Generalidades del ADN para el curso de Bioquimica II (metabolica)

1. ELACIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN)
Benemérita Universidad Autónoma de Puebla
Facultad de Ciencias Químicas
Licenciatura en Químico Farmacobiologo
René A. Cahuantzi Mejía1
. Maryan X. Rodriguez Romero1
. Jose A. Aldape Aguayo1
. Víctor Pérez Bravo1
. Pedro E. Hernández
Arrambide2
. Daniela Lopez Castellanos2
. Norma A. Xochitiotzi Cuahutle2
. Carolina de Jesus Garcia2
. Jonathan J. Hernandez Toriz2
.
INTRODUCCION
El ADN es un polímero de nucleótidos, es decir, un polinucleótido. Un polímero es un compuesto formado por muchas unidades simples conectadas
entre sí, mediante nucleótidos cada nucleótido, a su vez, está formado por un azúcar (la desoxirribosa), una base nitrogenada (que puede ser
adenina→A, timina→T, citosina→C o guanina→G) y un grupo fosfato que actúa como enganche La disposición secuencial de estas cuatro bases a
lo largo de la cadena es la que codifica la información genética el ADN se presenta como una doble cadena de nucleótidos, en la que las dos hebras
están unidas entre sí por unas conexiones denominadas puentes de hidrógeno.
DNA-Z La forma Z posee un esqueleto pentosa-azúcar que sigue un trazado irregular de zig-zag.
Los dos surcos (mayor y menor) que discurren a lo largo de los flancos de forma ADN-B, se remplazan
por un surco menor más profundo.
Es una hélice levógira. Es común encontrar esta estructura en donde sus bases están metiladas, genes
ya expresados o genes que no van a expresarse, por eso se asocian a la ausencia de actividad del
DNA. (Fig. 3.1)
HIPOTESIS DE LA REPLICACION DEL DNA
Actualmente, se ha considerado tres hipótesis (Fig. 4.1). La Hipótesis conservativa: propone que cada hebra
de la molécula de ADN original (parental) sirve de molde para sintetizar una hebra hija complementaria.
Después que las dos hebras hijas se han sintetizado, estas se unen entre si y forman la nueva molécula de
doble hélice, y se guarda la original. La Hipótesis Dispersiva: propone que cada cadena de la molécula de ADN
se duplica en forma mixta, y al final las hebras resultantes son una mezcla de fragmentos resultantes de la
molécula de ADN y nuevos fragmentos que se sintetizaron en el proceso. La Hipótesis Semiconservativa.
propone que cada hebra de la molécula parental sirve de molde para la síntesis de una cadena
complementaria hija. Durante el proceso las hebras nuevas quedan unidas a las hebras parentales y se forman
dos moléculas de ADN idénticas, cada una con un hebra parental hija.
En el momento de la replicación los enlaces que mantienen a los pares de bases puricas unidas se
rompen por acción enzimática, como resultados las dos cadenas de la doble hélice se separan una de
otra. Cada cadena esta ahora disponible para actuar como patrón o templete para sintetizar una nueva
cadena complementaria. Para lograr esto, las unidades de nucleótidos de cada cadena se unen a
nucleótidos complementarios por enlaces y fosfatos formando asi una nueva cadena (Fig. 4.2). El paso
siguiente será la transcripción. Y posterior traducción.
DNA POLIMERASA Y LIGASA
DNA polimerasa: es la principal enzima de la replicación. Partiendo de una cadena inicial o “primer” la
ADN polimerasa añade nucleótidos complementarios a la cadena molde extendiendo la nueva cadena de ADN en dirección 5’- 3’. La ADN polimerasa es la
enzima principal en el proceso de replicación. Partiendo de una cadena inicial o “primer” la ADN polimerasa es capaz de añadir nucleótidos complementarios a
la cadena molde estableciendo enlaces fosfodiéster. La ADN polimerasa sólo puede catalizar el crecimiento de la cadena inicial en dirección 5'-3'.
La ADN polimerasa también se encarga de la reparación del ADN asociada a la replicación.
DNA ligasa: es un tipo específico de enzima, una ligasa, que facilita la unión de hebras de ADN entre sí por catalizar la formación de un enlace fosfodiéster.
Desempeña un papel en la reparación de un solo capítulo rompe en dúplex de ADN en los organismos vivos, pero algunas formas pueden reparar
específicamente roturas de doble cadena. Roturas de una sola hebra se reparan mediante ligasa de ADN utilizando la hebra complementaria de la doble hélice
como una plantilla, con ligasa de ADN de crear el enlace fosfodiéster final para reparar completamente el ADN.
SINTESIS DE DNA
La replicación del DNA es el proceso por el cual el DNA es perpetuado. Es un proceso semiconservativo, esto quiere decir que las moléculas finales contienen
una hebra nueva, recién sintetizada, y la complementaria, hebra antigua, que sirvió de como molde. La replicación del ADN ocurre en la fase S o de la síntesis
del ciclo celular. Cada cromosoma es copiado con alta fidelidad en un proceso que involucra un número grande de enzimas. En este proceso, el ADN de doble
cadena es desenrollado y cada cadena individual es usada como una plantilla para la producción de la cadena complementaria. El resultado final es la
producción de dos copias idénticas del material genético. Los cromosomas replicados contienen dos cadenas idénticas de ADN que se mantienen juntas hasta
que son separadas hacia el final de la mitosis (en la anafase).
DESNATURALIZACION DEL DNA
Puede deberse a diversos factores, tales como: cambio de temperatura, cambio de ph, etc. La temperatura del
DNA cuando se disminuye, la agitación térmica es capaz de separar las dos hebras y producir una
desnaturalización. Este es un proceso reversible, ya que al bajar la temperatura se puede producir una
renaturalización. En este proceso se rompen los puentes de hidrógeno que unen las cadenas y se produce la
separación de las mismas, pero no se rompen los enlaces fosfodiester covalentes que forman la secuencia de
la cadena. La desnaturalización del ADN puede ocurrir, también, por variaciones en el pH.
RENATURALIZACION DEL DNA
La desnaturalización es reversible incluso después de que las dos cadenas han sido totalmente separadas.
Cuando se incuban cadenas complementarias a una temperatura de 250 por debajo de la Tm' empiezan a re asociarse y llega un momento en que vuelven a
formar la hélice original. La renaturalización suele medirse en función del descenso en la absorbancia (efecto hipocrómico), por su comportamiento durante la
sedimentación o bien por su falta de susceptibilidad frente a las nucleasas específicas para cadenas sencillas.
Otra reacción que sufre el DNA es la hidrolisis (Fig. 5.1)
DOGMA DE LA INFORMACION GENETICA
El dogma central de la información genética o de la biología celular (Fig.6.1) la podemos resumir de la siguiente manera
1. La información contenida en el ADN se transcribe a una molécula de ARN (proceso llamado transcripción) que recibe
e l n o m b r e d e A R N m e n s a j e r o o A R N m .
2. La información contenida en el ARNm es "leída" por estructuras llamadas ribosomas, traduciendo el lenguaje nucleico
al lenguaje proteíco. La relación que hay entre ambos lenguajes recibe el nombre de Código Genético. Así, la palabra
GTG en ácidos nucleicos en proteína se traduce por Histidina; TTT por Lisina, y así sucesivamente. Este proceso se
denomina traducción.
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OBJETIVOS
 Reconocer el DNA como la base de la vida
 Analizar la aportación de Watson y Crick y la replicación del DNA
 Conocer como esta estructurado el DNA así como las reacciones en que participa
 Reconocer al DNA como el preámbulo de la genética
MARCO TEORICO
Los Ácidos Nucleicos son las biomolecular portadoras de la información genética. Son biopolímeros, de
elevado peso molecular, formados por otras subunidades estructurales o monómeros, denominados
Nucleótidos. Desde el punto de vista químico, los ácidos nucleicos son macromoléculas formadas por
polímeros lineales de nucleótidos, unidos por enlaces éster de fosfato, sin
periodicidad aparente. Existen dos tipos de ácidos nucleicos, el ácido
ribonucleico (RNA) y el ácido desoxirribonucleico (DNA) (Fig. 1.1) . Cada uno de
ellos es una cadena polimérica, en la que las unidades monoméricas están
conectadas por enlaces covalentes. La función principal de los ácidos nucleicos
consiste en almacenar y transmitir la información genética.
En cambio los ácidos Polinucleicos (Fig. 1.2) formados por la unión covalente de los nucleótidos mediante puentes fosfodiester entre la
posición 3´y la posición 5´de otro nucleótido, es necesario que los nucleótidos se encuentren como tri fosfatos. En forma natural el
extremo 5´generalmente esta fosforilado y el extremo 3´contiene un OH libre.
EL ADN
ADN, es un ácido nucleico que contiene instrucciones genéticas usadas en el desarrollo y funcionamiento de todos los organismos vivos conocidos y
algunos virus, y es responsable de su transmisión hereditaria. La función principal de la molécula de ADN es el almacenamiento a largo plazo de información.
Muchas veces, el ADN es comparado con un plano o una receta, o un código, ya que contiene las instrucciones necesarias para construir otros componentes
de las células, como las proteínas y las moléculas de ARN. Los segmentos de ADN que llevan esta información genética son llamados genes, pero las otras se-
cuencias de ADN tienen propósitos estructurales o toman parte en la regulación del uso de esta información genética.
El DNA está constituido por dos cadenas de polideoxirribonucleotidos formados por la unión de dAMP, dGMP, dCMp y dTMP. La proporción y orden de
colocación o secuencia de estos nucléotidos varía mucho entre especies diferentes,
HISTORIA DEL ADN
El primer aislamiento del DNA fue descrito por el biólogo suizo Frierich Miescher en el año 1868.
En la década de los 20´s Phoebus Levene, bioquímico lituano, en sus estudios de la estructura y función de los ácidos nucleicos, logró determinar la existencia
de ADN y ARN, además de que el ADN está formado por 4 bases nitrogenadas y un grupo fosfato.
En 1928 el microbiólogo Frederick Griffith, investigaba varias cepas de Streptocuccus pneumoniee pudo notar en el desarrollo de su experimento un lisado de
células y a pesar de ello S. pneumoniae conservó la capacidad de replicar DNA. En los años 30, Kossel
comprobó que tenían una estructura bastante compleja.
MODELO DE WATSON Y CRICK
Los biólogos en la década de 1940 tenían dificultades para aceptar ADN como
material genético debido a la aparente simplicidad de su química. A principios de la
década de 1950, el DNA se examinó primero mediante análisis de difracción de
rayos x, una técnica para determinar la estructura atómica tridimensional de una
molécula. Los resultados de difracción de rayos x iniciales indicaron que el ADN se
compone de dos hebras de la herida de polímero en una hélice. La observación de
que el DNA era de doble cadena fue de crucial importancia y siempre una de las
principales pistas que llevaron a la estructura de Watson- Crick del DNA.
En 1953 el bioquímico estadounidense James Watson y el biólogo británico Francis
Crick (Fig. 2.1), a partir de estudios cristalográficos realizados por Wilkins y Franklin (que sugerían que la molé-
cula de ADN poseía una estructura helicoidal) e inspirándose en las observaciones de otros investigadores
(según las cuales los distintos ADN examinados presentaban siempre un número de adeninas igual al de timi-
nas y un número de citosinas igual al de guaninas), propusieron asignar una estructura de doble hélice a la mo-
lécula de ADN (Fig. 2.2)
ESTRUCTURA DEL DNA
Estructura primaria: Secuencia de nucleótidos encadenados. Es en estas cadenas donde se encuentra la información genética, y dado que el esqueleto es el
mismo para todos, la diferencia de la información radica en la distinta secuencia de bases nitrogenadas. Esta secuencia presenta un código, que determina una
información u otra, según el orden de las bases
Estructura secundaria: Es una estructura en doble hélice. Permite explicar el almacenamiento de la información genética y el mecanismo de duplicación del
ADN. Fue postuLada por Watson y Crick. Es una cadena doble, dextrógira o levógira, según el tipo de ADN. Ambas cadenas son complementarias, pues la
adenina y la guanina de una cadena se unen, respectivamente, a la timina y la citosina de la otra. Ambas cadenas son antiparalelas, pues el extremo 3´ de una
se enfrenta al extremo 5´ de la homóloga. Existen tres modelos de ADN. El ADN de tipo B es el más abundante y es el que tiene la estructura descrita por
Watson y Crick.
Estructura terciaria: Se refiere a cómo se almacena el ADN en un espacio reducido, para formar los cromosomas. Varía según se trate de
organismos procariotas o eucariotas: En procariotas el ADN se pliega como una súper-hélice, generalmente en forma circular y asociada a una pequeña
cantidad de proteínas. Lo mismo ocurre en orgánulos celulares como las mitocondrias y en los cloroplastos. En eucariotas, dado que la cantidad de ADN de
cada cromosoma es muy grande, el empaquetamiento ha de ser más complejo y compacto; para ello se necesita la presencia de proteínas, como
las histonas y otras proteínas de naturaleza no histónica (en los espermatozoides estas proteínas son las protaminas).
TIPOS DE DNA
DNA-A: La forma A es también dextrógira, pero las bases se encuentran en planos inclinados de forma que el eje longitudinal de la molécula atraviesa dichos
planos por puntos desplazados del centro. Resulta una hélice más ancha y más corta que la hélice del ADN-B. Posee un surco mayor muy profundo y el menor
poco más superficial y profundo.
DNA-B: La forma B sería la forma descrita por Watson y Crick. Es una hélice dextrógira con las bases nitrogenadas situadas horizontalmente, de manera que el
eje longitudinal atraviesa los planos lineales formados por las bases nitrogenadas, por su centro presenta un surco mayor y un surco menor.
CONCLUSIÓN
El ADN es de vital importancia para el mantenimiento, funcionamiento y supervivencia de la célula, sin la información tan celosamente este guardo por años fue
descubierta y ahora conocemos que lo compone, como se replica y su estructura. Su código se ocupa en tecnologías inimaginables para poder resaltar la
calidad de vida.
Acidos Nucleicos y Polinucleicos
El Acido Desoxirribonucleico (DNA)
Estructura Quimica del DNA
Fig. 1.1 Diferencias entre el ARN y ADN
Fig. 2.1 Watson y
Crick
Fig. 2.2 El modelo de Watson y Crick
proponen el como se unen los
componentes del ADN, así como la forma
que presenta
Fig. 3.1 Comparativa de los tipos de DNA Replicación del DNA
Procesos Químicos del DNA
DNA y Genética
Fig. 1.2
estructura del
polinucleotido
Fig. 4.1 Tres hipótesis sobre la replica-
ción de DNA
Fig. 4.1 Proceso general de la replicación del
DNA.
Fig. 5.1 Hidrolisis del DNA
Fig. 6.1 dogma central de la
biología