separar las hebras de DNA. Puede inducirse in vitro aumentando la temperatura de una solución con DNA ruptura enlaces de hidrógeno y otras fuerzas estabilizadoras.

14. DNA: DESNATURALIZACIÓN II La temperatura (Tm) a la cual ocurre depende de: • Proporción de pares G-C: requieren Tm más alto al unirse a través de 3 enlaces de hidrógeno. • Concentración iónica: si es baja disminuye la Tm • Extremos de pH: desnaturalizan el DNA a baja temperatura. • La desnaturalización y renaturación del DNA son la base de la hibridación de ácidos nucleicos, técnica que permite detectar y aislaruna secuencia específica de DNA dentro de una solución con diferentes secuencias.

15. En otros organismos… Fotografía al microscopio electrónico de un DNA circular relajado y con distintos grados de superenrollamiento. • En procariontes (así como en las mitocondrias y cloroplastos de las células eucariontas) el ADN se presenta como una doble cadena(de cerca de 1 mm de longitud),circular y cerrada, que toma el nombre de cromosoma bacteriano. Se asocia a proteínas y poliaminas de bajo peso molecular y de iones magnesio. Se encuentra altamente condensado y ordenado ("supercoiled" o superenrrollado). 

16. En virus, el ADN puede presentarse como una doble hélice cerrada, como una doble hélice abierta o simplemente como una única hebra lineal. Además, los virus pueden contener su información genética a través de RNA, en hebras simples o dobles.

17. RNA: Generalidades • Su función se relaciona principalmente con al expresión de la información genética. • Diferencias con DNA: ribosa con grupo hidroxilo en posición C2’ y está formada por las bases A, C, G y Uracilo en vez de Timina. • Ese grupo hidroxilo produce mayor labilidad química, ya que provee un grupo reactivo que participa en la catálisis mediada por RNA y causa la formación de mononucleótidos de RNA en solución alcalina, lo cual no ocurre en el DNA.

18. RNA: FORMAS • Lineal o circular, mono o bicatenario; en hélices se dispone como en forma A de DNA. • La mayoría del RNA celular es una hebra simple con diversas conformaciones de acuerdo a su función.

19. RNA MENSAJERO (mRNA) • Función: actúa como molde de una región de DNA para especificar la secuencia aminoacídica de un polipéptido. • Corresponde a una hebra simple de nucleótidos cuya longitud depende del polipéptido que codifique.

20. mRNA II • Además del molde del segmento de DNA que contiene la secuencia necesaria para la síntesis de la cadena polipeptídica (gen), el mRNA incluye secuencias que regulan la síntesis proteica. • Una molécula de mRNA puede codificar una (monocistrónico) o varias (policistrónico) cadenas polipeptídicas.

21. RNA de TRANSFERENCIA: tRNA • Función: actúan como moléculas adaptadoras en la síntesis proteica, al leer la información codificada en el mRNA y transferir el aminoácido adecuado a la cadena polipeptídica en crecimiento. • Corresponde a una hebra simple corta de RNA con estructura secundaria en forma de tallo-bucle, por apareamiento de bases entre segmentos complementarios distantes de la hebra.

22. El brazo del aminoácido lleva un aminoácido esterificado El brazo del anticodón posee una secuencia de tres bases complementaria y antiparalela a una secuencia de mRNA (codón). tRNA II

23. RNA RIBOSÓMICO: rRNA • Función: son componentes estructurales de los ribosomas, los cuales llevan a cabo la síntesis de proteínas. Allí sirven como armazón al cual se unen las proteínas ribosómicas. • Las dos subunidades que conforman un ribosoma tienen formas irregulares y encajan formando una hendidura por la cual pasa el mRNA durante la traducción.

24. Modelo de la estructura secundaria de dos rRNA de E. Coli Estructura de un ribosoma bacteriano. La cuerda verde corresponde a mRNA

25. RIBOZIMAS • RNA catalíticos que se encuentran en dominios plegados de una hebra de RNA. • Catalizan una amplia gama de reacciones, relacionadas fundamentalmente con el metabolismo del RNA. • Pueden catalizar la eliminación de intrones, en donde se corta una secuencia de RNA y luego se ligan los extremos resultantes. Este proceso ocurre durante la maduración del mRNA.

26. Bibliografía • Lehninger, Principios de bioquímica. Tercera Edición. Capítulos 10, 26 y 27. • Lodish, Biología Celular y Molecular. Quinta Edición. Capítulo 4.

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