Tema 7: ÁCIDOS NUCLÉICOS

ÁCIDOS NUCLEICOS

1. Su importancia biológica

Los ácidos nucleicos cumplen la inmensa mayoría de las funciones de los seres vivos. La síntesis de esas proteínas esenciales están controlados por los ácidos nucleicos, que son los que contienen las instrucciones para la construcción de un organismo completo a través de la construcción de sus proteínas (instrucciones de uso). Son el ADN y el ARN.

2. Nucleótidos: Enlaces y funciones biológicas.

Los nucleótidos son el monómero de los ácidos nucleicos, que a diferencia de otros monómeros, como los glúcidos, son tres moléculas, es decir, por hidrólisis de un nucleótido surgen tres moléculas:

• Ácido ortofosfórico: Es útil para enlazar porque tiene tres grupos OH, que se pueden unir a cosas distintas.

• Pentosa: Es la ribosa o desoxirribosa. La ribosa Beta - D ribofulanosa y la desoxirribosa es Beta - D - desoxirribosa. 

• Bases nitrogenadas: Bases púricas con dos anillos o bases pirímicas con un anillo. Se caracterizan porque tienen muchos dobles enlaces que son resonantes (pueden cambiar de posición). Como consecuencia existen electrones deslocalizados, de modo que producen cargas eléctricas fluctuantes (negativas), que son las que permiten a las bases nitrogenadas capturar protones.  

2.1 Nucleótidos de interés biológico

Adenosin monofosfato (AMP): Forma un enlace de alta energía por la repulsión eléctrica del fósforo.
Estos enlaces sirven para almacenar energía. Se rompen fácilmente por hidrólisis y liberan la energía que necesitaron para formarse, por eso, funciona como enzima transportadora de energía.
La energía química, de enlace, es la única forma de energía utilizable por los seres vivos.
Las coenzimas transportadores de energía son  ATP / ADP - GTP / GDP  - CTP / CDP - TTP / TDP o UTP / UDP
El adenosin monofosfato cíclico (AMPc) es el nucleótido de adenina que en el carbono 5' tiene un ácido fosfórico que forma un segundo enlace con el carbono 3' de la adenina. El enlace es un enlace éster intramolecular.
El AMPc se conoce como el segundo mensajero. Es un mediador entre moléculas extracelulares portadoras de información, como ; las neuronas y los neurotransmisores, en el interior de la célula es donde tiene su efecto.
Cuando estos nucleótidos se combinan con otras moléculas forman NAD+, NADP+, FMN+, FAD+.
Son coenzimas redox, transportadores de electrones y protones.

2.2 Enlace fofodiéster

Es un tipo de enlace covalente que se produce entre un grupo hidroxilo (-OH) en el carbono 3' y un grupo fosfato (H3PO4) en el carbono 5' del nucleótido entrante, formándose así un doble enlace éster.
De esta forma se unen cientos y miles de nucleótidos.
Las cadenas van en dirección 3' a 5'.

3. Estructuras de los ácidos nucleicos.

La estructura del ADN es un polímero lineal de dexosirribonucleotidos 5´ monofosfato de A,T,G,C. Cuando se pone en medio acuoso, espontáneamente, toma un estado nativo, como las proteínas, adquiriendo su forma espacial. Puede tener hasta 4 niveles estructurales (1º,2º,3º,4º) donde cada cual depende de la anterior. 

• Estructura 1º: Es la unión de los nucleótidos mediante enlaces fosfodiester, dado que los nucleótidos son diferentes (A,T,G,C) tienen información genética, un orden, una secuencia de nucleótidos. Esta secuencia es específica de cada especie, pero también varía dentro del individuo. 

• Estructura 2º: Fue descubierta por Waston y Crick. Es un modelo de la doble hélice que explica las propiedades del ADN. Una molécula de ADN se compone de dos cadenas de nucleótidos enfrentadas y unidas por las bases nitrogenadas mediante puentes de hidrógeno. Los puentes de hidrógeno solo se producen entre A y T o G y C. Como son enlaces débiles se forman en grande cantidades. Esto permite que se pueda desnaturalizar o renaturalizar, como las proteínas. 

• Estructura 3º y 4º:  El problema que tienen los seres vivos con la estructura terciaria y cuaternaria es meter moléculas tan grandes de millones de nucleótidos dentro de unas células tan pequeñas. Si se extiende el ADN procariota mide un un milímetro, entonces lo que hacen es que la doble hélice la superenrrollan  sin ayuda de proteínas y lo cierran sobre sí mismo formando el cromosoma circular típico de los procariotas (único cromosoma que presentan). Lo reducen a una milésima de milímetro.

En los eucariotas el problema es millones de veces mayor, entonces es más difícil. Si el ADN humano se extendiera alcanzaría la longitud de dos metros en un núcleo de dos mil millonésimos de metros.

 Esto lo consiguen hacer con ayuda de las proteínas, que forman un cilindro y al rededor de ese cilindro el ADN da dos vueltas, formando el nucleosoma. Estos nucleosomas constituyen el collar de perlas, que se enrolla para formar el solenoide. 

Este solenoide se pliega y se vuelve a plegar en una serie de bucles y éstos constituyen la forma activa del ADN (está funcionando) Esto es la cromatina, que es lo que se encuentra en un núcleo interfase (una maraña). 

Cuando la célula se va a dividir, la cromatina se va a enrollar y compactar hasta que se condensa, de modo que se hace visible. Se empaquetan para la repartición, la división equitativa y ahora es llamado cromátida. Es una estructura tercera. La cromátida es la forma inactiva del ADN y dos cromátidas (siempre idénticas) unidas forman un cromosoma que forma la cuarta estructura. 

4. Estructura del ARN

Son polímeros de ribonucleótidos 5' monofosfato. Tienen ribosa diferenciada de la desoxirribosa en la que el carbono 2 tiene un OH. Como consecuencia, le aporta una carga negativa más, de modo que tendría millones de cargas negativas más. El ADN no tiene esto porque se rompería y no puede romperse porque tiene la información genética. Al ARN lo hace más inestable esta cargas, pero es una característica deseada porque se tiene que romper para su funcionamiento. Son más fáciles de hidrolizar. En cuanto a su estructura, los ARN presentan una estructura primaria, una unión o secuencia de ribonucleicos. El ARN siempre es monocatenario mientras que una molécula de ADN es bicatenaria. Aunque es monocatenario, dentro de la cadena hay partes complementarias (complementariedad de bases) donde puede formar un doble hélice (e. 2º) y en otros lugares, donde no hay complementariedad, forma bucles. El conjunto es una estructura 3º, típico del ARN transferente y ribosómico.

4.1 ARN mensajero

Sólo tiene estructura primaria, que tiene una relación lineal con el ADN. Esta relación lineal significa que tiene complementariedad con la cadena 3' - 5'. 

La función del ARNm es copiar fragmentos de la cadena de ADN (un gen). Un gen es el plano de una proteína. Cuando lo copia, ocurre en el núcleo. Transmite esta información a los ribosomas, en el citoplasma, donde leen y traducen para fabricar la proteína. El ARNm es el 3' - 5' del ARN total de la célula. Tiene una vida de 4-6 minutos porque es degradado inmediatamente, porque si no se degrada se fabricaría la proteína de una forma contínua. Al igual que todos los ARN, el ARNm se fabrica en el núcleo y actúan en el citoplasma. 

4.2 ARN ribosómico

Son el 80 - 85% del ARN total. Tienen un elevado porcentaje de complementariedad dentro de su cadena y tienen estructura terciaria, de modo que son compactos. Los ARNr y muchas proteínas distintas forman los ribosomas, que son los que fabrican las proteínas, únicos orgánulos macizos. Leen y traducen el código genético del ARNm que procede del ADN. Ocupan dos tripletes del código genético y permite el acceso a los ARN transferentes y cuando están colocados ahí unen los aminoácidos entre sí (fabrica la proteína).

4.3 ARN transferente

Es el 10% del total. Son moléculas pequeñas que tienen un 80% de bases complementarias, que le permiten una estructura terciaria en hoja de trébol debido a la estructura secundaria de los bucles. Todos los ARN transferentes son específicos del aminoácido que transporta, es decir, cada ARNt tiene su aminoácido y cada aminoácido tiene un anticodón, ahí se encuentra su especifidad. Su función es transportar el aminoácido hasta los ribosomas, que es donde se van a unir. Si el codón es A-A-A, el anticodón es U-U-U.

5. Funciones biológicas de los ácidos nucleicos

5.1 El código genético

El ADN se divide en fragmentos (genes) que contienen la información genética para fabricar las proteínas, los que no contienen información genética son los que fabrican ARNr y ARNt.

Esto se llama código genético, el código genético es un idioma, tiene letras(A,T,C y G),las letras se unen formando palabras, necesitamos palabras tanto como conceptos(20 palabras = 20 aminoácidos)

CARACTERÍSTICAS DEL CÓDIGO GENÉTICO

• Es universal, es igual para todos los seres  vivos, desde virus a nosotros. Esto quiere decir que procedemos de un antecesor común.
• Es no solapado, es decir, que una base solo pertenece a un triplete.
• No se señala ni con puntos ni comas ,pero si tiene señales de iniciación (AUG) y de terminación (UGA, UAA y UAG).
• Es degenerado, para facilitar la síntesis de proteína.

5.2 Transcripción

La primera estructura de ADN determina la estructura de una proteína.

Se podría hacer directamente, sin embargo no se hace, en primer lugar porque el ADN es enorme y además está en el núcleo, mientras que los ribosomas que son los que sintetizan a la proteína, están en el citoplasma.

Se forma un intermediario, el ARNm que lleva la información de la estructura primaria del ADN desde el núcleo hasta los ribosomas.

La síntesis del ARNm es la trascripción, que consiste en la síntesis de un ARN complementario(A/U G/C C/G T/A)

Las ARN polimerasas son las enzimas más complejas. Estas se fijan a regiones promotoras de ADN (T,A….son distintas en procariotas y eucariotas) Hacen que desarrolle una vuelta de ADN y utiliza una de las dos cadenas de ADN como molde para formar un cadena de ARN complementaria .Al avanzar desarrolla otra vuelta de hélice, y la anterior se vuelve a enrollar y así hasta que llega al final del gen en el que se desprende la polimerasa(ARN).

La trascripción es semejante en la células eucariotas y células procariotas con una diferencia, que los genes en procariotas son continuos, entonces el ARNm no necesita maduración, puede ser directamente traducido por los ribosomas. Pero en las células eucariotas los genes son discontinuos, con lo cual no pueden ser traducidos directamente, necesitan una maduración. 

En las células eucaritoas, después se le añade algunos nucleótidos al extremo 5´ de 7-metil Guanosina trifosforilada, para que el ribosoma reconozca el comienzo del gen.

5.3 Replicación / Duplicación / autoduplicación

6. Ribosomas