ACIDOS NUCLEICOS METABOLISMO DEL ADN METABOLISMO DEL ARN SINTESIS DE PROTEINAS

NUCLEÓTIDOS Y ÁCIDOS NUCLEICOS ALGUNOS CONCEPTOS GENERALES Funciones de los nucleótidos: Compuestos ricos en energía que dirigen los procesos metabólicos en todas las células. También actúan como señales químicas respondiendo a estímulos extracelulares (hormonas). Componentes estructurales de ADN y ARN. La información necesaria para construir las secuencias de ARN o de proteínas se encuentra en la secuencia de nucleótidos del ADN. GEN: segmento de ADN que contiene la información necesaria para la síntesis de un producto biológico funcional (proteína o RNA).  En las células hay varias clases de ARN: ARN ribosómicos, ARN mensajeros, ARN de transferencia y RNA pequeños nucleares.

NUCLEÓTIDOS

 Los nucleótidos sucesivos de ADN y ARN están unidos covalentemente por puentes de grupos fosfatos.  Se une el OH 5’ de un nucleótido con el OH 3’ del siguiente por un enlace fosfodiéster.  El esqueleto covalente: unidades alternas de grupos fosfatos y residuos de pentosa.  Las bases son grupos laterales  Los esqueletos hidrofílicos.

covalentes

son

 Los fosfatos tienen un pK cercano a 0, están completamente ionizados  cargados negativamente a pH 7  el DNA es un ácido.

ESTRUCTURA DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS (Watson y Crick, 1953)

 La formación de enlaces de hidrógeno entre los grupos amino y carbonilo de las bases permiten la asociación de dos o, a veces, tres cadenas de ácidos nucleicos.  Existen patrones de enlaces de hidrogeno específicos definidos por Watson y crick, 1953. La estructura primaria de un ácido nucleico es su estructura covalente y su secuencia de nucleótidos.  la estructura secundaria es cualquier estructura regular y estable adoptada por algunos o todos los nucleótidos de un ácido nucleico.  Se denomina estructura terciaria al plegamiento complejo de grandes cromosomas en el nucleoide bacteriano o en la cromatina eucariótica.

El ADN es una doble hélice Rosalin Franklin y Maurice Wilkins, utilizando el método de difracción de rayos X, llegaron a las siguientes conclusiones: - Los polímeros de ADN son helicoidales - Tiene dos periodicidades alrededor de su eje longitudinal, una primaria de 0.34 nm y otra secundaria de 3.6 nm. - La molécula está formada por dos hebras. El modelo tridimensional  debía estar de acuerdo con estos datos y con las leyes de Chargaff.  Modelo tridimencional de Watson y Crick, 1953

Puentes H

Interacciones por apilamiento 10 residuos

Doble hebra Complementaria y antiparalelas

Es posible desnaturalizar el ADN y el ARN de doble hebra Las soluciones de ADN, en estado nativo, son muy viscosas a pH 7 y temperatura ambiente (20 a 25 ºC), pero si se las somete a valores extremos de pH y temperaturas superiores a 80 o 90 ºC, su viscosidad desciende  el ADN ha sufrido un cambio en su estado físico.

Desnaturalización o fusión del ADN por T o pH extremos: • Rotura de los enlaces H entre las bases. • Rotura de las interacciones hidrofóbicas entre las bases apareadas. • No se rompe ningún enlace covalente del ADN.

La re-naturalización consta de uno o dos pasos según la desnaturalización sea parcial o total, respectivamente: • Paso 1: Las dos hebras deben encontrarse, mediante colisiones al azar y formar un fragmento corto de doble hélice complementaria. (no es necesario si persiste un fragmento de doble hélice de 12 o más residuos) • Paso 2: Las dos hebras se comportan como una cremallera, formando la doble hélice completa.

Temperatura de fusión del ADN  Cada especie de ADN tiene una temperatura de fusión que depende de su composición.  Cuanto más alto sea el contenido de bases G-C, más elevada será la temperatura de fusión.  Si se controlan las condiciones de desnaturalización, se puede desnaturalizar las regiones ricas en A-T específicamente, mientras la mayor parte del ADN seguirá en la forma de doble hebra. Micrografía electrónica de un ADN parcialmente desnaturalizado

Las moléculas duplex de ARN son más estables que las de ADN y las formas híbridas (ARN-ADN) son intermedias.

Los ácidos nucleicos de especies diferentes pueden formar híbridos La capacidad de dos hebras complementarias de ADN para aparearse entre ellas puede usarse para detectar secuencias similares de ADN en dos especies diferentes o en el genoma de una misma especie.

Este fenómeno indica que: Los diferentes organismos comparten un cierto grado de herencia evolutiva común.  Poseen un cierto número de proteínas y ARN con funciones similares y a menudo estructuras similares. Los ADN y ARN de estas proteínas tienen secuencias homólogas.

GENES Y CROMOSOMAS  Las moléculas de ADN que contienen los genes celulares son las mayores macromoléculas.  Normalmente se encuentran empaquetadas en estructuras llamadas CROMOSOMAS  Las bacterias y virus tienen en general un solo cromosoma.  Los organismos eucarióticos tienen muchos más.

 Un cromosoma suele tener miles de genes.  El conjunto de los genes y del ADN intergénico de todos los cromosomas se conoce como GENOMA celular.

 Los ADN cromosómicos son, a menudo, varios órdenes de magnitud más largos que las estructuras biológicas (Células o Virus) que los contienen.

DNA virico  Los virus requieren una cantidad menor de información genética que las células.  Los genomas víricos pueden ser de ARN o ADN. 

DNA bacteriano

 Las bacterias contienen más ADN que los virus. Ej E. Coli tiene 200 veces más que el bacteriófago . El ADN de una E. Coli es una única molécula de ADN circular de 4,7 x 106 pares de bases y tiene un contorno de 1,7 mm (850 veces el tamaño de la célula).  Además del gran cromosoma circular (nucleoide), muchas bacterias contienen una o más moléculas pequeñas de ADN circular, libres en el citosol: estos elementos extracromosómicos se denominan PLÁSMIDOS.

Portan información genética y se replican generando nuevos plásmidos que se incorporan en las células hijas en la división celular. Generalmente, se encuentran separados y no unidos al cromosoma. En algunos casos, no aportan ninguna ventaja al organismo que los contienen. Algunos plásmidos son portadores de genes que confieren resistencia a antibióticos al huésped que los contiene. Los plásmidos son de gran utilidad para el estudio de muchos procesos del metabolismo del ADN y son un componente central en la aplicación de la tecnología del ADN recombinante.

Plásmidos

Células eucariotas  Una célula de levadura (eucariotas inferiores) tiene 4 veces mas ADN que una bacteria, Drosophila 25 veces mas. Las células humanas tienen unas 600 veces mas y las de algunas plantas y anfibios mucho mas. DNA nuclear eucariota es linear.  La longitud de contorno de DNA de una célula humana es de 2 m.  La observación microscópica demostró que el materia genético se subdivide en cromosomas.  El numero de cromosomas depende de cada especie. n=numero haploide; 2n=diploide.

Mitocondrias y cloroplastos contienen DNA  El ADN mitocondrial presente en células somáticas típicas es menor al 0.1% total.  Células en división DNA mitocondrial > DNA total.  DNA mitocondrial contiene unas 20.000 bp y es duplex circular=cloroplastos.  DNA cloroplastos>DNA mitocondrial.  El DNA mitocondrial codifica para los tRNA y rRNA mitocondriales y unas pocas proteínas mitocodriales. 95% de las proteínas mitocondriales esta codificado en el ADN nuclear.  Mitocondrias y cloroplastos se dividen al dividirse las células. Antes y durante la división celular el ADN se replica y las moléculas hijas pasan a los orgánulos generados.

Los genes son segmentos de ADN que codifican cadenas polipeptídicas y ARN Desde una visión biológica, un GEN es aquella parte de un cromosoma que determina o afecta a un solo carácter o fenotipo . Un gen-una enzima (Beadle y Tatum, 1940) Un gen- una proteína Un gen – un polipéptido Finalmente, se observó que algunos genes codifican diferentes clases de ARN, como tARN o rARN. Los genes que codifican para polipéptidos o ARN se denominan genes estructurales. El ADN también contiene otros segmentos que tienen una función puramente reguladora: secuencias reguladoras. Colinealidad de las secuencias de nucleótidos de ADN y mARN y de las secuencias de aminoácidos.

Los intrones interrumpen la colinealidad

CROMATINA Y ESTRUCTURA NUCLEAR En las células eucarióticas que no se hallan en proceso de división, el material cromosómico, denominado CROMATINA, es amorfo y se halla disperso y desordenado en el núcleo. Cuando las células se preparan para dividirse la cromatina se condensa y se estructura en cromosomas bien definidos. La cromatina consiste en fibras que contienen tanto ADN como proteínas. El ADN se encuentra asociado a pequeñas proteínas básicas llamadas HISTONAS, que empaquetan y ordenan el ADN en pequeñas unidades estructurales llamadas NUCLEOSOMAS. Núcleo de HISTONA del nucleosoma

ADN de enlace

2 cromátidas (10 vueltas c.u.) 1 vuelta (3 rosetas)

1 roseta (6 bucles) 1 bucle (75.000 pb)

Fibras 30 nm Cromatina en forma de cuentas de rosario

CARIOTIPO clasificación de los cromosomas para identificar las anormalidades morfológicas y numéricas

METABOLISMO DEL ADN

Metabolismo del ADN

Replicación: produce una replica exacta. Reparación

Existe una baja tolerancia biológica a cambios en la secuencia del ADN. Es la única molécula para la que existen mecanismos de reparación.

Recombinación: se produce por la necesidad de un grado de diversidad genética  nuevas combinaciones de ALELO (sin alterar la disposición génica) Forma alternativa de un mismo GEN

Las enzimas que degradan el ADN se llaman NUCLEASAS o DNasa. exonucleasas: degradan el ADN desde los extremos, puede haber específicas: 5’3’ o 3’  5’. • endonucleasas: actuan en el interior. Algunas cortan en secuencias específicas. Ej. Las endonucleasas de restricción.

DNA POLIMERASA

Reacción catalizada por la ADN polimerasa

Replicación del ADN de E. Coli

Eliminación de los cebadores de RNA y unión de fragmentos (procariotas)

Eucariotas: eliminación de fragmentos ARN por ARNasa H (exonucleasa 5’—3’), huecos: polimerasa δ y luego ADN ligasa

Acción de las topoisomerasas durante la replicación del DNA

Modelo de la horquilla de replicación de E. Coli

Las ADN polimerasas son muy precisas CORRECCIÓN DE PRUEBAS

-Las ADN polimerasas tienen una actividad exonucleasa 3’5’ separad