Ácidos Nucleicos
Pruebas químicas de la función de los ácidos nucleicos
La transformación de pneumococos se debe al ADN
El material que permite la transformación es un ácido nucleico
El 32P demostró que el ADN es el material genético
ADN marcado con 32P
Proteínas marcadas con 35S
El material necesario para producir nuevos virus es ácido nucleico
Composición química de los ácidos nucleicos
Los ácidos nucleicos tienen tres componentes principales
Las bases nitrogenadas pueden ser purinas o pirimidinas
Los nucleótidos incluyen fosfato, los nucleósidos, no
Adenosina 5´-monofosfato
Guanosina 5´-monofosfato
La diferencia entre ARN y ADN radica en un hidroxilo de la ribosa
ARN
ADN
La secuencia es la estructura primaria del ADN
La cadena de ADN tiene dirección y secuencia única
Enlace fosfodiester
La secuencia de bases de la cadena es su estructura primaria
En la síntesis de ADN se utilizan nucleótidos trifosfato Cada nucleótido aporta la energía para la síntesis La síntesis es un proceso energéticamente costoso
La estructura secundaria del ADN: la doble hélice
Watson y Crick propusieron la estructura de doble hélice del ADN Qué se sabía? La naturaleza química El ADN se dispone en moléculas muy largas La cantidades de las bases (G=C y A=T) La imagen de difracción del ADN
La complementariedad de bases es clave en la función del ADN
Surco mayor
Surco menor
El modelo explica: dirección, secuencia y transmisión de información.
Existen otras estructuras de doble hélice, cada una con una función
A-ADN
B-ADN
Z-ADN (Levogiro)
Hebras ADN-ARN y ARN-ARN
Estructura normal
Relajación del súperenrollamiento
El ADN tiene una estructura terciaria
El súperenrollamiento es común en las cadenas de ADN
Trascripción - Replicación ADN circular
Las cadenas super-enrolladas tienen propiedades particulares •El súper-enrollamiento puede ser positivo o negativo. •A nivel local, aumenta o disminuye la cantidad de energía necesaria para separar las hebras. •A nivel general, afecta la forma de las moléculas, alterando, por ejemplo, su motilidad electroforética.
Empaquetamiento
El ARN: Estructura secundaria y terciaria
ARN • Los ARNs tienen varias funciones: estructurales o funcionales: – Traducción – Maduración (splicing) – Localización celular – Catálisis celular
El ARN participa en la traducción entre ADN y Proteínas
• El ARN puede formar estructuras como las del ADN • Por lo general aparece como hebras simples • Su principal papel es mediar entre ADN y proteínas
Tipos de ARN •
ARNm: MENSAJERO → nucleótidos que codifican la secuencia de aminoácidos para la formación de las proteínas.
•
ARNt: DE TRANSFERENCIA → “intérprete”, una parte de la molécula lee la secuencia nucleotídica codificada en el ARNm y la otra parte, transfiere el aminoácido apropiado a la cadena polipeptídica durante la síntesis de proteínas.
•
ARNr: RIBOSÓMICO → son moléculas asociadas con proteínas que forman una intrincada maquinaria de síntesis: ribosoma.
Tipos de ARN Tipo de ARN ARNt
# apróx. de clases diferentes en las cél.
Tamaño apróx. en nucleótidos
Distribución
80 - 100
75 -90
P,E
ARNr (5S)
1-2
120
P,E
ARNr (18S)
1
1900
E
ARNm
miles
variable
P,E
ARNhn (heterogéneo nuc.)
miles
variable
E
ARNsc (peq citoplasmático)
decenas
90 - 330
P,E
ARNsn (pequeño nuclear)
decenas
58 - 220
E
El ARN puede formar estructuras secundarias muy variadas • Las estructuras del ARN se pliegan y se aparean para formar estructuras secundarias. • En el ARN lo más importante no es necesariamente la secuencia, sino la conservación de la estructura.
Estructura del ARNt
Estructura Secundaria del ARN • La estructura secundaria del ARN está compuesta principalmente por regiones de doble cadena originadas por plegamiento de la molécula lineal sobre si misma. • Al combinarse regiones de simple y doble cadena, la energía acumulada en las bases apareadas incrementa la estabilidad energética de la molécula mientras que las bases libres la desestabilizan. • La estructura secundaria del ARN es la intermediaria entre la molécula lineal y la estructura tridimensional.
Estructura Secundaria del ARN • • • •
Stem Loops (Hairpins) Bulge Loops (Encorvado) Interior Loops Junctions (Multiloops)
El ARN puede formar estructuras terciarias muy complejas • Kissing Hairpins • Pseudoknots • Interacciones Hairpin-Bulge
El ARN puede formar estructuras terciarias muy complejas
ARN de transferencia
Ribosoma
El ARN también puede tener funciones catalíticas
RNAsa P
Estabilidad de la estructura terciaria: La Tm
La desnaturalización del ADN depende de la temperatura
La desnaturalización es una transición cooperativa
A mayor Tm, mayor es la energía necesaria para desnaturalizar una secuencia.
La temperatura de fusión depende de la secuencia de ADN
Tm= 4 (G+C) + 2 (A+T)
La Tm es de gran importancia biotecnológica. Permite, entre otras cosas, el diseño de cebadores para PCR y de diseño de sondas para hibridación.
Resumen: Como el modelo de doble hélice explica las funciones de los ácidos nucleicos
Conservación de la información
Las secuencias de nucleótidos son las encargadas de almacenar la información
Transmisión de la información: La replicación
Los apareamientos entre pares de bases (G y C) o (A y T) explican la replicación
Expresión de la información: La interacción con proteínas Surco mayor
Surco menor
Los surcos de la hélice permiten el reconocimiento de la secuencia desde el exterior de la hélice
Metabolismo de ácidos nucleicos Parte 1: Replicación, transcripción y traducción
Replicación del ADN
La doble hélice permite tres modelos de replicación del ADN ADN Parental
Conservativa
Semiconservativa
Dispersiva
El modelo de replicación es semiconservativo El modelo semiconservativo indica que cada hebra parental sirve de molde a una nueva cadena, a la que queda unida formando una nueva doble hélice.
El modelo predice la aparición de horquillas de replicación
Las horquillas de replicación son la solución más simple al problema de la separación de hebras
En la horquilla se encuentra muchas enzimas con funciones diferentes ADN polimerasa: Sintetiza ADN Helicasa: Separa las hebras Topoisomerasa: impide el super-enrollamiento Cadena retrasada
Primasa: Sintetiza cebadores de ARN Primasa
ADN ligasa
ADN ligasa: Une los fragmentos Proteinas de unión a simple cadena (SSB): estabilizan las cadenas simples
Las polimerasas de ADN necesitan un extremo libre para elongar las cadenas. Esta es la explicación del uso de cebadores en la PCR
La ADN polimerasa III de E. coli es la encargada de la replicación Funciones de las ADN polimerasas Síntesis de ADN 5´-3´ Exonucleasa 3´-5´ (corrección de errores) Sólo hay unas 10 por célula
Las otras polimerasas intervienen principalmente en la reparación de daños.
La replicación siempre tiene la misma dirección 3´ -5´
La replicación siempre tiene la misma dirección 3´ -5´
La cadena retrasada se sintetiza en fragmentos pequeños. Los huecos son llenados por la ADN polimerasa I y los fragmentos son ligados entre si por la ligasa.
La replicación siempre tiene la misma dirección 3´ -5´
La Transcripción El paso de ADN a ARN
ADN y ARN son muy similares pero tienen diferencias
ARN
ADN
Uracilo
Timina
Simple cadena
Doble cadena
Funcionalmente, la diferencia más importante con el ADN es la tendencia del ARN a presentarse como hebras simples
La transmisión de la información genética se da en un solo sentido
En condiciones reales, el flujo de información es mucho más fluido
El sentido de transmisión de la información es llamado “dogma central” de la biología molecular
Se transcribe sólo una hebra del ADN, pero no siempre es la misma
En un genoma, se aprovechan ambas hebras de ADN, no hay hebras inútiles
Iniciación, elongación y terminación Los tres pasos de la transcripción
En procariotas, la transcripción comienza en los promotores
La elongación es siempre 5´-3´ y no incluye helicasas ni topoisomerasa
La ARN polimerasa recorre el ADN hasta los promotores y se activa
La mayoria de las transcripciones son abortadas. Existen diferentes factores sigma y son importantes en el reconocimiento de los promotores.
La terminación puede ser directa o mediada por el factor Rho
El proceso de terminación es complejo, debido a la estabilidad del complejo de transcripción
La traducción El paso de ARN a proteínas. El verdadero papel del ARN.
El código genético es degenerado y casi universal Stop trp
Inicio (Se usa formilmetionina)
La estructura de los ARNt es lo que les permite traducir el código
Amino ácido ARN transferencia
Anticodón
El anticodon, no el ribosoma ni el a.a., reconoce el triplete del ARNm
El ribosoma es un complejo de ARN y proteínas
El ARN es el principal encargado de la traducción: Forma el ARNm, el ARNt y la mayor parte del ribosoma
Iniciación, elongación y terminación Los tres pasos de la traducción
La secuencia Shine-Dalgarno indica donde comienza la traducción La secuencia se encuentra a una distancia corta pero variable del primer a.a.
La secuencia es reconocida por el extremo del ARNr 16S
La unión del ribosoma la ARNm se da en tres pasos (procariotas)
3º Unión de la subunidad grande
1º Unión de la subunidad pequeña 2º Unión de la formil-metionina
El ribosoma no recorre el ARNm
La elongación es un proceso cíclico impulsado principalmente por GTP
Los codones de terminación son reconocidos por proteínas, no por ARNt
Repaso • ADN y ARN tienen estructuras similares • Las diferencias químicas son el azúcar y la base uracilo • La diferencia estructural más importante es que el ARN generalmente es de una hebra • El ADN es el encargado de coservar y transmitir la información • El ARN es el principal responsable de la traducción de la información a proteínas
Repaso • El modelo de doble hélice explica gran parte de las funciones del ADN • La replicación del ADN es semiconservativa • La replicación ocurre en las horquillas • El proceso de replicación es unidireccional y las polimerasas necesitan un extremo libre para extender las cadenas • Las polimerasas suelen tener otras actividades como la corrección de errores
Repaso • La transcripción es la síntesis de ARN teniendo ADN como molde • En procariotas, las ARN polimerasas recorren el ADN buscando promotores • Existen varios factores sigma que reconocen diferentes promotores • La finalización de la transcripción puede o no ser dependiente de Rho
Repaso • La traducción es la síntesis de proteínas a partir de ADN y es mediada por el ARN • En procariotas,el ribosoma no recorre el ARNm buscando un punto de inicio • La subunidad ribosomal pequeña reconoce una secuencia (Shine- Dalgarno) y se une al ARNm • La mayoría de las proteínas de procariotas comienza con una formil-metionina • Los anticodones de los ARNt son los verdaderos encargados de traducir el código genético
Repaso • La traducción tiene lugar en el ribosoma y requiere tanto ATP como GTP • Los codones de terminación no son reconocidos por ARNt • El código genético es universal y degenerado • El flujo de la información en la célula (ADNARN-Proteína) se conoce como dogma central de la biología • En condiciones reales el flujo de información es mucho más complejo
