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Eduardo Gómez
Concepto
Los ácidos nucleicos son biomoléculas muy grandes.
El peso molecular de estos polímeros es muy elevado: en el
caso del hombre, es de 3,6 X 1012, que equivale a 5,6 X 109
pares de nucleótidos.

Fueron aisladas por primera vez por Miescher en 1870, a partir
del núcleo de las células del pus; su nombre se origina del
hecho de que la primera vez que se identificaron se observó
que eran ácidos, además de que fueron identificados por
primera vez en el núcleo celular.

Eduardo Gómez

2
Historia

F. Miescher
•

Estudia la composición química del pus:
encuentra una fracción precipitable por ácido
diluído que denomina Nucleína.

•

Encuentra un material parecido a la nucleína en
la esperma de salmón, y lo fracciona en un
componente proteico (protamina) y un
componente que contiene fosforo, de carácter
ácido, que Altmann denomina ácido nucleico.

Eduardo Gómez

3
•

Estudios posteriores a Miescher demuestran la existencia de
dos tipos de ácido nucleico: uno abundante en la levadura, que
recibe el nombre de ácido zimonucleico y otro, abundante en
el timo, llamado ácido timonucleico.

•

Posteriormente se comprueba que en la composición del
llamado zimonucleico entra la ribosa, y por eso pasa a
llamarse ácido ribonucleico (RNA, ARN), mientras que el
timonucleico contiene desoxirribosa, por lo que pasa a
llamarse ácido desoxirribonucleico (DNA, ADN)

Eduardo Gómez

4
Experimentos de Griffith

En 1928, Friedrich Griffith utilizó dos cepas de bacterias Streptococus
pneumoniae (cepa S: smooth), cuyas colonias eran de superficie lisa y producían
la muerte de ratones. Usó también una cepa R no encapsulada (rough), cuyas
colonias tienen una superficie rugosa y que no mataban a los ratones.
Observaciones de Griffith:
•
•

•
•
•

La cepa S producía infección letal en los ratones de su laboratorio y los de la
cepa R, no lo hacían.
Las cepas S muertas por calor son también inofensivas, excepto cuando se
las mezcla con cepa R vivas.
En este último caso, se puede producir una infección fatal y en los ratones
infectados se encuentran células vivas con cápsulas características de la
cepa S.
Este experimento permite inferir que algún factor de la cepa S muerta pasa a
las cepas R vivas y las transforma en cepas infecciosas letales.
Griffith no supo cual era ese factor.

Eduardo Gómez

5
Eduardo Gómez

6
Experimento de Avery (1944)

El neumococo tipo R (rough, rugoso) (colonias a la izda.) puede ser
transformado en neumococo tipo S (smooth, liso) (colonias a la
dcha.) por el DNA del neumococo S. Esta transformación se
transmite a la descendencia.
Eduardo Gómez

7
•

En los años 40, Oswald Avery, Colin MacLeod, y Maclyn McCarty
revisaron el experimento de Griffith y concluyeron que el factor de
transformación era el ADN.

•

Oswald Avery repitiendo el trabajo de Griffith con el agregado de una
enzima que destruía el ADN, demostró que el factor de transformación
era el ADN.

•

Cuando Avery agregaba esta enzima, no observaba la transformación
obtenida por Griffith.

•

Concluyó que el material hereditario era ADN y no una proteína.

•

Su evidencia era fuerte pero no totalmente concluyente, para esa
época el "candidato principal" para ser el material hereditario eran una
proteína.

Eduardo Gómez

8
En los años 40 (19..), Oswald Avery, Colin
MacLeod, y Maclyn McCarty revisaron el
experimento de Griffith y concluyeron que el
factor de transformación era el ADN. Oswald
Avery repitiendo el trabajo de Griffith con el
agregado de una enzima que destruía el ADN,
demostró que el factor de transformación era el
ADN. Cuando Avery agregaba esta enzima, no
observaba la transformación obtenida por Griffith.
El concluyó que el material hereditario era ADN y
no una proteína. Su evidencia era fuerte pero no
totalmente concluyente, para esa época el
"candidato principal" para ser el material
hereditario eran una proteína.

Eduardo Gómez

9
Experimentos de
Hershey y Chase

Eduardo Gómez

10
•

En 1952, Hershey y Chase estaban estudiando el ciclo de vida del
bacteriófago T2. Dado que el T2 esta compuesto casi completamente de
ADN y proteína, el objetivo era determinar el destino del ADN y la
proteína durante la infección. Para ello, hicieron crecer células infectadas
por T2 en presencia de isótopos radiactivos (S35 y P32).



Cuando se hacían crecer células infectadas por T2 en presencia de
S35, se producían virusT2 con proteína marcada.
Similarmente, cuando las células infectadas con T2 se hacían crecer
en presencia de P32, el virus contenía ADN marcado.

•

Los investigadores encontraron que casi toda la proteína radiactiva
permanecía fuera de la célula infectada y que podía ser eliminada sin
que se interrumpiera la infección, mientras que el ADN del fago entraba
en la célula infectada.

•

Dado que los genes de T2 pueden controlar la maquinaria de una célula
infectada, dedicándola a producir nuevos bacteriófagos T2, se deduce
que si es el ADN del fago, y no su proteína, lo que entra al hospedador, el
ADN debe llevar información genética.

Eduardo Gómez

11
Características generales de los ácidos nucleicos
•

En las células se encuentran dos variedades de ácidos nucleicos:
– el ácido desoxirribonucleico (ADN).
– el ácido ribonucleico (ARN)

•

El ADN forma genes, el material hereditario de las células, y contiene
instrucciones para la producción de todas las proteínas que el
organismo necesita.

•

El ARN está asociado a la transmisión de la información genética
desde el núcleo hacia el citoplasma, donde tiene lugar la síntesis de
proteínas, proceso al cual está estrechamente relacionado. Hay
varios tipos de ARN, los tres más importantes:
– ARN mensajero (ARNm),
– ARN de transferencia (ARNt)
– ARN ribosómico (ARNr),

Eduardo Gómez

12
En las células eucariotas, el ADN se encuentra principalmente en el
núcleo, pero también en las mitocondrias y en los cloroplastos.
El ADN de las mitocondrias y de los cloroplastos es similar al de las
células procariotas.

El ADN nuclear está asociado a proteínas, las llamadas
nucleoproteínas. Estas, básicamente, son histonas. También hay una
pequeña cantidad de un grupo heterogéneo de proteínas, llamadas
proteínas no histónicas.

Eduardo Gómez

13
•

El ADN de las mitocondrias y de los cloroplastos
es similar al de las células procariotas.

•

Durante mucho tiempo se creyó que el ADN
procariota no estaba asociado a proteínas (ADN
desnudo) y que estaba disperso en el citoplasma.

•

En la actualidad, se ha observado que está
asociado a proteínas no histónicas, formando una
condensación llamada nucleoide, que, a
diferencia del núcleo, carece de envoltura.

•

También en los virus se han observado proteínas
básicas asociadas al ADN.

Eduardo Gómez

14
DNA de Escherichia coli

Una sola molécula circular
cuya circunferencia mide
1 mm

Tiene un peso molecular de
aproximadamente 109

Eduardo Gómez

15
Nucleótidos: subunidades de los ácidos nucleicos

Los ácidos nucleicos son biopolímeros donde los monómeros son los
nucleótidos, unidades moleculares que constan de:
a. un azúcar de cinco carbonos, -D-ribosa en el ARN o -Ddesoxirribosa en el ADN
b. un grupo fosfato (ácido fosfórico).
c. una base nitrogenada, o una purina de doble anillo o una
pirimidina de anillo simple.

Eduardo Gómez

16
Eduardo Gómez

17
•
•

El ADN contiene las bases púricas Adenina (A) y Guanina (G) y las
bases pirimidínicas. Citosina (C) y Timina (T), junto con el azúcar
desoxirribosa y el fosfato.
El ARN contiene las mismas bases púricas (A y G), pero en cuanto a
las bases pirimidínicas, el Uracilo (U) reemplaza a la timina.
Purinas

Eduardo Gómez

Pirimidinas

18
•

La unión de la base nitrogenada con la
pentosa se realiza mediante un enlace Nglucosídico entre en C1 de la pentosa y el
nitrógeno que ocupa la posición 1 en las
bases pirimidínicas y el nitrógeno de la
posición 9 en las bases púricas.

•

Esta molécula recibe el nombre de
nucleósido y pueden ser ribonucleósidos o
desoxirribonucleósidos.

Nucleósido
Eduardo Gómez

19
•

•
•

Cuando al nucleósido se le une el fosfato
mediante un enlace éster (éster fosfórico
entre el carbono 5’ de la pentosa y el
grupo fosfato) tenemos los nucleótidos.
Los nucleótidos se pueden separar en
sus componentes por hidrólisis.
• Si es hidrólisis alcalina se separa en
el nucleósido y el fosfato.
• Si es hidrólisis ácida en la base
nitrogenada por un lado y la pentosa
con el fósforo por otro.

Nucleótido
Eduardo Gómez

20
NH2
NH2

N

N

adenina

HO

P

N

N

O
OH HO

H
OH

O

enlace N-glucosídico
HO

O

OH

N

N

desoxirribosa

P

O

N
CH2

N
O

OH

fosfato
enlace

OH

OH

ester

Eduardo Gómez

21
Los ácidos nucleicos están
formados
por
cadenas
de
nucleótidos, unidos por enlaces
covalentes entre la molécula de
azúcar de un nucleótido (el
carbono 3 de la ribosa o de la
desoxirribosa) y la molécula de
fosfato del siguiente nucleótido
que a su vez está unido al
carbono 5 de la pentosa.

Estos enlaces son llamados uniones o puentes fosfodiéster, porque
el fosfato está unido por una unión éster fosfato al azúcar del
nucleótido y por otra unión equivalente al azúcar del nucleótido que
lo precede.

Eduardo Gómez

22
Eduardo Gómez

23
•

Las moléculas de ADN son considerablemente más grandes que las
de ARN, pero además poseen una estructura doble, ya que están
constituidas por dos cadenas que son complementarias entre sí.

•

Las dos cadenas se enfrentan por las bases, que se mantienen
unidas por la existencia de puentes de hidrógeno.

•

La complementariedad proviene de que siempre una base púrica (de
mayor dimensión) se enfrenta con una base pirimídinica y que el
acoplamiento siempre enfrenta a A con T y a G con C.

•

Eduardo Gómez

Este hecho es fundamental
para permitir la duplicación
(“replicación”) del ADN, ya que
cada una de las cadenas sirve
de molde para que se produzca
la cadena complementaria
respectiva.

24
Nucleótidos no nucleicos
•

Son nucleótidos que no forman parte de los ácidos nucleicos.

•

Se encuentran libres en las células.

•

Pueden actuar como:

•
•
•

Reguladores metabólicos (aportando energía)
Activadores de enzimas
Coenzimas

Eduardo Gómez

25
Nucleótidos de adenina
ADP - ATP
•
•
•
•
•

Son moléculas transportadoras de energía
Los fosfatos se unen mediante enlaces ricos en energía.
En las reacciones que se libera energía (exergónicas) se forma ATP
a partir de ADP.
En las reacciones que se necesita energía (endergónicas) se
hidroliza el ATP y da ADP y ácido fosfórico
También pueden actuar en estos procesos nucleótidos de guanina
(GTP – GDP)

Eduardo Gómez

26
5’-Adenosina
monofosfato, AMP

5’-Adenosina
difosfato, ADP

5’-Adenosina
trifosfato, ATP

Eduardo Gómez

27
Eduardo Gómez

28
ATP como
donador de energía

Eduardo Gómez

29
AMP cíclico - AMPc
•
•

•
•

Se forma a partir de ATP en el interior celular por la acción de la adenilato
ciclasa.
El enzima actúa por la unión a la membrana celular de determinadas
moléculas (hormonas…).
La formación del AMPc activa enzimas que actúan en reacciones metabólicas
Se le conoce también como segundo mensajero (las hormonas son los
primeros mensajeros

Eduardo Gómez

30
Eduardo Gómez

31
Nucleótidos coenzimáticos
•
•
•

Un coenzima es una molécula no proteica
que interviene en reacciones enzimáticas.
No son especificas de un tipo de sustrato
Los más importantes son:

Nucleótidos de flavina
• FAD y FMN
Nucleótidos de piridina
• NAD y NADP
Coenzima A

Eduardo Gómez

32
Nucleótidos de flavina – FAD y FMN
Son coenzimas de deshidrogenasas (catalizan reacciones redox)

Eduardo Gómez

33
Nucleótidos de piridina – NAD y NADP
Son coenzimas de deshidrogenasas (catalizan reacciones redox) el
NAD en la respiración celular y el NADP en la fotosíntesis.

Eduardo Gómez

34
Coenzima A
•

•

Es un derivado del ADP. Interviene en
procesos metabolicos como transportador de
grupos acilo (R-CO-) procedentes de ácidos
orgánicos.
El acetil CoA, un derivado de la CoA con
gran importancia en el metabolismo celular.

Eduardo Gómez

35
Estructura ADN

Primaria

Eduardo Gómez

Secundaria

Terciaria

36
ESTRUCTURA DEL ADN
En el ADN se distinguen los tres
niveles estructurales:
1. La estructura primaria o
secuencia de nucleótidos.
2. La estructura secundaria o
doble hélice.
3. La estructura terciaria o ADN
superenrollado: torsión de la
doble hélice sobre sí misma.
Para conseguir que el ADN quepa dentro del
núcleo, se encuentra muy empaquetado, y
aún más cuando se condensa para formar un
cromosoma.

Eduardo Gómez

37
Estructura primaria
nucleótidos)
•

•
•

•

del

ADN

(secuencia

de

Es la secuencia de nucleótidos de una sola
cadena.
Se pueden distinguir en ella un esqueleto de
pentosas y fosfatos y una secuencia de bases
nitrogenadas.
El número de hebras diferentes de ADN que se
puede formar combinando las cuatro bases
nitrogenadas -adenina, guanina, citosina y timina-,
es muy elevado.
Los análisis químicos han demostrado que el
porcentaje de guanina, citosina, adenina y timina
es el mismo para todos los individuos de una
misma especie. Este hecho se debe a que las
características son muy similares dentro de la
especie.

Eduardo Gómez

38
Estructura secundaria del ADN (doble hélice)
•

La estructura secundaria del ADN es
espacial en doble hélice de dos
polinucleótidos, con las bases
enfrentadas y unidas mediante
hidrógeno.

Eduardo Gómez

la disposición
cadenas de
nitrogenadas
puentes de

39
Esta estructura se dedujo a partir de diferentes datos experimentales

La densidad y viscosidad de la dispersiones de ADN
superior a la esperada. Cadenas unidas por puentes
de H entre los grupos -NH2-, -CO- y –NH- de sus
bases.

Reglas de Chargaff: nºA/nºT=1 y nºC/nºG=1 Existía
complementariedad de bases, los puentes de H se
producían entre G y C (3), por un lado, y A y T (2) por
otro.

Estructura fibrilar de 20Å Por difracción de RX se
dedujo que se repetían ciertas unidades cada 3,4 Å, y
que había otra repetición mayor cada 34 Å.
Eduardo Gómez

40
Chargaff (1950) observó que todos los ADN tenían tantas moléculas de
adenina (A) como de timina (T), y tantas de citosina (C) como de guanina
(G).

Eduardo Gómez

41
Los estudios mediante difracción de rayos X aportaron nuevos datos
sobre la estructura del ADN.

A partir de los estudios del ADN mediante la difracción de los rayos X,
Franklin y Wilkins observaron entre 1950 y 1953 que el ácido
desoxirribonucleico tenía una estructura fibrilar de 20 Å de diámetro, en
la que se repetían ciertas unidades cada 3,4 Å, y que había otra
repetición mayor cada 34 Å.

3,4
Amstrongs

Eduardo Gómez

20
Amstrongs

42
Basándose en los datos anteriores, J. Watson y F.
Crick elaboraron, en 1953, el modelo de la doble
hélice.
El ADN, según dicho modelo, estaría formado por
dos cadenas de polinucleótidos que serían
antiparalelas, es decir, tendrían los enlaces 5'3'
orientados en diferente sentido, complementarias
y enrolladas una sobre la otra en forma
plectonímica o de doble hélice

Eduardo Gómez

43
Las cadenas del ADN son complementarias, no
iguales, Por lo tanto, la secuencia de cada cadena
es diferente.
El enrollamiento plectonímico implica que, para
separar las dos hebras, hay que girar una respecto
a la otra.
En la estructura secundaria del ADN, los grupos
hidrófobos de las bases se disponen hacia el
interior de la molécula, estableciendo interacciones
hidrófobas entre grupos lipófilos, que colaboran con
los puentes de hidrógeno en dar estabilidad a la
macromolécula.
Las pentosas y los fosfato (carga negativa) quedan
en el exterior. Debido a la ionización, los ácidos
nucleicos tienen carácter ácido. Las bases de
ambas hebras están en el interior y unidas por los
puentes de hidrógeno.
Eduardo Gómez

44
Características de la doble hélice

•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

Dos cadenas polinucleótidas unidas entre sí
Antiparalelas
Complementarias
Estabilizadas por puentes de hidrógeno entre bases
nitrogenadas
Enrolladas en espiral alrededor de un eje imaginario
Esqueleto azúcar fosfato hacia fuera
Planos de las bases perpendiculares al eje y paralelos
entre sí
Enrollamiento plectonémico
Gira en sentido dextrógiro (reloj)
10 pares de nucleótidos por vuelta (3,4 nm)
Diámetro .- 2 nm

Eduardo Gómez

45
Desnaturalización – renaturalización del ADN
La doble hélice de ADN en estado natural es muy estable; pero, si se calienta,
cuando la temperatura llega aproximadamente a 100 C, las dos hebras de la
doble hélice se separan, se produce la desnaturalización del ADN.
Si posteriormente se mantiene el ADN desnaturalizado a 65 C, las dos hebras
vuelven a unirse.
Esta restauración de la doble hélice es lo que se llama renaturalización y es lo
que permite la hibridación si se parte de hebras de distintos ADN

Eduardo Gómez

46
La temperatura a la cual permanece desnaturalizado un 50% del ADN se
llama temperatura de fusión (Tm) y depende de la cantidad de pares
guanina-citosina que haya en la cadena. Si este número es elevado, Tm
será elevada, puesto que hay que romper un mayor número de enlaces de
hidrógeno y se necesitará mayor energía para hacerlo.

Las técnicas de desnaturalización y
renaturalización permiten hibridar
cadenas de ADN de distintos
organismos.
El porcentaje de hibridación dará
una idea de la relación entre los dos
organismos y es una técnica muy
útil en la diagnosis de enfermedades
o en medicina forense.

Eduardo Gómez

47
Modelos de doble hélice del ADN
En la actualidad se conocen tres tipos de estructura
en doble hélice del ADN: las formas B, A y Z
•

La forma B (descrita por Watson y Crick). Es una
hélice dextrógira con las bases complementarias
situadas en planos horizontales, de manera que el
eje de la molécula atraviesa dichos planos por su
centro. La forma B es la forma más corriente.

ADN B

Eduardo Gómez

48
Modelos de doble hélice del ADN: forma A
•

•
•
•
•

La forma A también es dextrógira, pero las
bases complementarias se encuentran en
planos inclinados y une el eje de la molécula
que atraviesa dichos planos por puntos
desplazados del centro.
Esta forma aparece cuando se deseca la
forma B.
No se ha encontrado en condiciones
fisiológicas.
Es más ancha y corta que la forma B.
Contiene 11 pares de bases por vuelta (10
en la forma B)

Eduardo Gómez

49
Modelos de doble hélice del ADN: forma Z

•

•
•
•
•
•

La forma Z es levógira, y tiene un enrollamiento
irregular que provoca una configuración en zigzag, a
la que hace referencia su nombre.
Esta estructura aparece en regiones del ADN donde
se alternan muchas citosinas y guaninas.
Se piensa que la forma Z constituye señales para las
proteínas reguladoras de la expresión del mensaje
genético.
Mas larga y estrecha que la forma B.
Contiene 12 pares de bases
Es común encontrar ésta estructura donde sus
bases están metiladas, genes ya expresados o
genes que no van a expresarse, por eso se asocia a
la ausencia de actividad del ADN.

Eduardo Gómez

50
TIPO DE ADN

GIRO DE HELICE

nm por Vuelta

Plano entre bases

nº de nucleotidos
por vuelta

A
B
Z

Dextrógiro
Dextrógiro
Levógiro

2.8
3.4
4.5

inclinado
perpendicular
zig-zag

11
10
12

ADN B
ADN A
ADN Z

Eduardo Gómez

51
ADN-A

ADN-B

ADN-Z

los surcos
son más
parecidos
en anchura:

Más
corta

19º

surco
mayor
estrecho y
profundo

Más
larga
el surco mayor
no existe, es muy
poco profundo

surco
menor
ancho y
superficial
bases algo
inclinadas:
9º

dextrógira

Eduardo Gómez

surco menor,
profundo y
estrecho

levógira

52
SURCOS DEL ADN
Son las zonas donde las bases nitrogenadas van a ser accesibles desde
el exterior. Se van alternando así dos tipos de surcos: un surco mayor y
un surco menor.

Eduardo Gómez

53
El ADN superenrollado. El empaquetamiento del ADN circular

Las moléculas de ADN circular, como el ADN bacteriano o el ADN
mitocondrial, presentan una estructura terciaria, que consiste en que la fibra
de 20 Å se halla retorcida sobre sí misma formando una especie de
superhélice. Esta disposición se denomina ADN superenrollado.

Eduardo Gómez

54
Superhélices en plásmidos
(ADN extracromosómico)
DNA circular,
relajado

DNA circular, con
superhélice negativa

Eduardo Gómez

55
Tipos de ADN según su estructura, su forma y su empaquetamiento

ESTRUCTURA

FORMA

EMPAQUETAMIENTO

Monocatenario
(Virus)

Lineal

Asociado a
histonas
(Eucariotas)

Bicatenario

Circular
(Procariotas)

No asociado a
histonas

Eduardo Gómez

56
Longitud del ADN

En cuanto a su longitud, el ADN mide 1,7 µ en el virus del polioma; 1,36 mm
en Escherichia coli; 11,2 cm en cada célula de Drosophila; 0,57 m en el erizo de
mar; 0,93 m en el gallo; 1,89 m en el perro, 2,36 m en el hombre (sumando el
ADN de los 46 cromosomas), etc.
La longitud del ADN no siempre guarda relación con la complejidad del
organismo. Muchas especies tienen mucho más ADN que el necesario para
codificar su estructura y fisiología. Esto ha dado lugar a numerosas hipótesis
sobre las funciones de ese ADN supernumerario.

Eduardo Gómez

57
FUNCIÓN BIOLÓGICA DEL ADN

El ADN es la molécula almacén de la información genética y contiene todas las
instrucciones necesarias para construir todas las moléculas del cuerpo de un
ser vivo.
Para ello tiene que ser capaz de realizar copias de si mismo (replicarse)
mediante un proceso basado en la complementariedad de las bases.

Eduardo Gómez

58
EL ÁCIDO RIBONUCLEICO - ARN
El ácido ribonucleico o ARN está
constituido por nucleótidos de ribosa, con
las bases adenina, guanina, citosina y
uracilo. No tiene timina como el ADN.
Estos ribonucleótidos se unen entre ellos
mediante enlaces fosfodiéster en sentido
5 '3', al igual que en el ADN.

El ARN es casi siempre monocatenario,
excepto en los reovirus que es
bicatenario.

Eduardo Gómez

59
Eduardo Gómez

60
Se ha observado la existencia de ARN con
función biocatalizadora (ribozimas), por lo
que se ha sugerido que, en el origen de la
vida, los ARN pudieron ser las primeras
moléculas capaces de auto duplicarse.
Después, sería el ADN el encargado de
guardar la información genética, ya que su
cadena es más estable.

Participan en el procesado del RNA
transcrito primario y en la formación de
enlace peptídico en la síntesis de
proteínas.

Eduardo Gómez

61
El ARN se encuentra en muchos tipos de virus y en las células procariotas
y eucariotas. En éstas hay de cinco a diez veces más ARN que ADN.
Los ARN se clasifican en:
1. ARN bicatenario (en los reovirus)
2. ARN monocatenario:
a. ARN de transferencia (ARNt)
b. ARN mensajero (ARNm), su precursor es el ARN heterogéneo
nuclear.
c. ARN ribosómico (ARNr)
d. ARN nucleolar, es un precursor de parte del ARNr
e. ARN pequeño nuclear

El hecho de que las células que fabrican grandes cantidades de proteínas
sean ricas en ARN fue una de las pistas para desvelar la transmisión de la
información genética.

Eduardo Gómez

62
Transporta aminoácidos
específicos hasta los ribosomas.
ARN de transferencia

Transmite la información del
ADN y la lleva a los ribosomas
ARN mensajero

ARN ribosómico

ARN que está en
los ribosomas.

ARN nucleolar

Constituye, en parte, el
nucléolo.

ARN pequeño nuclear

Forma las ribonucleoproteínas
nucleares que eliminan intrones

Existen distintos tipos de ARN, con la
misma composición química, pero
distinta estructura y función

Eduardo Gómez

63
Los tres más importantes son:

ARNm -

Eduardo Gómez

ARNr -

ARNt

64
EL ARN DE TRANSFERENCIA (ARNt).
•

Tiene entre 70 y 90 nucleótidos y se encuentra disperso en el citoplasma.

•

Hay unos cincuenta tipos de ARNt.

•

Constituye el 15% del ARN de la célula.

•

Su función es transportar aminoácidos específicos hasta los ribosomas,
donde, según la secuencia especificada en un ARN mensajero (transcrita,
a su vez, del ADN), se sintetizan las proteínas.

•

Las diferencias entre los ARNt son debidas fundamentalmente a una
secuencia de tres bases nitrogenadas, denominada anticodón.

•

Entre los nucleótidos que forman los ARNT, además de A, G, C y U,
aparecen otros que llevan bases metiladas, como la dihidrouridina (UH2 ),
la ribotimidina (T), la inosina (I), la metilguanosina (GMe), etcétera, que
constituyen el 10 % de los ribonucleótidos totales del ARNt.

Eduardo Gómez

65
•

El ARNt es monocatenario, pero presenta
zonas con estructura secundaria en doble
hélice, y zonas con estructura primaria o
lineal, que forman asas o bucles, lo que
confiere a la molécula una forma de hoja de
trébol.

•

En ella se distingue:
o Brazo D: Unión con el enzima que
cataliza la unión a los aminoácidos.
o Brazo T: Lleva timina
o Brazo A (del anticodón).
o Extermo 3’: aceptor de aminoácidos
o Extremo 5’: Siempre lleva guanina y un
grupo fosfórico libre.

Eduardo Gómez

66
Alanina
Guanina
(en el extremo 5’)

Brazo aceptor

Extremo 3 con
triplete aceptor

Donde se enlaza el
aminoácido.

Brazo D y su asa
Brazo T y su asa

Unión con la enzima
que cataliza la unión
a los aminoácidos.

Lleva
timina

Brazo anticodón
y su asa

Contiene un triplete de
nucleótidos, anticodón,
complementario de un
triplete del ARNm, codón
Eduardo Gómez

Anticodón
Codón

ARNm

67
•

En realidad la molécula está mucho más replegada, adoptando una
estructura terciaria en forma de L.

Eduardo Gómez

68
EL ARN MENSAJERO (ARNm)

•

Es monocatenario, básicamente lineal, y con
un peso molecular que oscila entre 200.000 y
1.000.000.

•

Su función es transmitir la información
contenida en el ADN y llevarla hasta los
ribosomas, para que en ellos se sinteticen las
proteínas a partir de los aminoácidos que
aportan los ARNt.

•

El ARNm tiene una estructura diferente en
procariotas y en eucariotas.

Eduardo Gómez

69
El ARNm eucariótico
•

Presenta algunas zonas (pocas) en doble hélice,
por complementariedad de bases entre distintos
segmentos, y zonas lineales que dan lugar a los
llamados lazos en herradura.

•

El ARNm eucariótico se forma a partir del
transcrito primario (pre-ARNm), también llamado
ARN heterogéneo nuclear (ARNhn), nombre
que hace referencia a la variabilidad de su
tamaño.

•

Posee una serie de segmentos con información,
denominados exones, alternados con otros sin
información denominados intrones, que luego
son suprimidos y no aparecen en el ARNm.

•

Este proceso se denomina maduración y se
produce en el núcleo.

Eduardo Gómez

70
El filamento de ARN se puede enrollar sobre sí mismo mediante la
formación de pares de bases en algunas secciones de la molécula,
formando las denominadas estructura secundarias del ARN
Eduardo Gómez

71
Estructura del ARNm eucariótico
•

El ARNm eucariótico posee en su extremo 5'
una guanosina trifosfato invertida y metilada en
el nitrógeno 7 (m7 Gppp).

•

Esta molécula, que recibe el nombre de
caperuza, bloquea la acción de enzimas
exonucleasas que pueden destruir el ARNm, y
constituye la señal de inicio en la síntesis de
proteínas.

•

A continuación, hay un segmento sin
información, seguido de otro segmento con
información que suele empezar con la
secuencia AUG.

Eduardo Gómez

72
•

En el extremo 3' o extremo final posee de 150 a
200 nucleótidos de adenina, lo que se
denomina «cola» de poli-A. Es un estabilizador
frente a las exonucleasas.

•

Entre la síntesis y la degradación del ARNm no
transcurren más que unos cuantos minutos,
para evitar una superproducción de proteínas.

•

El ARNm eucariótico es monocistrónico, es
decir, sólo contiene información para una
cadena polipeptídica.

Eduardo Gómez

73
Eduardo Gómez

74
Estructura del ARNm de procariotas
El ARNm procariótico no adopta la estructura del ARN eucariótico.
No presenta exones e intrones
Carece de caperuza (empieza con un nucleótido trifosfato no invertido, por
ejemplo: pppG-...) y de cola de poli-A,

Es policistrónico, es decir, contiene informaciones separadas para distintas
proteínas.

5’

LIDER

CISTRÓN

CISTRÓN

TRAILER

3’

Secuencia
espaciadora

Eduardo Gómez

75
Estructura del ARNm de procariotas
5’

LIDER

CISTRÓN

CISTRÓN

TRAILER

3’

Secuencia
espaciadora

•
•
•
•

El sector comprendido entre el extremo 5’ y el codón de inicio se denomina
Líder (no lleva información).
La secuencia comprendida entre el codón sin sentido y el extremo 3’ del
ARNm se denomina extremo Trailer y tampoco lleva información.
Los ARNm Policistrónicos presentan secuencias de longitud variable que
separan las regiones codificantes o Cistrones, estas se denominan
regiones espaciadoras, usualmente de 10 pb. de longitud.
Cada Cistrón posee un codón de inicio y uno sin sentido (finalización).

Eduardo Gómez

76
EL ARN RIBOSÓMICO (ARNr)

•
•
•

•
•

Es el ARN que constituye, en parte, los ribosomas. Este tipo de ARN
representa el 60% del peso de dichos orgánulos.
El ARNr presenta segmentos lineales y segmentos en doble hélice.
El ARNr está asociado con las proteínas ribosómicas (más de 70),
formando una estructura relacionada con la síntesis de proteínas (da
alojamiento al ARNm y a los ARNt, portadores de los aminoácidos que
formarán las proteínas durante dicho proceso).

El peso molecular del ARNr oscila entre
500.000 y 1.700.000.
En general, el peso de los ARNr y de
los ribosomas se suele expresar según
el coeficiente de sedimentación (s)
de Svedberg. Las células procariotas
presentan ribosomas de 70 S, menor
peso que los de las células eucariotas,
de 80 S

Eduardo Gómez

77
Eduardo Gómez

78
EL ARN NUCLEOLAR (ARNn).
•

Es un ARN que se encuentra constituyendo, en parte, el nucléolo.

•

Se origina a partir de diferentes segmentos de ADN, uno de los cuales se
denomina región organizadora nucleolar (NOR).

•

A partir de este ADN, se forma en el nucléolo un ARN de 45 S. Este ARN
nucleolar se asocia a proteínas, procedentes del citoplasma, muchas de
las cuales son las que conformarán los ribosomas.

•

Posteriormente, la partícula de ribonucleoproteína se escinde en tres
ARN.

•

A continuación se añade un ARN de 5 S, también asociado a proteínas,
sintetizado fuera del nucléolo, es decir, en el nucleoplasma, a partir de
otro segmento de ADN.

•

A partir de todos ellos se forman las dos subunidades ribosómicas, una de
40 S y otra de 60 S, que atraviesan la envoltura nuclear y se unen en el
citoplasma, dando lugar a un ribosoma de 80 S.

Eduardo Gómez

79
EL ARN PEQUEÑO NUCLEAR (ARNpn)

•

Existe un quinto tipo de ARN, el ARN pequeño nuclear (ARNpn),
denominación que hace referencia a su pequeño tamaño y a su
presencia en el núcleo de las células eucariotas.

•

También se le denomina ARN-U por su elevado contenido en uridina.

•

El ARNpn se une a ciertas proteínas del núcleo formando las
ribonucleoproteínas nucleares (RNPpn), y así actúa realizando el
proceso de eliminación de intrones (maduración del ARNm), gracias a
que posee secuencias complementarias a las de los extremos de los
intrones (secuencias de nucleótidos no codificantes).

Eduardo Gómez

80
FUNCIONES DE LOS ÁCIDOS RIBONUCLEICOS
Las funciones de los ARN pueden resumirse en tres:
Transmisión de la información genética desde el ADN a los ribosomas. Las enzimas
ARN-pol, a partir de un gen de ADN, sintetizan, mediante la complementariedad de
las bases, un ARN mensajero, proceso denominado transcripción. Luego, este ARNm
llegará hasta los ribosomas. El ADN es utilizado únicamente como almacén de
información genética.
Conversión de la secuencia de ribonucleótidos de ARNm en una secuencia de
aminoácidos. Este proceso se denomina traducción y se realiza en los ribosomas. En
él intervienen, además del ARNm, el ARNr de los ribosomas y el ARNt que
transportan los aminoácidos.

Almacenamiento de la información genética. Algunos virus carecen de ADN y, por
ello, contienen su información biológica en forma de ARN. Por ejemplo, el virus de la
gripe, el de la polio, el de la inmunodeficiencia humana, los reovirus (que poseen
ARN bicatenario), etc
Eduardo Gómez

81
Funciones del ARN

ADN

El ribosoma es el encargado de la traducción del ARNm
y está formado por ARN ribosómico y proteínas.

ARN mensajero

Ribosoma

ARN de
transferencia con
aminoácido
Eduardo Gómez

Proteína

82
Diferencias entre

DNA y RNA

DNA

RNA

Doble cadena helicoidal

Cadena Simple

Tiene las bases A, T, G y C

Tiene las bases A, U, G y C

La pentosa es una desoxirribosa

La pentosa es una ribosa

Es una macromolécula

Es más pequeña que el DNA

Está en el núcleo

Se encuentra en el núcleo y citoplasma

Constituye los genes (se replica o se

Es una molécula involucrada en la
síntesis de proteínas

trascribe a RNA)

Eduardo Gómez

83

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Si cuidamos el mundo, tendremos un mundo mejor.
 

Acidos nucleicos

  • 2. Concepto Los ácidos nucleicos son biomoléculas muy grandes. El peso molecular de estos polímeros es muy elevado: en el caso del hombre, es de 3,6 X 1012, que equivale a 5,6 X 109 pares de nucleótidos. Fueron aisladas por primera vez por Miescher en 1870, a partir del núcleo de las células del pus; su nombre se origina del hecho de que la primera vez que se identificaron se observó que eran ácidos, además de que fueron identificados por primera vez en el núcleo celular. Eduardo Gómez 2
  • 3. Historia F. Miescher • Estudia la composición química del pus: encuentra una fracción precipitable por ácido diluído que denomina Nucleína. • Encuentra un material parecido a la nucleína en la esperma de salmón, y lo fracciona en un componente proteico (protamina) y un componente que contiene fosforo, de carácter ácido, que Altmann denomina ácido nucleico. Eduardo Gómez 3
  • 4. • Estudios posteriores a Miescher demuestran la existencia de dos tipos de ácido nucleico: uno abundante en la levadura, que recibe el nombre de ácido zimonucleico y otro, abundante en el timo, llamado ácido timonucleico. • Posteriormente se comprueba que en la composición del llamado zimonucleico entra la ribosa, y por eso pasa a llamarse ácido ribonucleico (RNA, ARN), mientras que el timonucleico contiene desoxirribosa, por lo que pasa a llamarse ácido desoxirribonucleico (DNA, ADN) Eduardo Gómez 4
  • 5. Experimentos de Griffith En 1928, Friedrich Griffith utilizó dos cepas de bacterias Streptococus pneumoniae (cepa S: smooth), cuyas colonias eran de superficie lisa y producían la muerte de ratones. Usó también una cepa R no encapsulada (rough), cuyas colonias tienen una superficie rugosa y que no mataban a los ratones. Observaciones de Griffith: • • • • • La cepa S producía infección letal en los ratones de su laboratorio y los de la cepa R, no lo hacían. Las cepas S muertas por calor son también inofensivas, excepto cuando se las mezcla con cepa R vivas. En este último caso, se puede producir una infección fatal y en los ratones infectados se encuentran células vivas con cápsulas características de la cepa S. Este experimento permite inferir que algún factor de la cepa S muerta pasa a las cepas R vivas y las transforma en cepas infecciosas letales. Griffith no supo cual era ese factor. Eduardo Gómez 5
  • 7. Experimento de Avery (1944) El neumococo tipo R (rough, rugoso) (colonias a la izda.) puede ser transformado en neumococo tipo S (smooth, liso) (colonias a la dcha.) por el DNA del neumococo S. Esta transformación se transmite a la descendencia. Eduardo Gómez 7
  • 8. • En los años 40, Oswald Avery, Colin MacLeod, y Maclyn McCarty revisaron el experimento de Griffith y concluyeron que el factor de transformación era el ADN. • Oswald Avery repitiendo el trabajo de Griffith con el agregado de una enzima que destruía el ADN, demostró que el factor de transformación era el ADN. • Cuando Avery agregaba esta enzima, no observaba la transformación obtenida por Griffith. • Concluyó que el material hereditario era ADN y no una proteína. • Su evidencia era fuerte pero no totalmente concluyente, para esa época el "candidato principal" para ser el material hereditario eran una proteína. Eduardo Gómez 8
  • 9. En los años 40 (19..), Oswald Avery, Colin MacLeod, y Maclyn McCarty revisaron el experimento de Griffith y concluyeron que el factor de transformación era el ADN. Oswald Avery repitiendo el trabajo de Griffith con el agregado de una enzima que destruía el ADN, demostró que el factor de transformación era el ADN. Cuando Avery agregaba esta enzima, no observaba la transformación obtenida por Griffith. El concluyó que el material hereditario era ADN y no una proteína. Su evidencia era fuerte pero no totalmente concluyente, para esa época el "candidato principal" para ser el material hereditario eran una proteína. Eduardo Gómez 9
  • 10. Experimentos de Hershey y Chase Eduardo Gómez 10
  • 11. • En 1952, Hershey y Chase estaban estudiando el ciclo de vida del bacteriófago T2. Dado que el T2 esta compuesto casi completamente de ADN y proteína, el objetivo era determinar el destino del ADN y la proteína durante la infección. Para ello, hicieron crecer células infectadas por T2 en presencia de isótopos radiactivos (S35 y P32).   Cuando se hacían crecer células infectadas por T2 en presencia de S35, se producían virusT2 con proteína marcada. Similarmente, cuando las células infectadas con T2 se hacían crecer en presencia de P32, el virus contenía ADN marcado. • Los investigadores encontraron que casi toda la proteína radiactiva permanecía fuera de la célula infectada y que podía ser eliminada sin que se interrumpiera la infección, mientras que el ADN del fago entraba en la célula infectada. • Dado que los genes de T2 pueden controlar la maquinaria de una célula infectada, dedicándola a producir nuevos bacteriófagos T2, se deduce que si es el ADN del fago, y no su proteína, lo que entra al hospedador, el ADN debe llevar información genética. Eduardo Gómez 11
  • 12. Características generales de los ácidos nucleicos • En las células se encuentran dos variedades de ácidos nucleicos: – el ácido desoxirribonucleico (ADN). – el ácido ribonucleico (ARN) • El ADN forma genes, el material hereditario de las células, y contiene instrucciones para la producción de todas las proteínas que el organismo necesita. • El ARN está asociado a la transmisión de la información genética desde el núcleo hacia el citoplasma, donde tiene lugar la síntesis de proteínas, proceso al cual está estrechamente relacionado. Hay varios tipos de ARN, los tres más importantes: – ARN mensajero (ARNm), – ARN de transferencia (ARNt) – ARN ribosómico (ARNr), Eduardo Gómez 12
  • 13. En las células eucariotas, el ADN se encuentra principalmente en el núcleo, pero también en las mitocondrias y en los cloroplastos. El ADN de las mitocondrias y de los cloroplastos es similar al de las células procariotas. El ADN nuclear está asociado a proteínas, las llamadas nucleoproteínas. Estas, básicamente, son histonas. También hay una pequeña cantidad de un grupo heterogéneo de proteínas, llamadas proteínas no histónicas. Eduardo Gómez 13
  • 14. • El ADN de las mitocondrias y de los cloroplastos es similar al de las células procariotas. • Durante mucho tiempo se creyó que el ADN procariota no estaba asociado a proteínas (ADN desnudo) y que estaba disperso en el citoplasma. • En la actualidad, se ha observado que está asociado a proteínas no histónicas, formando una condensación llamada nucleoide, que, a diferencia del núcleo, carece de envoltura. • También en los virus se han observado proteínas básicas asociadas al ADN. Eduardo Gómez 14
  • 15. DNA de Escherichia coli Una sola molécula circular cuya circunferencia mide 1 mm Tiene un peso molecular de aproximadamente 109 Eduardo Gómez 15
  • 16. Nucleótidos: subunidades de los ácidos nucleicos Los ácidos nucleicos son biopolímeros donde los monómeros son los nucleótidos, unidades moleculares que constan de: a. un azúcar de cinco carbonos, -D-ribosa en el ARN o -Ddesoxirribosa en el ADN b. un grupo fosfato (ácido fosfórico). c. una base nitrogenada, o una purina de doble anillo o una pirimidina de anillo simple. Eduardo Gómez 16
  • 18. • • El ADN contiene las bases púricas Adenina (A) y Guanina (G) y las bases pirimidínicas. Citosina (C) y Timina (T), junto con el azúcar desoxirribosa y el fosfato. El ARN contiene las mismas bases púricas (A y G), pero en cuanto a las bases pirimidínicas, el Uracilo (U) reemplaza a la timina. Purinas Eduardo Gómez Pirimidinas 18
  • 19. • La unión de la base nitrogenada con la pentosa se realiza mediante un enlace Nglucosídico entre en C1 de la pentosa y el nitrógeno que ocupa la posición 1 en las bases pirimidínicas y el nitrógeno de la posición 9 en las bases púricas. • Esta molécula recibe el nombre de nucleósido y pueden ser ribonucleósidos o desoxirribonucleósidos. Nucleósido Eduardo Gómez 19
  • 20. • • • Cuando al nucleósido se le une el fosfato mediante un enlace éster (éster fosfórico entre el carbono 5’ de la pentosa y el grupo fosfato) tenemos los nucleótidos. Los nucleótidos se pueden separar en sus componentes por hidrólisis. • Si es hidrólisis alcalina se separa en el nucleósido y el fosfato. • Si es hidrólisis ácida en la base nitrogenada por un lado y la pentosa con el fósforo por otro. Nucleótido Eduardo Gómez 20
  • 22. Los ácidos nucleicos están formados por cadenas de nucleótidos, unidos por enlaces covalentes entre la molécula de azúcar de un nucleótido (el carbono 3 de la ribosa o de la desoxirribosa) y la molécula de fosfato del siguiente nucleótido que a su vez está unido al carbono 5 de la pentosa. Estos enlaces son llamados uniones o puentes fosfodiéster, porque el fosfato está unido por una unión éster fosfato al azúcar del nucleótido y por otra unión equivalente al azúcar del nucleótido que lo precede. Eduardo Gómez 22
  • 24. • Las moléculas de ADN son considerablemente más grandes que las de ARN, pero además poseen una estructura doble, ya que están constituidas por dos cadenas que son complementarias entre sí. • Las dos cadenas se enfrentan por las bases, que se mantienen unidas por la existencia de puentes de hidrógeno. • La complementariedad proviene de que siempre una base púrica (de mayor dimensión) se enfrenta con una base pirimídinica y que el acoplamiento siempre enfrenta a A con T y a G con C. • Eduardo Gómez Este hecho es fundamental para permitir la duplicación (“replicación”) del ADN, ya que cada una de las cadenas sirve de molde para que se produzca la cadena complementaria respectiva. 24
  • 25. Nucleótidos no nucleicos • Son nucleótidos que no forman parte de los ácidos nucleicos. • Se encuentran libres en las células. • Pueden actuar como: • • • Reguladores metabólicos (aportando energía) Activadores de enzimas Coenzimas Eduardo Gómez 25
  • 26. Nucleótidos de adenina ADP - ATP • • • • • Son moléculas transportadoras de energía Los fosfatos se unen mediante enlaces ricos en energía. En las reacciones que se libera energía (exergónicas) se forma ATP a partir de ADP. En las reacciones que se necesita energía (endergónicas) se hidroliza el ATP y da ADP y ácido fosfórico También pueden actuar en estos procesos nucleótidos de guanina (GTP – GDP) Eduardo Gómez 26
  • 29. ATP como donador de energía Eduardo Gómez 29
  • 30. AMP cíclico - AMPc • • • • Se forma a partir de ATP en el interior celular por la acción de la adenilato ciclasa. El enzima actúa por la unión a la membrana celular de determinadas moléculas (hormonas…). La formación del AMPc activa enzimas que actúan en reacciones metabólicas Se le conoce también como segundo mensajero (las hormonas son los primeros mensajeros Eduardo Gómez 30
  • 32. Nucleótidos coenzimáticos • • • Un coenzima es una molécula no proteica que interviene en reacciones enzimáticas. No son especificas de un tipo de sustrato Los más importantes son: Nucleótidos de flavina • FAD y FMN Nucleótidos de piridina • NAD y NADP Coenzima A Eduardo Gómez 32
  • 33. Nucleótidos de flavina – FAD y FMN Son coenzimas de deshidrogenasas (catalizan reacciones redox) Eduardo Gómez 33
  • 34. Nucleótidos de piridina – NAD y NADP Son coenzimas de deshidrogenasas (catalizan reacciones redox) el NAD en la respiración celular y el NADP en la fotosíntesis. Eduardo Gómez 34
  • 35. Coenzima A • • Es un derivado del ADP. Interviene en procesos metabolicos como transportador de grupos acilo (R-CO-) procedentes de ácidos orgánicos. El acetil CoA, un derivado de la CoA con gran importancia en el metabolismo celular. Eduardo Gómez 35
  • 37. ESTRUCTURA DEL ADN En el ADN se distinguen los tres niveles estructurales: 1. La estructura primaria o secuencia de nucleótidos. 2. La estructura secundaria o doble hélice. 3. La estructura terciaria o ADN superenrollado: torsión de la doble hélice sobre sí misma. Para conseguir que el ADN quepa dentro del núcleo, se encuentra muy empaquetado, y aún más cuando se condensa para formar un cromosoma. Eduardo Gómez 37
  • 38. Estructura primaria nucleótidos) • • • • del ADN (secuencia de Es la secuencia de nucleótidos de una sola cadena. Se pueden distinguir en ella un esqueleto de pentosas y fosfatos y una secuencia de bases nitrogenadas. El número de hebras diferentes de ADN que se puede formar combinando las cuatro bases nitrogenadas -adenina, guanina, citosina y timina-, es muy elevado. Los análisis químicos han demostrado que el porcentaje de guanina, citosina, adenina y timina es el mismo para todos los individuos de una misma especie. Este hecho se debe a que las características son muy similares dentro de la especie. Eduardo Gómez 38
  • 39. Estructura secundaria del ADN (doble hélice) • La estructura secundaria del ADN es espacial en doble hélice de dos polinucleótidos, con las bases enfrentadas y unidas mediante hidrógeno. Eduardo Gómez la disposición cadenas de nitrogenadas puentes de 39
  • 40. Esta estructura se dedujo a partir de diferentes datos experimentales La densidad y viscosidad de la dispersiones de ADN superior a la esperada. Cadenas unidas por puentes de H entre los grupos -NH2-, -CO- y –NH- de sus bases. Reglas de Chargaff: nºA/nºT=1 y nºC/nºG=1 Existía complementariedad de bases, los puentes de H se producían entre G y C (3), por un lado, y A y T (2) por otro. Estructura fibrilar de 20Å Por difracción de RX se dedujo que se repetían ciertas unidades cada 3,4 Å, y que había otra repetición mayor cada 34 Å. Eduardo Gómez 40
  • 41. Chargaff (1950) observó que todos los ADN tenían tantas moléculas de adenina (A) como de timina (T), y tantas de citosina (C) como de guanina (G). Eduardo Gómez 41
  • 42. Los estudios mediante difracción de rayos X aportaron nuevos datos sobre la estructura del ADN. A partir de los estudios del ADN mediante la difracción de los rayos X, Franklin y Wilkins observaron entre 1950 y 1953 que el ácido desoxirribonucleico tenía una estructura fibrilar de 20 Å de diámetro, en la que se repetían ciertas unidades cada 3,4 Å, y que había otra repetición mayor cada 34 Å. 3,4 Amstrongs Eduardo Gómez 20 Amstrongs 42
  • 43. Basándose en los datos anteriores, J. Watson y F. Crick elaboraron, en 1953, el modelo de la doble hélice. El ADN, según dicho modelo, estaría formado por dos cadenas de polinucleótidos que serían antiparalelas, es decir, tendrían los enlaces 5'3' orientados en diferente sentido, complementarias y enrolladas una sobre la otra en forma plectonímica o de doble hélice Eduardo Gómez 43
  • 44. Las cadenas del ADN son complementarias, no iguales, Por lo tanto, la secuencia de cada cadena es diferente. El enrollamiento plectonímico implica que, para separar las dos hebras, hay que girar una respecto a la otra. En la estructura secundaria del ADN, los grupos hidrófobos de las bases se disponen hacia el interior de la molécula, estableciendo interacciones hidrófobas entre grupos lipófilos, que colaboran con los puentes de hidrógeno en dar estabilidad a la macromolécula. Las pentosas y los fosfato (carga negativa) quedan en el exterior. Debido a la ionización, los ácidos nucleicos tienen carácter ácido. Las bases de ambas hebras están en el interior y unidas por los puentes de hidrógeno. Eduardo Gómez 44
  • 45. Características de la doble hélice • • • • • • • • • • • Dos cadenas polinucleótidas unidas entre sí Antiparalelas Complementarias Estabilizadas por puentes de hidrógeno entre bases nitrogenadas Enrolladas en espiral alrededor de un eje imaginario Esqueleto azúcar fosfato hacia fuera Planos de las bases perpendiculares al eje y paralelos entre sí Enrollamiento plectonémico Gira en sentido dextrógiro (reloj) 10 pares de nucleótidos por vuelta (3,4 nm) Diámetro .- 2 nm Eduardo Gómez 45
  • 46. Desnaturalización – renaturalización del ADN La doble hélice de ADN en estado natural es muy estable; pero, si se calienta, cuando la temperatura llega aproximadamente a 100 C, las dos hebras de la doble hélice se separan, se produce la desnaturalización del ADN. Si posteriormente se mantiene el ADN desnaturalizado a 65 C, las dos hebras vuelven a unirse. Esta restauración de la doble hélice es lo que se llama renaturalización y es lo que permite la hibridación si se parte de hebras de distintos ADN Eduardo Gómez 46
  • 47. La temperatura a la cual permanece desnaturalizado un 50% del ADN se llama temperatura de fusión (Tm) y depende de la cantidad de pares guanina-citosina que haya en la cadena. Si este número es elevado, Tm será elevada, puesto que hay que romper un mayor número de enlaces de hidrógeno y se necesitará mayor energía para hacerlo. Las técnicas de desnaturalización y renaturalización permiten hibridar cadenas de ADN de distintos organismos. El porcentaje de hibridación dará una idea de la relación entre los dos organismos y es una técnica muy útil en la diagnosis de enfermedades o en medicina forense. Eduardo Gómez 47
  • 48. Modelos de doble hélice del ADN En la actualidad se conocen tres tipos de estructura en doble hélice del ADN: las formas B, A y Z • La forma B (descrita por Watson y Crick). Es una hélice dextrógira con las bases complementarias situadas en planos horizontales, de manera que el eje de la molécula atraviesa dichos planos por su centro. La forma B es la forma más corriente. ADN B Eduardo Gómez 48
  • 49. Modelos de doble hélice del ADN: forma A • • • • • La forma A también es dextrógira, pero las bases complementarias se encuentran en planos inclinados y une el eje de la molécula que atraviesa dichos planos por puntos desplazados del centro. Esta forma aparece cuando se deseca la forma B. No se ha encontrado en condiciones fisiológicas. Es más ancha y corta que la forma B. Contiene 11 pares de bases por vuelta (10 en la forma B) Eduardo Gómez 49
  • 50. Modelos de doble hélice del ADN: forma Z • • • • • • La forma Z es levógira, y tiene un enrollamiento irregular que provoca una configuración en zigzag, a la que hace referencia su nombre. Esta estructura aparece en regiones del ADN donde se alternan muchas citosinas y guaninas. Se piensa que la forma Z constituye señales para las proteínas reguladoras de la expresión del mensaje genético. Mas larga y estrecha que la forma B. Contiene 12 pares de bases Es común encontrar ésta estructura donde sus bases están metiladas, genes ya expresados o genes que no van a expresarse, por eso se asocia a la ausencia de actividad del ADN. Eduardo Gómez 50
  • 51. TIPO DE ADN GIRO DE HELICE nm por Vuelta Plano entre bases nº de nucleotidos por vuelta A B Z Dextrógiro Dextrógiro Levógiro 2.8 3.4 4.5 inclinado perpendicular zig-zag 11 10 12 ADN B ADN A ADN Z Eduardo Gómez 51
  • 52. ADN-A ADN-B ADN-Z los surcos son más parecidos en anchura: Más corta 19º surco mayor estrecho y profundo Más larga el surco mayor no existe, es muy poco profundo surco menor ancho y superficial bases algo inclinadas: 9º dextrógira Eduardo Gómez surco menor, profundo y estrecho levógira 52
  • 53. SURCOS DEL ADN Son las zonas donde las bases nitrogenadas van a ser accesibles desde el exterior. Se van alternando así dos tipos de surcos: un surco mayor y un surco menor. Eduardo Gómez 53
  • 54. El ADN superenrollado. El empaquetamiento del ADN circular Las moléculas de ADN circular, como el ADN bacteriano o el ADN mitocondrial, presentan una estructura terciaria, que consiste en que la fibra de 20 Å se halla retorcida sobre sí misma formando una especie de superhélice. Esta disposición se denomina ADN superenrollado. Eduardo Gómez 54
  • 55. Superhélices en plásmidos (ADN extracromosómico) DNA circular, relajado DNA circular, con superhélice negativa Eduardo Gómez 55
  • 56. Tipos de ADN según su estructura, su forma y su empaquetamiento ESTRUCTURA FORMA EMPAQUETAMIENTO Monocatenario (Virus) Lineal Asociado a histonas (Eucariotas) Bicatenario Circular (Procariotas) No asociado a histonas Eduardo Gómez 56
  • 57. Longitud del ADN En cuanto a su longitud, el ADN mide 1,7 µ en el virus del polioma; 1,36 mm en Escherichia coli; 11,2 cm en cada célula de Drosophila; 0,57 m en el erizo de mar; 0,93 m en el gallo; 1,89 m en el perro, 2,36 m en el hombre (sumando el ADN de los 46 cromosomas), etc. La longitud del ADN no siempre guarda relación con la complejidad del organismo. Muchas especies tienen mucho más ADN que el necesario para codificar su estructura y fisiología. Esto ha dado lugar a numerosas hipótesis sobre las funciones de ese ADN supernumerario. Eduardo Gómez 57
  • 58. FUNCIÓN BIOLÓGICA DEL ADN El ADN es la molécula almacén de la información genética y contiene todas las instrucciones necesarias para construir todas las moléculas del cuerpo de un ser vivo. Para ello tiene que ser capaz de realizar copias de si mismo (replicarse) mediante un proceso basado en la complementariedad de las bases. Eduardo Gómez 58
  • 59. EL ÁCIDO RIBONUCLEICO - ARN El ácido ribonucleico o ARN está constituido por nucleótidos de ribosa, con las bases adenina, guanina, citosina y uracilo. No tiene timina como el ADN. Estos ribonucleótidos se unen entre ellos mediante enlaces fosfodiéster en sentido 5 '3', al igual que en el ADN. El ARN es casi siempre monocatenario, excepto en los reovirus que es bicatenario. Eduardo Gómez 59
  • 61. Se ha observado la existencia de ARN con función biocatalizadora (ribozimas), por lo que se ha sugerido que, en el origen de la vida, los ARN pudieron ser las primeras moléculas capaces de auto duplicarse. Después, sería el ADN el encargado de guardar la información genética, ya que su cadena es más estable. Participan en el procesado del RNA transcrito primario y en la formación de enlace peptídico en la síntesis de proteínas. Eduardo Gómez 61
  • 62. El ARN se encuentra en muchos tipos de virus y en las células procariotas y eucariotas. En éstas hay de cinco a diez veces más ARN que ADN. Los ARN se clasifican en: 1. ARN bicatenario (en los reovirus) 2. ARN monocatenario: a. ARN de transferencia (ARNt) b. ARN mensajero (ARNm), su precursor es el ARN heterogéneo nuclear. c. ARN ribosómico (ARNr) d. ARN nucleolar, es un precursor de parte del ARNr e. ARN pequeño nuclear El hecho de que las células que fabrican grandes cantidades de proteínas sean ricas en ARN fue una de las pistas para desvelar la transmisión de la información genética. Eduardo Gómez 62
  • 63. Transporta aminoácidos específicos hasta los ribosomas. ARN de transferencia Transmite la información del ADN y la lleva a los ribosomas ARN mensajero ARN ribosómico ARN que está en los ribosomas. ARN nucleolar Constituye, en parte, el nucléolo. ARN pequeño nuclear Forma las ribonucleoproteínas nucleares que eliminan intrones Existen distintos tipos de ARN, con la misma composición química, pero distinta estructura y función Eduardo Gómez 63
  • 64. Los tres más importantes son: ARNm - Eduardo Gómez ARNr - ARNt 64
  • 65. EL ARN DE TRANSFERENCIA (ARNt). • Tiene entre 70 y 90 nucleótidos y se encuentra disperso en el citoplasma. • Hay unos cincuenta tipos de ARNt. • Constituye el 15% del ARN de la célula. • Su función es transportar aminoácidos específicos hasta los ribosomas, donde, según la secuencia especificada en un ARN mensajero (transcrita, a su vez, del ADN), se sintetizan las proteínas. • Las diferencias entre los ARNt son debidas fundamentalmente a una secuencia de tres bases nitrogenadas, denominada anticodón. • Entre los nucleótidos que forman los ARNT, además de A, G, C y U, aparecen otros que llevan bases metiladas, como la dihidrouridina (UH2 ), la ribotimidina (T), la inosina (I), la metilguanosina (GMe), etcétera, que constituyen el 10 % de los ribonucleótidos totales del ARNt. Eduardo Gómez 65
  • 66. • El ARNt es monocatenario, pero presenta zonas con estructura secundaria en doble hélice, y zonas con estructura primaria o lineal, que forman asas o bucles, lo que confiere a la molécula una forma de hoja de trébol. • En ella se distingue: o Brazo D: Unión con el enzima que cataliza la unión a los aminoácidos. o Brazo T: Lleva timina o Brazo A (del anticodón). o Extermo 3’: aceptor de aminoácidos o Extremo 5’: Siempre lleva guanina y un grupo fosfórico libre. Eduardo Gómez 66
  • 67. Alanina Guanina (en el extremo 5’) Brazo aceptor Extremo 3 con triplete aceptor Donde se enlaza el aminoácido. Brazo D y su asa Brazo T y su asa Unión con la enzima que cataliza la unión a los aminoácidos. Lleva timina Brazo anticodón y su asa Contiene un triplete de nucleótidos, anticodón, complementario de un triplete del ARNm, codón Eduardo Gómez Anticodón Codón ARNm 67
  • 68. • En realidad la molécula está mucho más replegada, adoptando una estructura terciaria en forma de L. Eduardo Gómez 68
  • 69. EL ARN MENSAJERO (ARNm) • Es monocatenario, básicamente lineal, y con un peso molecular que oscila entre 200.000 y 1.000.000. • Su función es transmitir la información contenida en el ADN y llevarla hasta los ribosomas, para que en ellos se sinteticen las proteínas a partir de los aminoácidos que aportan los ARNt. • El ARNm tiene una estructura diferente en procariotas y en eucariotas. Eduardo Gómez 69
  • 70. El ARNm eucariótico • Presenta algunas zonas (pocas) en doble hélice, por complementariedad de bases entre distintos segmentos, y zonas lineales que dan lugar a los llamados lazos en herradura. • El ARNm eucariótico se forma a partir del transcrito primario (pre-ARNm), también llamado ARN heterogéneo nuclear (ARNhn), nombre que hace referencia a la variabilidad de su tamaño. • Posee una serie de segmentos con información, denominados exones, alternados con otros sin información denominados intrones, que luego son suprimidos y no aparecen en el ARNm. • Este proceso se denomina maduración y se produce en el núcleo. Eduardo Gómez 70
  • 71. El filamento de ARN se puede enrollar sobre sí mismo mediante la formación de pares de bases en algunas secciones de la molécula, formando las denominadas estructura secundarias del ARN Eduardo Gómez 71
  • 72. Estructura del ARNm eucariótico • El ARNm eucariótico posee en su extremo 5' una guanosina trifosfato invertida y metilada en el nitrógeno 7 (m7 Gppp). • Esta molécula, que recibe el nombre de caperuza, bloquea la acción de enzimas exonucleasas que pueden destruir el ARNm, y constituye la señal de inicio en la síntesis de proteínas. • A continuación, hay un segmento sin información, seguido de otro segmento con información que suele empezar con la secuencia AUG. Eduardo Gómez 72
  • 73. • En el extremo 3' o extremo final posee de 150 a 200 nucleótidos de adenina, lo que se denomina «cola» de poli-A. Es un estabilizador frente a las exonucleasas. • Entre la síntesis y la degradación del ARNm no transcurren más que unos cuantos minutos, para evitar una superproducción de proteínas. • El ARNm eucariótico es monocistrónico, es decir, sólo contiene información para una cadena polipeptídica. Eduardo Gómez 73
  • 75. Estructura del ARNm de procariotas El ARNm procariótico no adopta la estructura del ARN eucariótico. No presenta exones e intrones Carece de caperuza (empieza con un nucleótido trifosfato no invertido, por ejemplo: pppG-...) y de cola de poli-A, Es policistrónico, es decir, contiene informaciones separadas para distintas proteínas. 5’ LIDER CISTRÓN CISTRÓN TRAILER 3’ Secuencia espaciadora Eduardo Gómez 75
  • 76. Estructura del ARNm de procariotas 5’ LIDER CISTRÓN CISTRÓN TRAILER 3’ Secuencia espaciadora • • • • El sector comprendido entre el extremo 5’ y el codón de inicio se denomina Líder (no lleva información). La secuencia comprendida entre el codón sin sentido y el extremo 3’ del ARNm se denomina extremo Trailer y tampoco lleva información. Los ARNm Policistrónicos presentan secuencias de longitud variable que separan las regiones codificantes o Cistrones, estas se denominan regiones espaciadoras, usualmente de 10 pb. de longitud. Cada Cistrón posee un codón de inicio y uno sin sentido (finalización). Eduardo Gómez 76
  • 77. EL ARN RIBOSÓMICO (ARNr) • • • • • Es el ARN que constituye, en parte, los ribosomas. Este tipo de ARN representa el 60% del peso de dichos orgánulos. El ARNr presenta segmentos lineales y segmentos en doble hélice. El ARNr está asociado con las proteínas ribosómicas (más de 70), formando una estructura relacionada con la síntesis de proteínas (da alojamiento al ARNm y a los ARNt, portadores de los aminoácidos que formarán las proteínas durante dicho proceso). El peso molecular del ARNr oscila entre 500.000 y 1.700.000. En general, el peso de los ARNr y de los ribosomas se suele expresar según el coeficiente de sedimentación (s) de Svedberg. Las células procariotas presentan ribosomas de 70 S, menor peso que los de las células eucariotas, de 80 S Eduardo Gómez 77
  • 79. EL ARN NUCLEOLAR (ARNn). • Es un ARN que se encuentra constituyendo, en parte, el nucléolo. • Se origina a partir de diferentes segmentos de ADN, uno de los cuales se denomina región organizadora nucleolar (NOR). • A partir de este ADN, se forma en el nucléolo un ARN de 45 S. Este ARN nucleolar se asocia a proteínas, procedentes del citoplasma, muchas de las cuales son las que conformarán los ribosomas. • Posteriormente, la partícula de ribonucleoproteína se escinde en tres ARN. • A continuación se añade un ARN de 5 S, también asociado a proteínas, sintetizado fuera del nucléolo, es decir, en el nucleoplasma, a partir de otro segmento de ADN. • A partir de todos ellos se forman las dos subunidades ribosómicas, una de 40 S y otra de 60 S, que atraviesan la envoltura nuclear y se unen en el citoplasma, dando lugar a un ribosoma de 80 S. Eduardo Gómez 79
  • 80. EL ARN PEQUEÑO NUCLEAR (ARNpn) • Existe un quinto tipo de ARN, el ARN pequeño nuclear (ARNpn), denominación que hace referencia a su pequeño tamaño y a su presencia en el núcleo de las células eucariotas. • También se le denomina ARN-U por su elevado contenido en uridina. • El ARNpn se une a ciertas proteínas del núcleo formando las ribonucleoproteínas nucleares (RNPpn), y así actúa realizando el proceso de eliminación de intrones (maduración del ARNm), gracias a que posee secuencias complementarias a las de los extremos de los intrones (secuencias de nucleótidos no codificantes). Eduardo Gómez 80
  • 81. FUNCIONES DE LOS ÁCIDOS RIBONUCLEICOS Las funciones de los ARN pueden resumirse en tres: Transmisión de la información genética desde el ADN a los ribosomas. Las enzimas ARN-pol, a partir de un gen de ADN, sintetizan, mediante la complementariedad de las bases, un ARN mensajero, proceso denominado transcripción. Luego, este ARNm llegará hasta los ribosomas. El ADN es utilizado únicamente como almacén de información genética. Conversión de la secuencia de ribonucleótidos de ARNm en una secuencia de aminoácidos. Este proceso se denomina traducción y se realiza en los ribosomas. En él intervienen, además del ARNm, el ARNr de los ribosomas y el ARNt que transportan los aminoácidos. Almacenamiento de la información genética. Algunos virus carecen de ADN y, por ello, contienen su información biológica en forma de ARN. Por ejemplo, el virus de la gripe, el de la polio, el de la inmunodeficiencia humana, los reovirus (que poseen ARN bicatenario), etc Eduardo Gómez 81
  • 82. Funciones del ARN ADN El ribosoma es el encargado de la traducción del ARNm y está formado por ARN ribosómico y proteínas. ARN mensajero Ribosoma ARN de transferencia con aminoácido Eduardo Gómez Proteína 82
  • 83. Diferencias entre DNA y RNA DNA RNA Doble cadena helicoidal Cadena Simple Tiene las bases A, T, G y C Tiene las bases A, U, G y C La pentosa es una desoxirribosa La pentosa es una ribosa Es una macromolécula Es más pequeña que el DNA Está en el núcleo Se encuentra en el núcleo y citoplasma Constituye los genes (se replica o se Es una molécula involucrada en la síntesis de proteínas trascribe a RNA) Eduardo Gómez 83