ACIDOS NUCLEICOS Bioquímica Dra. Silvia Varas [email protected] Tema:5 2015.
4.Nucleicos Biológica 2015 (1)
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Química BiológicaNucleótidos y Ácidos nucleicos
FAUBA
Nucleótidos y Ácidos Nucleicos
Entre las biomoléculas más importantes por su papel en el almacenamiento y transmisión de los caracteres hereditarios están los Ácidos Nucleicos, biopolímeros de elevado peso molecular, formados por otras subunidades estructurales o monómeros, denominados Nucleótidos. Estos últimos están constituidos por:
1) Una base nitrogenada
2) Un monosacárido
3) grupos fosfato
OH
O2
OH
HC
NH2
PO
OO
O
N
N O
OH
O2
OH
HC
NH2
PO
OO
O
N
N O O
OH
NH2
O2
OH
HCPO
OOP
OO
O
N
N
N
N
O
OH
NH2
O2
OH
HCPO
OOP
OO
O
N
N
N
N
Bases Nitrogenadas Compuestos heterocíclicos con carácter aromático, y disposición espacial planar o cuasiplanar
Se clasifican en Purínicas o Pirimidínicas
Bases Nitrogenadas Purínicas Bases Nitrogenadas Pirimidínicas
Adenina (A) Guanina (G)
Presentes en ADN y ARN
N
NN
NH
NH2
N
NHN
NH
O
NH2 N
N
O
O
H
HN
N
O
O
CH3H
H
N
NO
NH2
H
Citocina (C) Timina (T) Uracilo (U)2-oxo- 2,4-dioxo- 2,4-dioxopirimidina4-aminopirimidina 5-metilpirimidina
N
N
O
O
H
HN
N
O
O
CH3H
H
N
NO
NH2
H
Citocina (C) Timina (T) Uracilo (U)2-oxo- 2,4-dioxo- 2,4-dioxopirimidina4-aminopirimidina 5-metilpirimidinaADN y ARN ADN ARN
O2
OH
HCHO
NH2
N
N
N
N
Desoxiadenosina Desoxicitidina
O2
OH
HCHO N
NN
N
H
O
NH2
Desoxiguanosina
ADN desoxirribonucleósidos (desoxiribosa)
O2
OH
HCHO
NH2
N
N O
Desoxitimidina
O2
OH
HCHON
N
O
O
HCH3
Adenosina Citidina
O2
OH OH
HCHO N
NN
N
H
O
NH2
Guanosina
OH
O2
OH
HCHON
N
O
O
H
ARN ribonucleósidos (ribosa)
Uridina
O2
OH
HCHO
OH
NH2
N
N OO2
OH OH
HCHO
NH2
N
N
N
N
NucleósidosResultan de la unión de una base nitrogenada y una pentosa (ribosa o desoxirribosa) mediante una unión -N-glicosídica.
2-desoxi-ribosa
O2
OH OH
OHHCHO1'
2'3'
4'
5'O2
OH
OHHCHO
ribosa
unión (1’ 9) N glicosídica
unión (1’ 1) N glicosídica
O
OH
POH
OOPHO
OH
OO P OHHO P OH
OH
O2 -H2O
O
OHHO P O
H2O-
HO P OHOH
O
OHPOH
O
OH
O2
OH
HC
NH2
PO
OO
O
N
N O
Nucleótido: Unión de un nucleósido a un grupo fosfato (éster fosfato)
ácido pirofosfórico ácido trifosfórico
unión anhídrido
citidin monofosfato CMP adenosin difosfato ADP
unión anhídrido
unión éster fosfato
O
OH
NH2
O2
OH
HCPO
OOP
OO
O
N
N
N
Nunión éster fosfato
- Poseen mayor solubilidad en agua que los nucleósidos- Poseen fuerte carácter ácido y a pH fisiológico poseen carga negativa
OH
PO
OO
NH2
O2
OH
HCPO
OO
OPO
OO
N
N
N
N
Funciones Biológicas de los Nucleótidos
1-Portadores de energía Las reacciones biosintéticas (procesos anabólicos) ocurren a través de reacciones de reducción, para las cuales se requiere energía o poder reductor. Las que requieren energía se acoplan con la reacción de pérdida de un grupo fosfato de un nucleótido trifosfato (ATP y otros). Las otras utilizan directamente el poder reductor de otro nucleótido (NADPH).
PATP ADP + + Energía
trifosfato de adenosina30 kJ/mol
14 kJ/mol
ATP
La cantidad de energía liberada es 7,3 kcal/mol
2-Mensajeros químicos
Cuando señales químicas extracelulares (mensajeros primarios) interactúan con receptores proteicos de la membrana plasmática se sintetiza cAMP intracelular (mensajero químico)
3’, 5’-AMP cíclico (cAMP) NH2
OH
O2HC
PO
O
OO
N
N
N
N
O CH2O
N
N
N
N
NH2
CH2O P O P
P OO
O
HO
CCH3
CH3COH
NHH
CH2 CH2 CO
NH
CH2 CH2SHO O
O O OC
O
CoA
3-Transportadores de moléculas específicas (activadas)
CoAAcetil-CoA CH3 C
O
S CoA
Transportador de grupos acilo
H: + H+
H
R
+ H
H H
. .N
CO
NH2
+N
CO
NH2
R
4- Cofactores enzimáticos de oxidorreductasas
1-Nucleótidos de nicotinamida (coenzimas)
oxalacetato malatoR=H NAD+
R=PO3-2 NADP+
NAD+ NADH
COOCH OHCH2COO
COO
CH2COO
C ONAD +H
NADH+
Organismos aerobios: O2 es el aceptor final de e- provenientes de la degradación oxidativa de glucosa, que son transferidos a transportadores de electrones: nucleótidos de nicotinamida y de flavina (NAD+ y FAD).
H+
N
NN
N
NH2
OCH2O
PO O-
O
O-O P
O
OH OR
OHOH
CH2O
NH2
O
C
N+
NAD+ se reduce
Paralelamente un metabolito se oxida
nicotinamida
2- Nucleótidos de flavina
succinato fumarato
flavina
FAD
grupo prostético de flavoproteínasH
+ H : H
HR
CH3
CH3
O
O
N
N
N
NH
N
N
N
NH
O
O
CH3
CH3
R
CH
FAD FADH2 HCCOOCH2CH2COO
COO
COO
FAD + 2H+ FADH2
2H+
N
NN
N
NH2
OCH2O
PO O-
O
O-O P
O
OH
CH2
CHOH)
CH2
OH
H3C
H3C
O
O
NH
N
N
N
(3
Dinucleótido de flavina y adenina
Ciclo de los ácidos tricarboxílicos
- Ácidos Nucleicos Biopolímeros lineales de nucleótidos, unidos por enlaces diéster fosfato, sin una periodicidad aparente.
Función biológica: contener la información genética necesaria para controlar el metabolismo de un ser vivo.
Dos tipos de ácidos nucléicos: Ácido Ribonucleico (ARN) y Ácido Desoxirribonucleico (ADN).
Existen tres tipos de ARN con funciones distintas en la síntesis de proteínas y otros procesos.
ARN mensajero (ARNm), lleva el mensaje genético del ADN a los ribosomas (5% del ARN total).
ARN ribosomal (ARNr), forma parte de la estructura de los ribosomas (80% del ARN total).
ARN de transferencia (ARNt), acopla la información del ARNm con los aminoácidos (15% ARN total).
- Acido Desoxirribonucleico (ADN) Estructura Tridimensional
Estructura Primaria: Secuencia de nucleótidos unidos por uniones fosfodiéster.
El grupo fosfato ubicado en la posición 5’ de un nucleótido reacciona con el OH en 3’ de la 2’desoxi-ribosa de otro nucleótido.
La cadena es un polinucleótido de tamaño variable (cientos de millones de monómeros).
fosfodiéster
PP PP PP OH
T C C A G
extremo 5' extremo 3'
La secuencia se describe nombrando las bases empezando por el extremo 5’
polímero asimétrico
fosfato
bases
Extremo 3’
Extremo 3’
Extremo 5’
Extremo 5’
Es una estructura en doble hélice dextrógira o levógira según el ADN. Permite explicar el almacenamiento de la información genética y el mecanismo de duplicación del ADN. Postulada por Watson y Crick (1953).Carácter dicatenario estabilizado por puentes de hidrógeno entre bases complementarias e interacciones de Van der Waals entre las bases apiladas.
Cadena de información Cadena molde o plantilla (complementaria)
Complementariedad de bases
desoxiribosa
bases
A TG C
Estructura secundaria
Puente de hidrógeno
Los grupos fosfato y las unidades de monosacáridos hacen hidrofílico el exterior de la molécula de ADN
Doble hélice del ADN: La estructura de doble hélice dextrógira da flexibilidad a la molécula y le permite interactuar con las proteínas básicas (Histonas) y estabilizarse.Posee siempre el mismo diámetro (Purínicas = Pirimidínicas)
dextrógiro
ADN B
surco menor surco menor
surco mayorsurco mayor
Estructura terciaria
ADN – Nucleosomas
En las células eucarióticas, el ADN interacciona con proteínas para formar la cromatina y acomodarse en el núcleo celular.
Las proteínas más comunes son las histonas, proteínas pequeñas ricas en lisina y arginina
En la formación de los nucleosomas, la cadena de ADN se enrolla alrededor de un núcleo formado por cuatro tipos de histonas (H2A, H2B, H3 y H4). cromosoma
cromátides
Tipos de ARN: ARNm (ARNmensajero)
Ej: UUU …………….Fenilalanina Si la secuencia en ARNm es: UUUUCUCUU UCU……………..Serina la secuencia del péptido que se sintetiza será: Fen-Ser-Leu CUU……………..Leucina
Cada secuencia de 3 bases (3
ribonucleótidos) identifica a un
aminoácido para formar la cadena
polipeptídica
Lleva el mensaje genético del ADN desde el núcleo hasta los ribosomas (lugar donde se sintetizan las proteínas).La secuencia de codones que compone al ARNm determina la secuençia de aminoácidos que tendrá la proteína. Cada codón está formado por tres nucleótidos.
ARN ribosómico (ARNr)
Principal componente de los ribosomas donde se asocia, formando complejos, con proteínasEs el ARN más abundante.
60% ARN ribosomal40% proteína
Subunidad mayor
Subunidad menor
ARN transferencia (ARNt)
Transporta aminoácidos específicos a los ribosomas, donde son unidos para formar proteínas
El código expresado en el ARNm es leído por los ARNt en un proceso llamado traducción
Existe al menos un ARNt
para cada aminoácido con el anticodón complementario del codón que lo identifica
(ARNm)
Unión covalente
(éster) a un aminoácido
Anticodón: zona de apareamiento (por complementariedad de bases)con el codón del ARN m
ARNt C G U
ARN m G C A (un mensaje para Ala)
ADN ARN
Dicatenario A + G = T + C (cadenas antiparalelas complementarias) Monocatenario
Se encuentra en el Núcleo Se encuentra en el Núcleo y el Citoplasma
Citosina C Citosina Timina T Uracilo UAdenina A AdeninaGuanina G Guanina
Desoxi-ribosa Ribosa
Diferencias entre ADN y ARN
Transmisión de la información genética y síntesis de proteínas
Al segmento de ADN que contiene la información para la síntesis de una única proteína se lo llama GEN
Una de las cadenas del ADN contiene los genes con la información genética (Cadena de Información). La otra cadena sirve de molde o plantilla
La transmisión de la información genética y la síntesis de proteínas involucra diferentes procesos, tales como:
- Replicación
- Transcripción
- Traducción
-Replicación del ADN
2- Las bases complementarias expuestas impulsan el alineamiento de nucleótidos
1- La doble hélice de ADN se desenrolla en un punto llamado horquilla de replicación
Cada cadena formada es complementaria de su patrón original, produciendo dos dobles hélices hijas idénticas de ADN
Cadena original
Cadena original
Nuevas cadenas
Se sintetiza 1 copia del ADN de modo que la información genética se preserva y se transfiere a las células hijas
Los nucleótidos trifosfato son precursores de los ácidos nucleicos.
Síntesis de Proteínas -Transcripción de la información
La cadena se abre donde esta el gen
Cadena de información (gen)
Cadena molde (complemento)
Si se está sintetizando ARNm la longitud del mismo depende del largo de la cadena polipeptídica que se va sintetizar.
ADN gen G C A (un mensaje para Ala)ADN molde C G TARN m G C A (un mensaje para Ala)
El ARNm se copia por complementariedad de bases de la cadena molde o plantilla. El ARNm posee las mismas bases nitrogenadas que la secuencia del ADN (gen) denominada cadena de información. (cambiando solo T por U)
Transcripción (núcleo)
El ARNm lleva la información genética del núcleo al ribosoma (citoplasma).
El mensaje del ADN es leído y transcripto al ARNm
Síntesis de Proteínas -Traducción de la información
Traducción (citoplasma en los ribosomas) proteína
Los ribosomas se desplazan a los largo del ARNm interpretando los codones y catalizando la unión peptídica.
Los ARNt se acercan en el orden indicado por el ARNm y ubican al correspondiente aminoácido en la secuencia de la proteína que se está sintetizando.