Acidos nucleicos

ÁCIDOS NUCLEICOS.

 Se denominaron así porque fueron descubiertos por primera vez en el núcleo celular, son grandes moléculas orgánicas que contienen C, H, O, N, y F

Los ácidos nucleicos constituyen la segunda macromolécula en importancia después de las proteínas y están formados por la polimerización de nucleótidos con estructura tridimensional compleja.

Sus funciones están relacionadas con el aparato genético celular en la conservación  transmisión y transferencia de los caracteres hereditarios de generación en generación, aspectos de gran valor en la perpetuación de la especie.

Existen dos tipos principales de ácidos nucleicos, el ácido desoxirribonucleico (DNA) y el ácido ribonucleico (RNA).

Ambos están formados por nucleótidos unidos entre sí por enlaces 3´ 5´ fosfodiéster, pero se diferencian en que el azúcar que está presente en el ácido desoxirribonucleico es la 2 desoxirribosa, mientras que en el ácido ribonucleico es la ribosa.

Comenzaremos a continuación el estudio del ADN o ácido desoxirribonucleico.

ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN)

La estructura está formada por dos cadenas polinucleótidicas, el ácido desoxirribonucleico o ADN, se encuentra localizado mayoritariamente en el núcleo de la célula, las bases nitrogenadas que posee el ADN son guanina,   citosina, adenina, timina. No presentan en su estructura la base nitrogenada uracilo, los enlaces  que unen entre sí a los desoxiribonucleotidos es el enlace covalente 3´ 5´ fosfodiéster, el azúcar que forma parte del DNA  es la 2 desoxirribosa (en el carbono 2 presenta un hidrógeno en vez de un grupo OH).

La estructura primaria del ADN consiste en la secuencia de los desoxirribonucleótidos a lo largo de la cadena polinucleotídica.

El azúcar y el fosfato son los mismos, sólo varía en la cadena la base nitrogenada. En un extremo de la cadena se encuentra un grupo 5´fosfato libre, mientras que en el otro un 3´hidroxilo.

Lo monótono 

• Monosacárido – enlace fosfodiester – monosacárido.
• Grupos fosfatos alternantes cargados negativamente (carácter Poli aniónico).
• Las bases nitrogenadas de una misma cadena apiladas todas hacia un mismo lado 

Lo diverso.

La secuencia de bases nitrogenadas con sus elementos hidrófilos e hidrófobos

Para la determinación de la estructura secundaria del ADN, Watson y Crick utilizaron las “reglas de Chargaff”, las que plantean que:

•          La composición de bases del ADN es característica de cada especie.

•          Las diferentes células de un organismo tienen una composición de bases nitrogenadas idéntica, que no varía con la edad, el desarrollo, estado nutricional u otras condiciones.

•          La cantidad de timina es igual a la de adenina, mientras que la de citosina es igual a la de guanina.

•          La cantidad de bases púricas es igual a la de bases pirimidínicas. Es decir que la cantidad de guanina es igual a citosina (G=C , A =T , A+G = C+ T

La estructura secundaria del ácido desoxirribonucleico se descubrió por los científicos James D. Watson y Francis Crick en abril de 1953, lo que marcó un hito en el desarrollo de la biología molecular.

En la imagen se muestra dicho modelo, cuyas características fundamentales son las siguientes:

•          La molécula está formada por dos cadenas poliméricas de desoxirribonucleótidos.

•          Ambas cadenas están enrolladas plectonemicamente alrededor de un eje común con giro a la derecha, formando una doble hélice.

•          Las bases nitrogenadas se encuentran localizadas hacia el interior de la molécula y se aparean entre sí maximizando el contacto entre ellas y mínimo con el agua hacia el exterior se dispone  el eje pentosa fosfato(hidrofilico)

•          La adenina siempre se aparea con la timina formando dos puentes de hidrógeno, mientras que la citosina siempre lo hace con la guanina formando tres puentes de hidrógeno,

•          Las cadenas son antiparalelas  una cadena se dispone de 3´ 5´ mientras que la enfrentada se dispone de 5´ 3´   son cadenas complementarias.

•          El eje pentosa / fosfato de las cadenas queda hacia el exterior. Los puntualizar que cada fosfato presenta una carga negativa, por lo que la grupos  están cargados negativamente, es decir tiene carácter polianiónico y atrae fuertemente moléculas con carga positiva.

•          Las cadenas se orientan de forma antiparalela, ya que una tiene en el extremo un grupo 5´ fosfato mientras que la otra presenta un 3´ hidroxilo, es decir corren en sentidos diferentes.

•          El diámetro es de 2 nm, con 10 pares de bases por cada vuelta de la hélice.

De estas características estructurales se interpreta que ambas cadenas, por ser complementarias, poseen la misma información en su secuencia.

En la doble cadena del ADN la disposición de las bases nitrogenadas, se ubican perpendicularmente al eje principal de la molécula.

Durante la proyección de la VO debes observar que según el modelo los átomos de carbono son negros, el hidrógeno blanco, el oxígeno rojo, el fósforo amarillo y el nitrógeno azul.

Que el esqueleto azúcar fosfato se dispone hacia el exterior mientras que en el interior se encuentran las bases nitrogenadas apareadas.

Las cadenas son antiparalelas y se muestra el extremo 5´fosfato libre

La molécula presenta dos surcos, uno ancho y el otro estrecho. El origen de estos surcos está dado  por, el carácter asimétrico de la desoxirribosa y, porque en cada par de bases el borde superior es diferente al borde inferior. Estos surcos tienen una importancia especial en las interacciones del ADN con las proteínas. Algunas proteínas pueden reconocer la secuencia de bases nitrogenadas  específicas a través de los surcos.

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El modelo de Watson y Crick tiene gran importancia ya que:

•          Explicó la forma en que se almacena la información genética en la molécula de ADN.

•          Explicó la forma en que se transmite la información genética la explicación al brindar la base para el mecanismo de la replicación, pues el carácter complementario indica que durante el proceso de réplica cada una de las cadenas puede ser usada como un molde para dirigir la síntesis de la cadena opuesta.

Tipos de ADN. Se diferencia en el diámetro de la hélice, tipo de hélice ancho y profundidad del surco mayor y menor

·         ADN A

·         ADN B

·         ADN Z

Funciones de esta molécula.

El ADN cumple las funciones de almacenar, conservar y transmitir la información genética.

Esta molécula contiene la información que determina todas las características hereditarias del organismo.

En términos moleculares, posee la información de la secuencia de aminoácidos de todas las proteínas sintetizadas por el organismo.

A continuación orientaremos el estudio de los ácidos ribonucleicos.

• Se hace resumen parcial y preguntas de comprobación.

Continúa la proyección de la videorientadora desde la Diapo 18 hasta la 29.

ÁCIDO RIBONUCLEICO

La estructura de la cadena del ácido ribonucleico o ARN.

• La molécula del RNA presenta las bases nitrogenadas: citosina - guanina  y adenina - uracilo. Los ARN no tienen en su estructura la base nitrogenada timina.

• Los enlaces 3´ 5´ fosfodiéster que unen entre sí a los ribonucleótidos y en el centro al azúcar ribosa.

• La ribosa es el azúcar que forma parte del ácido ribonucleico o ARN, en el carbono 2 presenta un grupo hidroxilo. La presencia del 0H en el carbono 2 hace que los ARN sean susceptibles a la hidrólisis alcalina.

• La estructura primaria del ARN consiste en la secuencia de los ribonucleótidos a lo largo de la cadena polinucleotídica unido por enlace fosfodiester

• Observen que el azúcar y el fosfato son los mismos, sólo varía en la cadena la base nitrogenada (secuencia de bases).

• En un extremo de la cadena se encuentra un grupo 5´fosfato libre, mientras que en el otro un 3´hidroxilo. (Presenta una sola cadena que se pliega y se enfrenta en determinados sectores)

• La composición de bases de los ARN es más heterogénea que la del ADN, pues en ellos existen numerosas bases modificadas que puede llegar en algunos ARN a representar hasta el 10 %  del total de bases de la molécula.

Ahora veremos los tipos principales de ARN.

Existen tres tipos principales de ácidos ribonucleicos, se distinguen tanto estructural como funcionalmente. Tomando como criterio su participación en la síntesis de proteínas.

 Mencionaremos  a continuacion su función principal:

•          ARN de transferencia, que transportan a los aminoácidos hacia los ribosomas durante la síntesis de proteínas.

•          ARN ribosomal, estructura que participa en la síntesis de proteínas y

•          ARN mensajero, que lleva la información genética desde el ADN al ribosoma para la síntesis de proteínas.

Otras funciones que realizan los ARN relacionadas con la síntesis y procesamiento de las proteínas son:

•          Participar en el procesamiento de otros ARN.

•          Participar en el proceso de secreción de proteínas.

•          Actividad catalítica y

•          En algunos virus son portadores de la información  genética.

Comenzaremos ahora el estudio de cada tipo de ARN.

ARN DE TRANSFERENCIA O ARN_T

Los ácidos ribonucleicos de transferencia se caracterizan por:

•          Ser polinucleótidos pequeños, que están compuestos por 60 a 95 nucleótidos, aunque la mayoría tienen 76.

•          Presentar bases modificadas, que pueden llegar hasta un 20 % es decir, otras bases que no son las cuatro bases que habitualmente tienen los ARN

•          Presentar estructura tridimensional similar entre ellos.

•          Existe al menos uno para cada aminoácidos

A continuación estudiaremos la estructura general de los mismos.

Su estructura primaria es la secuencia de los ribonucleótidos en la cadena polinucleotídica, determinando los demás niveles estructurales y por tanto su forma tridimensional, como sucede generalmente con las moléculas informacionales.

La representación de la estructura secundaria de esta molécula corresponde por su parecido a una hoja de trébol.

Está constituido por una sola cadena que se pliega en cuatro sectores de apareamientos de bases, llamados tallos. En esta estructura un tallo y su asa correspondiente forman un brazo y cada brazo tiene una longitud y disposición característica.

Se señalan los brazos: anticodón, aminoacídico, timina - pseudouridina -citosina (TψC) y dihidrouridílico (D).

El extremo 5´ tiene un grupo fosfato y el extremo 3´ hidroxilo termina en la secuencia citosina-citosina-adenina (CCA), que no esta apareado y es el sitio donde se une el aminoácido que será transportado, por este motivo el brazo se denomina aminoacídico.

En el extremo del brazo anticodón se encuentran tres bases nitrogenadas consecutivas que constituyen el anticodón, estructura responsable de reconocer el codón del ARN mensajero en el proceso de síntesis de proteínas.

La estructura terciaria de los ARN de transferencia será orientada a continuación.

Observen que estas moléculas presentan una forma tridimensional similar a una L invertida.

Fíjense que el lado vertical de la L se forma por el brazo D y el brazo anticodón, localizándose en su extremo el anticodón, estructura muy importante ya que es el sitio por el cual la molécula reconoce al codón presente en el ARN mensajero.

El lado horizontal lo forma el brazo timina pseudouridina citosina (TψC) y el brazo aminoacídico y en su extremo se encuentra el sitio de unión del aminoácido que será transportado, aspecto importante en el proceso de síntesis de proteínas.

En ambos lados la molécula forma una doble hélice similar al ADN pero con apareamientos menos específicos.

Esta estructura es mantenida por interacciones débiles: fuerzas de empalizadas y puentes de hidrógeno entre las bases y grupos fosfatos.

ARN RIBOSOMAL

El ARN ribosomal se encuentra formando parte de los ribosomas, donde está asociado a proteínas específicas.

Hay que destacar que presenta bases modificadas o raras en su estructura. En menor cuantía que el RNAt llegando hasta 1%

Los ribosomas son organelos citoplasmáticos no membranosos, formados por dos subunidades desiguales; la mayor o L y la menor o S.

El ARN representa aproximadamente la mitad del peso del ribosoma, siendo el resto proteínas específicas.

La estructura de un ribosoma, donde deben observar las dos subunidades que lo forman, la mayor o L y la menor o S.

ARN MENSAJERO

Los ácidos ribonucleicos mensajeros difieren en cuanto a su tamaño en dependencia de la proteína que codifican. Se presenta en el citoplasma unido a las proteínas al igual que el RNAr

No presentan bases modificadas en su estructura, ya que deben contener la copia exacta de la información genética presente en el ADN para garantizar la fidelidad de la síntesis de proteínas.

Su tiempo de vida media es muy corto en comparación con los ARN ribosomal y de transferencia son moléculas con metabolismo inestables, o sea, son degradados con rapidez, debido a que son reemplazados en la célula después que es utilizada su información.

• Se hace resumen parcial y preguntas de comprobación.

·         Se orienta el estudio independiente y las tareas docentes para el logro de los objetivos propuestos, estimular el aprendizaje y ofrecer potencialidades educativas para la búsqueda y adquisición de conocimientos y el desarrollo de habilidades de los estudiantes durante la consolidación, práctica docente y  la evaluación, para lo cual deberán ante todo revisar el CD y la guía didáctica con las orientaciones del tema para cada una de las actividades que tendrán en la semana.

CONCLUSIONES

·         Se hace un resumen generalizador de los principales aspectos tratados en la conferencia.

o   Los ácidos nucleicos, ADN y ARN son  macromoléculas informacionales.

o   La estructura del ADN en dos cadenas complementarias garantiza el almacenamiento, conservación y transmisión de la información genética.

o   Los principales tipos de ARN participan fundamentalmente en la expresión de la información genética o síntesis de proteínas.

o   Los ARN de transferencia son pequeños y presentan estructura tridimensional similar entre ellos. Su función es transportar los aminoácidos hacia los ribosomas en la síntesis de proteínas.

o   Los ARN ribosomales forman parte de la estructura del ribosoma, participando en la síntesis de proteínas.

o   El ARN mensajero lleva la información del ADN al ribosoma para la síntesis de proteínas.

• Se orienta la bibliografía
• Se motiva la próxima actividad que tratará el esqueleto de los miembros.