ácidos nucleicos- Temario de la EvAU

Ácidos Nucleicos

Los ácidos nucleicos son biomoléculas orgánicas fundamentales que cumplen un papel crucial en el almacenamiento y transmisión de información genética hereditaria. Estos compuestos complejos son polímeros de nucleótidos, cada uno de los cuales está formado por tres componentes básicos: un grupo fosfato, una pentosa y una base nitrogenada. Existen dos tipos principales de ácidos nucleicos: el ADN (Ácido Desoxirribonucleico) y el ARN (Ácido Ribonucleico), que se diferencian en estructura y función.

Nucleótidos

Definición

Los nucleótidos son los monómeros que componen los ácidos nucleicos y son esenciales para la formación de las cadenas que constituyen estas moléculas.

Estructura de un nucleótido

• Grupo fosfato: Compuesto por un átomo de fósforo (P) y cuatro átomos de oxígeno (O), este grupo es responsable de la capacidad de los nucleótidos para unirse entre sí.

• Pentosa: Un monosacárido de cinco carbonos. El término "penta" significa cinco. Hay dos tipos de pentosas presentes en los nucleótidos:

  • Ribosa: Contiene un grupo hidroxilo (-OH) en el carbono 2’.

  • Desoxirribosa: Carece de este grupo en el carbono 2’, lo que afecta la estructura y función del ADN.

Bases nitrogenadas

Existen dos categorías de bases nitrogenadas:

• Purinas: Estructuras de dos anillos, que incluyen la adenina (A) y la guanina (G).

• Pirimidinas: Formadas por un solo anillo, e incluyen citosina (C), timina (T), y uracilo (U). En el ADN, la citosina se une con la guanina, y la adenina con la timina, formando pares de bases que son críticos para la estabilidad de la estructura de doble hélice. Por otro lado, en el ARN, la citosina se empareja con la guanina y la adenina con el uracilo.

Formación del nucleótido

Un nucleótido se forma a través de la unión de un grupo fosfato, una pentosa y una base nitrogenada. Un nucleósido es el resultado de una base nitrogenada unida a una pentosa, sin la presencia de un grupo fosfato, mientras que los nucleótidos se enlazan por medio de enlaces fosfodiéster, formando largas cadenas de ácidos nucleicos.

Funciones de los Nucleótidos

• Función estructural: Forman parte integral de los ácidos nucleicos (ARN y ADN), proporcionando la estructura básica para la transmisión genética.

• Transportadores de energía:

  • ATP (Adenosín trifosfato): Un nucleótido fundamental que almacena y transfiere energía en las células.

  • Su estructura consiste en una base nitrogenada (adenina) unida a ribosa con tres grupos fosfato, lo que permite la liberación de energía cuando se rompen los enlaces entre los fosfatos.

• Mensajeros químicos:

  • AMP (Adenosín monofosfato): Actúa como mensajero químico en vías de señalización celular, transmitiendo información entre células.

• Coenzimáticos: Derivados de ATP, como el FADH2, están involucrados en reacciones metabólicas, especialmente en procesos de oxidación-reducción.

ADN (Ácido Desoxirribonucleico)

El ADN está compuesto por cadenas de nucleótidos que incluyen adenina, timina, guanina y citosina.

Estructura

• Células Eucariotas: Presentan ADN lineal y bicatenario, que se encuentra dentro del núcleo de la célula.

• Células Procariotas: Tienen ADN que es circular y bicatenario, ubicado en el citoplasma.

• Virus: El ADN viral puede ser monocatenario o bicatenario, y puede exhibir formas lineales o circulares.

Niveles estructurales

1. Estructura primaria: Secuencia de nucleótidos conectados mediante enlaces fosfodiéster, con extremos 5' (grupo fosfato) y 3' (grupo hidroxilo).

2. Estructura secundaria: Simmplemente el empaquetamiento de la cadena lineal, por lo que la cadena ADN se enrolla. Doble hélice formada por cadenas antiparalelas y complementarias, asociadas por puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas que se encuentran en el interior formadas por pentosas y una gruo fosfato. La adenina y timina se unen por 2 puentes de hidrogeno. la guanina y citosina por 3 enaces de hidrógeno.

3. Estructura terciaria: Cadenas de ADN enrolladas alrededor de proteínas llamadas histonas, formando estructuras denominadas nucleosomas.

4. Estructura cuaternaria: Resultado final de la organización del ADN en los cromosomas.

Desnaturalización y renaturalización: Estos procesos, que dependen de la temperatura, afectan la estructura secundaria del ADN e implican la separación y posterior unión de las cadenas. La estructura de doble hélice puede romperse al subir la temperatura (100°), las dos hebras se separan.

• El proceso contrario es la RENATURALIZACIÓN. Este fenómeno ocurre cuando las condiciones regresan a un estado que permite que las hebras de ADN se vuelvan a unir, formando nuevamente la doble hélice.

• Ejemplo: La desnaturalización del ADN puede observarse durante la replicación celular, donde la doble hélice se separa para permitir la síntesis de nuevas cadenas complementarias.

ARN (Ácido Ribonucleico)

El ARN es un polímero de nucleótidos que incluye adenina, guanina, citosina y uracilo.

Tipos de ARN

• ARN mensajero (mARN): Transcribe información del ADN y tiene una estructura lineal y monocatenaria. Presenta un extremo 5' con un capuchón y un extremo 3' con una cola poli-A (4 adeninas juntas).

• ARN transferente (tARN): Monocatenario. Reconoce y transporta aminoácidos hacia los ribosomas, posee regiones de doble hélice y contiene un anticodón. Su longitud puede variar significativamente.

• ARN ribosómico (rARN): Constituye largos tramos monocatenarios que forman parte de la estructura de los ribosomas, con roles fundamentales en la síntesis de proteínas.

Expresión genética

• Transcripción: Proceso durante el cual la información contenida en el ADN se copia a una molécula de ARN mensajero.

• Traducción: El ARN mensajero es utilizado para sintetizar una cadena polipeptídica (seecuencia de aminoacidos), formando así proteínas en los ribosomas en el RER. Este proceso en el citoplasma es crucial para la expresión de los genes y la regulación de las funciones celulares.

Unión de Nucleótidos

La unión de nucleótidos en una cadena de ácidos nucleicos se lleva a cabo mediante enlaces fosfodiéster, donde:

• El átomo de carbono 5' (C5') de la pentosa de un nucleótido se une al átomo de carbono 3' (C3') de la pentosa del siguiente nucleótido.

• Este proceso involucra la formación de enlaces éster, donde dos enlaces éster están unidos a un grupo fosfato, permitiendo que los nucleótidos se conecten para formar largas cadenas de ácidos nucleicos.

1. Doble hélice de ADN

• Representa la estructura básica del ADN, con dos cadenas enrolladas en forma de hélice.

• Se observa que tiene un diámetro de 20 Å (angstroms).

2. Nucleosoma

• El ADN se enrolla alrededor de un complejo de proteínas llamado octámero de histonas (compuesto por H2A, H2B, H3 y H4).

• Cada nucleosoma está unido por una histona H1, que ayuda a estabilizar la estructura.

• El diámetro de la hebra de ADN en esta etapa es de 10 nm.

3. Fibra de 30 nm (Solenoide)

• Los nucleosomas se organizan en una estructura más compacta conocida como fibra de 30 nm.

• Esta compactación es mediada por la histona H1 y otras interacciones entre nucleosomas.

4. Asas cromatínicas (300 nm)

• La fibra de 30 nm se organiza en asas cromatínicas que se anclan a una estructura proteica.

• Estas asas permiten una mayor compactación del ADN.

5. Cromosoma condensado (700 nm)

• En la etapa final de compactación, las asas cromatínicas se condensan aún más para formar un cromosoma visible durante la metafase.

• Este nivel de compactación es esencial para la división celular.

6. Cromosoma en metafase

• Representa la forma más compacta del ADN, con un diámetro de 700 nm.

• Es la estructura que se observa durante la división celular (mitosis o meiosis).

Resumen

La imagen ilustra cómo el ADN pasa de una estructura lineal (doble hélice) a una forma altamente compacta (cromosoma), permitiendo que grandes cantidades de información genética se almacenen en el núcleo celular de manera eficiente.

• La compactación del ADN es crucial para la correcta distribución del material genético durante la división celular.

• Asegura que cada célula hija reciba una copia completa del ADN.

• Este proceso implica la interacción del ADN con proteínas llamadas histonas, que ayudan a formar la estructura de los cromosomas.

• Los dominios en bucle son importantes en la estructura de ciertas proteínas y ácidos nucleicos.

• En proteínas, un dominio en bucle se refiere a una sección no estructurada como hélices alfa o hojas beta, permitiendo flexibilidad.

• Esta flexibilidad es crucial para la función de la proteína, facilitando interacciones con otras biomoléculas.

• En ácidos nucleicos, los bucles son regiones de ARN no emparejadas, permitiendo interacciones con ribosomas o proteínas durante la síntesis de proteínas.

• Los cromosomas organizan y contienen la información genética de los organismos.

• Los dominios en bucle influyen en el plegamiento y organización de las hebras de ADN dentro de los cromosomas.

• Permiten interacciones específicas entre distintas partes del ADN, facilitando la regulación de la expresión génica.

• Ayudan a mantener la estructura adecuada del cromosoma.