HIPERTEXTOS DEL ÁREA DE LA BIOLOGÍA
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Ácidos Nucléicos


Ácidos Nucleicos|Apareamiento de bases|Estructura del ADN |Resumen de datos básicos del ADN|ARN | Dogma central de la Biología|Enlaces | Glosario |Bibliografía

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  • Conocer las unidades moleculares básicas que componen los ácidos nucleicos.

  • Entender la variabilidad funcional de los mismos.

  • Relacional el principio de complementariedad de bases con la formación de puentes de Hidrógeno.

  • Comprender la disposición espacial del ADN

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Ácidos Nucleicos

Hay dos tipos de ácidos nucleicos (AN): el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN), y están presentes en todas las células. Su función biológica no quedó plenamente demostrada hasta que Avery y sus colaboradores demostraron en 1944 que el ADN era la molécula portadora de la información genética.

Los ácidos nucleicos son polímeros lineales de un monómero llamado nucleótido (Figura de la derecha), cada nucleótido está formado, mediante un enlace éster, por un ác. fosfórico y un nucleósido (zona sombreada de la figura), este último se constituye por la unión de  una pentosa (la D-ribosa o la 2-desoxi-D-ribosa), y una base nitrogenada (purina o pirimidina). 

Las bases nitrogenadas pueden ser purinas: ADENINA y GUANINA, las bases pirimidínicas son: CITOCINA, TIMINA y URACILO. La timina solo puede formar ADN y el uracilo solo está presente en el ARN.

 

Version en colores de las bases solas,obtenida de la Universidad de Virginia.

 

La figura que sigue muestra las base en los nucleótidos: base + azucar + fosfato.

Note que la adenina y guanina son purinas y que la timina y citosina son pirimidinas.

Apareamiento de bases

Los nucleótidos se enlazan  para formar los ácidos nucleicos o polinucleótidos. 
En las hebras enfrentadas A se complementa con T, y G se complementa con C. A menudo los pares de bases son mencionados como A-T o G-C, adenina a timina y guanina a citosina. Raramente los libros o las personas usan los nombres completos de las bases. A-T están unidas por dos puentes Hidrógeno y C-G por tres.

 En la clase de este año (2004) un alumno me enseño esta mnemotecnia, apta para aquellos que gustan del tango

Anibal Troilo por A-T

Carlos Gardel por C-G 

 

Los nucleótidos se forman por la unión del C5' de la pentosa con el grupo fosfato formando un nucleótido monosfato. La cadena se va formando al enlazar los fosfatos al C3' de otro nucleótido. Así la cadena tiene un extremo 5´y un extremo 3´.

Estructura del ADN

Algunos autores definen estructuras que denominan primarias, secundarias, etc. en orden de complejidad creciente, similar a las de las proteínas.

Las cuatro bases nitrogenadas del ADN se encuentran distribuidas a lo largo de la "columna vertebral" que conforman los azúcares con el ácido fosfórico en un orden particular, (la secuencia del ADN). La adenina (A) se empareja con la timina (T) mientras que la citosina (C) lo hace con la guanina
La estructura primaria del ADN está determinada por esta secuencia de bases ordenadas sobre la "columna" formada por los nucleósidos: azucar + fosfato. Este orden es en realidad lo que se transmite de generación en generación (herencia).

Estructura secundaria
: es el modelo postulado por Watson y Crick la doble hélice, las dos hebras de ADN se matienen unidas por los puentes hidrógenos entre las bases. Los pares de bases están formados siempre por una purina y una pirimidina, de forma que ambas cadenas están siempre equidistantes, a unos 11 Å una de la otra. Los pares de bases adoptan una disposición helicoidal en el núcleo central de la molécula, ya que presentan una rotación de 36º con respecto al par adyacente, de forma que hay 10 pares de bases  por cada vuelta de la hélice. La A se empareja siempre con la T mediante dos puentes de hidrógeno, mientras que la C se empareja siempre con la G por medio de 3 puentes de hidrógeno

Modificado de: Primer on Molecular Genetics .(http://www.gdb.org/Dan/DOE/intro.html)


tomado de http://www.ehu.es/biomoleculas/AN/an4-1.htm  

En cada extremo de una doble hélice lineal de ADN, el extremo 3'-OH de una de las hebras es adyacente al extremo 5'-P (fosfato) de la otra. En otras palabras, las dos hebras son antiparalelas (Figura superior), es decir, tienen una orientación diferente. Por convención, la secuencia de bases de una hebra sencilla se escribe con el extremo 5'-P a la izquierda.

Estructura terciaria: es la forma en que se organiza esta doble hélice,

 

En Procariotas (así como en las mitocondrias y cloroplastos eucariotas) el ADN se presenta como una doble cadena (de cerca de 1 mm de longitud), circular y cerrada, que toma el nombre de cromosoma bacteriano. Esta "gigantesca" molécula circular tiene un peso de    3 X 10 9d (daltons). No posee las histonas del cromosoma eucariota, pero se ha comprobado la existencia de proteínas y poliaminas de bajo peso molecular y de iones magnesio que cumplirían su función. El cromosoma bacteriano se encuentra altamente condensado y ordenado ("supercoiled" o superenrrollado). 

En virus, el ADN puede presentarse como una doble hélice cerrada, como una doble hélice abierta o simplemente como una única hebra lineal.

En los Eucariotas el ADN se encuentra localizado principalmente en el núcleo, apareciendo el superenrrollamiento (trenzamiento de la trenza) y la asociación con proteínas histónicas y no histónicas. 
El ADN se enrolla (dos vueltas) alrededor de un octeto de proteínas histónicas formando un nucleosoma, estos quedan separados por una secuencia de ADN de hasta 80 pares de bases, formando un "collar de perlas"  o más correctamente denominado fibra de cromatina, siendo la estructura propia del núcleo interfásico, que no ha entrado en división. Este collar de nucleosomas vuelve a enrollarse y cada 6 nucleosomas constituyen un "paso de rosca" por medio de histoma H1 formando estructuras del tipo solenoide.

En el ciclo mitótico de las células eucariotas la cromatina se enrrolla formando cromosomas, que son complejas asociaciones de ADN y proteínas .

Doble hélice y fibra de cromatina 
Enrollamiento
 de la cromatina 
Cromosoma
Núcleo de célula eucariota 

Resumen de datos básicos del ADN

  1. Unidades químicas básicas
    1. un azúcar de 5 carbonos - desoxirribosa
    2. fosfato - uniones entre los azúcares
    3. bases: purinas = adenina y guanina
      pirimidinas = timina y citosina
    4. base + azúcar = nucleósido
    5. base + azúcar + fosfato = nucleótido
  2. Una hebra
    Cada hebra esta hecha de un azúcar unido covalentemente a un fosfato que a su vez se une a otro azúcar y así sucesivamente. Cada hebra de ADN puede contener miles o millones de estas uniones azúcar-fosfato.
    Cada azúcar tiene también, una purina o pirimidina unida a él covalentemente.
  3. La doble hélice
    Una molécula de ADN consiste en dos hebras que se encuentran arrolladas una alrededor de la otra formando una doble hélice. Las bases de las dos hebras se disponen en manera tal que cuando en una de ellas hay una adenina en la enfrentada hay timina y, cuando hay guanina en la otra hay citosina. Esto satisface la regla de Chargaff en manera tal que:
    la cantidad de adenina = a la cantidad de timina (A = T)
    la cantidad de guanina = a la cantidad de citosina (G = C)
  4. Direccionalidad
    La cadena de uniones azúcar-fosfato (la "columna vertebral", backbone en inglés) está construída en manera tal que posee una polaridad, esto es, que el fosfato en el carbono 5' de la desoxirribosa se une al 3' de la siguiente desoxirribosa. En este caso se dice que tiene una dirección 5' a 3'. Las dos hebras del ADN están dispuesta en manera tal que su disposición se conoce como antiparalela, donde una de ellas va de 5'- 3' y la complementaria de 3'- 5'.

ARN

Una célula típica contiene 10 veces más ARN que ADN. El azúcar presente en el ARN es la ribosa. Esto indica que en la posición 2' del anillo del azúcar hay un grupo hidroxilo (OH) libre. Por este motivo, el ARN es químicamente inestable, de forma que en una disolución acuosa se hidroliza fácilmente. En el ARN la base que se aparea con la A es U, a diferencia del ADN, en el cual la A se aparea con T. 

 Según las modernas teorías sobre el origen de la vida, parece bastante probable que el ARN fuese el primer biopolímero que apareció en la corteza terrestre durante el transcurso de la evolución.

Se distinguen varios tipos de RNA en función, sobre todo, de sus pesos moleculares:

  • RNA MENSAJERO (RNAm)
    Se sintetiza sobre un molde de ADN por el proceso de transcripción por el cual se copia el ARN a partir del molde del ADN, pasa al citoplasma y sirve de pauta para la síntesis de proteínas (traducción).
  • RNA RIBOSÓMICO (RNAr)

El RNA ribosómico (RNAr) está presente en los ribosomas, orgánulos intracelulares implicados en la síntesis de proteínas. Su función es leer los RNAy formar la proteína correspondiente.

  • RNA de transferencia: Son cadenas cortas de una estructura básica, que pueden unirse específicamente a determinados aminoácidos. 
  • ARN corto de interferencia ( siARN: del inglés: short interfering RNA ): son componentes de una gran respuesta antiviral denominada interferencia del ARN.
  •  Ribo-llaves (ribo-switches) son formas de ARN que actúan como llaves "encendido-apagado" de gran precisión.
  • ARNnc   : ARN funcional que no codifica para síntesis proteica
  • y.......

    Tema ampliado: Non-Coding RNA Genes and the  Modern RNA World
                                  Una nueva visión del ARN

Dogma central de la Biología

El mensaje genético se encuentrta en la/las cadenas de ADN. Para que la célula se divida este ADN debe duplicarse: REPLICACIÓN, repartiéndose entre las células hijas.

Durante la interfase el funcionamiento de la célula está dirigido por las proteínas. A partir del ADN se forma una molécula de ARN mensajero (TRANSCRIPCIÓN) que sale del núcleo; el ARNm  es "leído" por el  ribosoma  (que contiene ARNo ribosómico) con la ayuda del ARNt ( o de transferencia) que le provee los aminoácidos para la formación de las proteínas (TRADUCCIÓN)

Esta serie de procesos se conoce como el dogma central de la Biología

 

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Documentos y imágenes originales de:



  • Cloroplasto (del griego khloros = verde claro, verde amarillento; plastos = formado):  Organela de la célula de algas y plantas rodeada por una doble membrana que posee el pigmento clorofila y es el sitio de la fotosíntesis. 

  • Cromosomas (del griego chroma = color; soma = cuerpo): Estructuras del núcleo de la célula eucariota que consiste en moléculas de ADN (que contienen los genes) y proteínas (principalmente histonas).

  • Eucariotas (del griego eu = bueno, verdadero; karyon = núcleo, nuez): organismos caracterizados por poseer células con un núcleo verdadero rodeado por membrana. El registro arqueológico muestra su presencia en rocas de aproximadamente 1.200 a 1500 millones de años de antigüedad

  • Genes (del griego genos = nacimiento, raza; del latín genus = raza, origen): segmentos específicos de ADN que controlan las estructuras y funciones celulares; la unidad funcional de la herencia. Secuencia de bases de ADN que usualmente codifican para una secuencia polipeptídica de aminoácidos. Tema ampliado

  • Herencia (del latín haerentia= pertenencias, cosas vinculadas) Transmisión de características de padres a hijos.

  • Mitocondria (del griego mitos = hilo, hebra; chondros = grano, terrón, cartílago): La usina celular. Organelas autorreplicantes, que se encuentran en el citoplasma de la célula eucariota rodeadas por membrana, completan el proceso de consumo de la glucosa generando  la mayor parte del ATP que necesita la célula para sus funciones.

  • Monómero (del griego monos = solo, meros = parte) molécula pequeña que se encuentra repetitivamente en otra más grande (polímero)

  • Polímero (del griego polys = muchos, meros = parte): Molécula compuesta por muchas subunidades idénticas o similares.

  • Procariota (del latín pro = antes, del griego karyon = núcleo, nuez): Tipo de célula que carece de núcleo rodeado por membrana, posee un solo cromosoma circular y ribosomas que sedimentan a 70 S (los de los eucariotas lo hacen a 80S). Carecen de organelas rodeadas por membranas. Se consideran las primeras formas de vida sobre la Tierra, existen evidencias que indican que ya existían hace unos 3.500.000.000 años. 

  • Proteínas: (del griego proteios = primario, del griego Proteo, dios mitológico que adoptaba numerosas formas). Polímeros constituidos por aminoácidos que intervienen en numerosas funciones celulares. Una de las clases de macromoléculas orgánicas que tienen funciones estructurales y de control en los sistemas vivientes. Las proteínas son polímeros de aminoácidos unidos por uniones peptídicas.

  • Ribosomas: Pequeñas organelas, compuestas de ARNr (r por ribosómico) y proteínas. Están presentes en el citoplasma de procariotas (70 S) y eucariotas (80 S). Son el sitio de la síntesis proteica. Esta compuesto de dos subunidades. Los ribosomas de las organelas eucariotas (mitocondrias y cloroplastos) tienen 70 S, es decir son similares a los de los procariotas

  • S (por Svedberg, que la definió): Unidad de velocidad de sedimentación.


  • Curtis, H. 2000. Biología.

Traducción y diagramación a cargo de :

Dr. Jorge S. Raisman, lito@unne.edu.ar
Dra. Ana Maria Gonzalez amgonza@unne.edu.ar  

Actualizado en Abril del 2003

 

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Consultas y sugerencias a los autores lito3400@yahoo.com y ana@unne.edu.ar