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INDICE
INTRODUCCIÓN
ESTRUCTURA Y ORGANIZACIÓN DE LOS ÁCIDOS
NUCLEICOS
ESTRUCTURA DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS
ESTRUCTURA DEL RNA
ESTRUCTURA
MOLECULAR DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS
ÁCIDOS NUCLEICOS, ESTRUCTURA Y
FUNCIÓN
ÁCIDOS NUCLEICOS, TIPOS,
COMPONENTES, FUNCION, TIPOS, FUNCION Y UBICACIÓN(RESUMEN)
CONCLUSIÓN
BIBLIOGRAFÍA
INTRODUCCIÓN
El ácido nucleico
son Moléculas muy complejas que producen las células vivas y los virus. Reciben
este nombre porque fueron aisladas por primera vez del núcleo de células vivas.
Sin embargo, ciertos ácidos nucleicos no se encuentran en el núcleo de la
célula, sino en el citoplasma celular. Los ácidos nucleicos tienen al menos dos
funciones: transmitir las características hereditarias de una generación a la
siguiente y dirigir la síntesis de proteínas específicas. El modo en que los
ácidos nucleicos realizan estas funciones es el objetivo de algunas de las más
prometedoras e intensas investigaciones actuales. Los ácidos nucleicos son las
sustancias fundamentales de los seres vivos, y se cree que aparecieron hace
unos 3.000 millones de años, cuando surgieron en la Tierra las formas de vida
más elementales. Los investigadores han aceptado que el origen del código
genético que portan estas moléculas es muy cercano en el tiempo al origen de la
vida en la Tierra. Los bioquímicos han conseguido descifrarlo, es decir,
determinar la forma en que la secuencia de los ácidos nucleicos dicta la
estructura de las proteínas.
ESTRUCTURA Y ORGANIZACIÓN DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS
La información en las células reside en el genoma, que
está formado por DNA, menos en el caso de algunos virus que es RNA. El DNA es
donde se almacena la información. Es la única molécula capaz de autocopiarse en
un proceso llamado replicación. Sólo ocurre cuando la célula va a dividirse. La
información contenida ha de expresarse, pero nunca toda a la vez, sino por
fragmentos llamados genes, en el proceso llamado transcripción.
Por este medio se obtienen el RNA. Hay varios tipos:
-
rRNA: ribosómico: es un componente importante de los
ribosomas.
-
tRNA: de
transferencia, participa en la síntesis de proteínas y se encarga de reconocer
a los aminoácidos participantes.
-
mRNA: mensajero, llevan un mensaje para hacer una proteína
durante el proceso de traducción.
El
flujo de información es siempre unidireccional.
ESTRUCTURA DE LOS
ÁCIDOS NUCLEICOS
Junto con las proteínas, son las macromoléculas más
abundantes en las células. Son polinucleótidos,
porque sus monómeros son nucleótidos. Todos son cadenas covalentes lineales.
Nucleótidos: formados por tres componentes:
- Azúcar 5 C: Los
nucleótidos se diferencian según el azúcar. Si es una ribosa, forma parte del
RNA y si es desoxirribosa, del DNA.
- Fosfato.
- Base nitrogrenada: pueden ser de dos tipos:
- Purinas: derivados
de la purina; son adenina y guanosina.
- Pirimidinas:
derivadas de la pirimidina, uracilo, timina y
citosina.
En los ácidos nucleicos nunca están sin sustituir.
Todas la bases tienen grupos que pueden formar puentes de hidrógeno con más
facilidad que la purina y la pirimidina. En el DNA, las purinas serán adenina y
guanosina mientras que las pirimidinas serán timina y
uracilo. En el RNA las purinas son las mismas pero
las pirimidinas serán uracilo y citosina, pero nunca
timina. Las bases nitrogenadas se unen mediante un enlace N-glicosídico.
El N es el 1-pirimidinas y el 9-purinas.
base nitrogenada
+ azúcar nucleótido + P nucelótido
El
P siempre está en el carbono 5 del azúcar. Los nucleótidos pueden tener más de
un grupo P.
Molécula de adenina del DNA: un CH2 unido a ribosa y ésta a una base. Estas formas existen libres en
la Naturaleza y son muy importantes para la célula. Al enlace que une el
P con otro átomo se le llama fosfoanhidro. Sin las
bases en la adenina tendremos AMP, ADP ó ATP respectivamente. Todos los nucleótidos
de la misma cadena están orientados de la misma forma y se une el 3' de un
nucleótido con el 5' del siguiente. Al principio siempre habrá un P libre (5')
y al final un OH (3'). Se representan siempre en dirección 5'3', que es la
dirección en que se sintetizan. El enlace que une dos nucleótidos es fosfodiéster y el esqueleto es muy regular, siendo lo único
que varía las bases. Esta secuencia de bases es la que recoge el código
genético.
Estructura
primaria de los ácidos nucleicos:
formada por la secuencia de nucleótidos. No existe ninguna restricción respecto
a la secuencia de bases.
Estructura
secundaria de los ácidos nucleicos:
tridimensional, mantenida por interacciones débiles. Modelo estructural de la
doble hélice propuesto por Watson
y Crick. Se basaron en las experiencias de Chargaff en cuanto a la composición de bases. Descubrieron
que la cantidad de adenina era igual a la de timina y que la de citosina igual
a la de guanina, basándose en difracción de rayos X. Propusieron un modelo de
cadenas antiparalelas ordenadas en una estructura
helicoidal dextrógira, el modelo de la doble hélice. Resultó que una timina
siempre tenía delante una adenina, y una citosina tenía una guanina. Además T-A
tiene 2 puentes de hidrógeno y C-G tiene 3, por lo que las bases estarán
formando puentes de hidrógeno que dan estabilidad a la molécula. Al organizarse
en una hélice, el esqueleto, que es hidrofílico, se
queda hacia fuera con las bases (hidrofóbicas) hacia
dentro. La disposición de las bases es perpendicular al eje de la hélice.
Además de los puentes de hidrógeno, otras interacciones débiles aportan
estabilidad:
- Interacciones hidrofóbicas de las bases
- Fuerzas de Van der Waals entre las bases
- La carga negativa de
los fosfatos
El fosfato tiene pKa = ,1
por lo que el pH fisiológico estará disociado.
Existen cargas negativas que no estarán desestabilizando porque están asociadas
a cargas positivas en casi todos los casos. Como la estructura ha de abrirse
para llevar a cabo sus funciones, la molécula de DNA podrá desnaturalizarse
(separación de las dos cadenas). Esto se consigue cuando la temperatura sube
(temperatura de fusión). A esta temperatura, encontraremos 50% de doble hélice
y 50% de cadena sencilla. Cuanto mayor sea la cantidad de citosina y timina, mayor
será la temperatura de fusión porque habrá que romper más puentes de hidrógeno.
Al formarse la doble
hélice aparecen unos surcos que serán de dos tipos:
- Surco mayor: visto el
DNA tumbado el pico de arriba.
- Surco menor: ídem el
de bajo.
Estos surcos son importantes porque a través de ellos
se pueden ver las bases. A la forma mayoritaria de DNA se la conoce como DNA-B,
de 10 nucleótidos por vuelta. Existen otras estructuras pero son minoritarias:
DNA-A:
cuando el DNA está en condiciones de deshidratación. Es más ancha (11
nucleótidos por vuelta). Tiene un hueco en el centro porque las bases están
ligeramente distorsionadas y los surcos están poco diferenciados. También
aparece cuando el DNA forma estructuras de doble cadena helicoidales.
DNA-Z:
doble cadena enrollada a la izquierda de 12 residuos por vuelta. Aparece cuando
en la cadena hay citosina y timina alternadas, y siempre en cortos fragmentos.
Estructura del RNA
Los nucleótidos están orientados en dirección 5'3'. No
existe la timina y en su lugar está el uracilo, así
como ribosa en lugar de desoxiribosa. El enlace es el
mismo. La diferencia más importante es que el RNA es de cadena sencilla, aunque
puede presentar estructura secundaria por complementariedad de bases de la
misma cadena.
Estructura de orden
superior: DNA circular y "superenrollado".
En
las bacterias, el DNA es de doble hélice y circular, uniendo los extremos 5' y
3'. En las células eucariotas existen en las
mitocondrias y cloroplastos. Tiene una propiedad muy importante y es que se
puede "superenrollar", lo que se podría
considerar como estructura terciaria. Hay 2 tipos de superenrollamiento:
- Positivo cuando se
dan vueltas de más, a la izquierda.
- Negativo cuando se
quitan vueltas, a la derecha.
Se enrolla sobre sí misma tantas veces como le demos
vueltas o se las quitemos. Cuando no está superenrollado
se dice que está relajado. La forma relajada siempre está en un plano. El superenrollamiento presenta una serie de ventajas:
Hace a la molécula de DNA mucho más compacta.. El DNA celular está superenrollado
negativamente, como si le quitáramos una vuelta. lo
que hace que eliminemos tensión en la molécula y evitemos que las cadenas estén
más separadas debido a ésta. A las moléculas de DNA que sólo se diferencian en
el grado de superenrollamiento se les llama topoisómeros y a los enzimas que se encargan de rebajar el
grado de superenrollamiento, topoisomerasas.
El superenrollamiento existe porque el DNA es muy
largo y está anclado a proteínas, por lo que no tiene libre movimiento. También
es debido a que la cadena de DNA está muy enrollada sobre proteínas.
ESTRUCTURA
MOLECULAR DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS
Una
estructura para el Ácido Desoxirribonucleico
Deseo
sugerir una estructura para la sal del Ácido Desoxirribonucleico (A.D.N.). Esta estructura tiene aspectos novedosos que
son de un interés biológico considerable.
Una
estructura para el ácido nucleico ya ha sido propuesta por Pauling
y Corey(1). Amablemente han puesto el manuscrito a
nuestra disposición antes de su publicación.
Su modelo consiste en tres cadenas entrelazadas, con los fosfatos cerca
del eje de la fibra, y las bases hacia fuera.
En nuestra opinión, esta estructura es poco satisfactoria por dos
razones: (1) creemos que el material del que se obtienen los diagramas de
rayos-X es la sal, no el ácido libre.
Sin los átomos de hidrógeno del ácido no está claro qué las fuerzas
puedan mantener la estructura unida, especialmente porque los fosfatos cargados
negativamente cerca del eje se repelerían el uno al otro. (2) Algunas de las
distancias de van der Waals
parecen ser demasiado pequeñas.
Otra estructura en cadena triple ha sido sugerida por Fraser (en prensa). En su modelo los fosfatos, están hacia fuera y las bases hacia dentro, manteniéndose unidas por enlaces de hidrógeno. Esta estructura así descrita está más bien mal definida por lo que no la comentamos.
Deseo
ofrecer aquí una estructura radicalmente distinta para la sal del ácido
desoxirribonucleico. Esta estructura
tiene dos cadenas helicoidales cada vuelta en torno al mismo eje (ver diagrama). Hemos hecho las suposiciones químicas
usuales, más específicamente, que cada cadena consiste en grupos fosfato-diéster uniendo residuos de ß-D-desoxirribofuranosa
con enlaces 3',5'. Las dos cadenas (pero
no sus bases) se relacionan por una díada perpendicular al eje de la
fibra. Ambas cadenas siguen una hélice
dextrógira, pero debido a las díadas las secuencias de átomos en las dos
cadenas corren en direcciones opuestas.
Cada una de las cadenas, por separado se parece al modelo Nº 1 de Furberg (2); esto es, las bases están sobre la parte
interna de la espira y los fosfatos en la externa. La configuración del azúcar y los átomos
cercanos se aproxima a la "configuración estándar" de Furberg, el azúcar se dispone perfectamente perpendicular a
la base adjunta. Hay un residuo sobre
cada cadena cada 3,4 en la
dirección-z. Hemos asumido un ángulo de
36 grados entre residuos adyacentes en la misma cadena, para que la estructura
se repita después de 10 residuos sobre cada cadena, esto es, después de 34 . La distancia de un átomo
de fósforo desde el eje de la fibra es 10 . Como los
fosfatos están sobre la parte externa, los cationes tienen fácil acceso a
ellos. La estructura es abierta, y su
contenido de agua es más bien alto. Para nosotros, a contenidos bajos las bases se acercarían y la
estructura sería más compacta.
El aspecto
novedoso de la estructura es la manera en que las dos cadenas se mantienen
unidas por bases púricas y pirimidínicas. Los planos de las bases son perpendiculares
al eje de la fibra. Se reúnen en pares,
una base de una de las cadenas unida mediante enlaces de hidrógeno a una base
de la otra cadena, y así las dos se unen lado a lado con idéntica coordenada z.
Una del par debe ser purínica y la otra pirimidínica. Los
enlaces de hidrógeno se hacen como se indica a continuación: purina en posición
1 con pirimidina en posición 1; purina en posición 6 con pirimidina en posición
6 [etc.]
Si
se asume que las bases sólo aparecen dentro de la estructura en la forma tautomérica más plausible (que es, con la configuración ceto más que con la enol) se
encuentran los pares
específicos de bases que pueden unirse. Estos pares son: la adenina (purínica) con timina (pirimidínica),
y guanina (purínica) con citosina (pirimidínica).
En
otras palabras, si una adenina es uno de los miembros de un par, sobre una
cadena, entonces el otro miembro debe ser timina; algo similar ocurre para la
guanina y la citosina. La sucesión de bases sobre una cadena única no parece
estar restringida de ninguna forma. Sin
embargo, si sólo pueden formarse determinados pares de bases, se sigue
que conociendo la sucesión de bases sobre una de las cadenas, entonces la
sucesión sobre la otra cadena queda determinada automáticamente.
Se
ha encontrado experimentalmente (3,4) que la relación de adenina a timina, y la
relación de guanina a citosina, están siempre muy cerca de la unidad para el
ácido desoxirribonucleico. Probablemente es imposible construir esta estructura
con un azúcar ribosa en lugar de desoxirribosa, el átomo extra de oxígeno la
haría demasiado cerrada y formaría un enlace de van der
Waals.
ÁCIDOS NUCLEICOS, ESTRUCTURA Y FUNCIÓN
El DNA (abreviatura del
ácido desoxirribonucleico) es considerado como el "manual de
instrucciones" de la vida (aunque no debemos olvidar el papel fundamental
que juega el ambiente en la expresión de la información codificada en el ADN).
Esto se debe a que esta molécula es la responsable de la síntesis de proteínas
y de la transmisión -de generación en generación- de los caracteres
hereditarios. También controla todas las actividades celulares de los seres
vivos. Este compuesto químico es el constituyente de
los genes, que se encuentran
localizados en los cromosomas.
La unidad básica del
DNA se denomina nucleótido, que contiene un azúcar (desoxirribosa), un fosfato
y una base nitrogenada. En los años '50, James Watson
y Francis Crick propusieron un modelo de molécula de
DNA con la forma de una doble hélice retorcida y espiralada.
Este maravilloso descubrimiento permitió a los científicos comprender de qué
manera el DNA controla la síntesis de proteínas, las características
hereditarias y otras actividades celulares.
ÁCIDOS NUCLEICOS, TIPOS, COMPONENTES,
FUNCION, TIPOS, FUNCION Y UBICACIÓN(RESUMEN)
Moléculas muy complejas que
producen las células vivas y los virus. Reciben este nombre porque fueron aisladas
por primera vez del núcleo de células vivas. Sin embargo, ciertos ácidos
nucleicos no se encuentran en el núcleo de la célula, sino en el citoplasma
celular. Los ácidos nucleicos tienen al menos dos funciones: transmitir las
características hereditarias de una generación a la siguiente y dirigir la
síntesis de proteínas específicas. El modo en que los ácidos nucleicos realizan
estas funciones es el objetivo de algunas de las más prometedoras e intensas
investigaciones actuales. Los ácidos nucleicos son las sustancias fundamentales
de los seres vivos, y se cree que aparecieron hace unos 3.000 millones de años,
cuando surgieron en la Tierra las formas de vida más elementales. Los
investigadores han aceptado que el origen del código genético que portan estas
moléculas es muy cercano en el tiempo al origen de la vida en la Tierra. Los
bioquímicos han conseguido descifrarlo, es decir, determinar la forma en que la
secuencia de los ácidos nucleicos dicta la estructura de las proteínas.
Las dos clases de
ácidos nucleicos son el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico
(ARN). Tanto la molécula de ARN como la molécula de ADN tienen una estructura
de forma helicoidal. Su peso molecular es del orden de millones. A las cadenas
se les unen una gran cantidad de moléculas más pequeñas (grupos laterales) de
cuatro tipos diferentes. La secuencia de estas moléculas a lo largo de la
cadena determina el código de cada ácido nucleico particular. A su vez, este
código indica a la célula cómo reproducir un duplicado de sí misma o las
proteínas que necesita para su supervivencia.
Todas las células
vivas codifican el material genético en forma de ADN. Las células bacterianas
pueden tener una sola cadena de ADN, pero esta cadena contiene toda la
información necesaria para que la célula produzca unos descendientes iguales a
ella. En las células de los mamíferos las cadenas de ADN están agrupadas
formando cromosomas. En resumen, la estructura de una molécula de ADN, o de una
combinación de moléculas de ADN, determina la forma y la función de la
descendencia. Algunos virus, llamados retrovirus, sólo contienen ARN en lugar
de ADN, pero los virus no suelen considerarse verdaderos organismos vivos.
La investigación
pionera que reveló la estructura general del ADN fue llevada a cabo por los
biofísicos británicos Francis Crick, Maurice Wilkins y Rosalind Franklin, y por el bioquímico estadounidense James
Watson. Utilizando una fotografía de una difracción
de rayos X de la molécula de ADN obtenida por Wilkins
en 1951, Watson y Crick
elaboraron un modelo de la molécula de ADN, que fue completado en 1953. La
estructura del ARN fue descrita por el científico español Severo Ochoa y por el
bioquímico estadounidense Arthur Kornberg.
Ambos sintetizaron ADN a partir de distintas sustancias. Este ADN tenía una
estructura similar a la del ADN natural, pero no era biológicamente activo. Sin
embargo, en 1967 junto con un equipo de investigadores de la Universidad de Stanford (EEUU) consiguieron sintetizar ADN biológicamente
activo a partir de reactivos muy sencillos.
Ciertos tipos de ARN
tienen una función diferente de la del ADN. Toman parte en la síntesis de las
proteínas que una célula produce. Esto es muy interesante para los virólogos, puesto que muchos virus se reproducen obligando
a las células huésped a sintetizar más virus. El virus inyecta su propio ARN en
el interior de la célula huésped, y ésta obedece el código del ARN invasor en
lugar de obedecer al suyo propio. De este modo, la célula produce proteínas que
son, de hecho, víricas en lugar de las proteínas necesarias para el
funcionamiento celular. La célula huésped es destruida y los virus recién
formados son libres para inyectar su ARN en otras células huésped.
Se ha determinado la
estructura y la función en la síntesis de proteínas de dos tipos de ARN. El
químico indio nacionalizado estadounidense Har Gobind Khorana ha realizado
importantes investigaciones sobre la interpretación del código genético y su
papel en la síntesis de proteínas. En 1970 realizó la primera síntesis completa
de un gen y repitió su logro en 1973. Desde entonces se ha sintetizado un tipo
de ARN y se ha demostrado que en algunos casos el ARN puede funcionar como un
verdadero catalizador.
CONCLUSIÓN
Las dos clases de
ácidos nucleicos son el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico
(ARN). Tanto la molécula de ARN como la molécula de ADN tienen una estructura
de forma helicoidal. Su peso molecular es del orden de millones. A las cadenas
se les unen una gran cantidad de moléculas más pequeñas (grupos laterales) de
cuatro tipos diferentes. La secuencia de estas moléculas a lo largo de la
cadena determina el código de cada ácido nucleico particular. A su vez, este
código indica a la célula cómo reproducir un duplicado de sí misma o las
proteínas que necesita para su supervivencia.
Se ha determinado la
estructura y la función en la síntesis de proteínas de dos tipos de ARN. El
químico indio nacionalizado estadounidense Har Gobind Khorana ha realizado importantes
investigaciones sobre la interpretación del código genético y su papel en la
síntesis de proteínas. En 1970 realizó la primera síntesis completa de un gen y
repitió su logro en 1973. Desde entonces se ha sintetizado un tipo de ARN y se
ha demostrado que en algunos casos el ARN puede funcionar como un verdadero
catalizador.
BIBLIOGRAFÍA
Trabajo Realizador por:
Br. Eduardo Zambrano
E-Mail: [email protected]