NUCLEÓTIDOS Y ÁCIDOS NUCLEICOS

Introducción

Los nucleótidos son macromoléculas que participan en la transmisión y expresión de la información genética. Existen dos tipos: ácido ribonucleico (ARN) y ácido desoxirribonucleico (ADN).

Desde el punto de vista químico, los ácidos nucleicos son polinucleótidos. Están formados por tres componentes: ácido fosfórico, una pentosa y una base nitrogenada.

Hay dos tipos de bases nitrogenadas: púricas y pirimidínicas, según el anillo del que deriven, la purina o la pirimidina. La pentosa puede ser ribosa en el caso del ARN y 2-desoxirribosa en el ADN.

• Bases púricas: adenina (A) y guanina (G).
• Bases pirimidínicas: timina (T, presente en el ADN), uracilo (U, presente en el ARN) y citosina (C, presente en ambos).

Características generales de la estructura de los nucleótidos

• Individualidad: La secuencia de bases nitrogenadas en un ácido nucleico es única y determina su identidad. Diferentes secuencias de bases dan lugar a cadenas con propiedades y funciones distintas.
• Direccionalidad: Los nucleótidos se unen entre sí mediante enlaces fosfodiéster, que se forman entre el grupo fosfato del carbono 5′ de un nucleótido y el grupo hidroxilo del carbono 3′ del siguiente. Esto confiere a la cadena de ácido nucleico una dirección definida, con un extremo 5′ libre y un extremo 3′ libre.

Tautomerización

La tautomerización es la reordenación de los átomos de hidrógeno en una molécula. Las bases nitrogenadas pueden existir en diferentes formas tautoméricas, como las formas ceto y enol. La forma ceto predomina a pH fisiológico. En las formas enol, el doble enlace del oxígeno se transforma en un enlace sencillo.

Nucleótidos y nucleósidos

Los nucleótidos son moléculas orgánicas formadas por la unión covalente de una pentosa, una base nitrogenada y un grupo fosfato. El nucleósido es la parte del nucleótido formada únicamente por la base nitrogenada y la pentosa.

La reacción que lleva a cabo la formación del enlace fosfodiéster se llama deshidratación. La hidrólisis de los ácidos nucleicos es muy lenta, pero está muy favorecida en condiciones celulares.

Transformación con ADN

Se han realizado experimentos para comprender cómo se transmite la información genética. A continuación, se describen dos ejemplos:

Experimento in vivo

Se inyectaron cepas de bacterias Streptococcus pneumoniae en ratones. La cepa R (no virulenta) no causaba enfermedad, mientras que la cepa S (virulenta) sí lo hacía. Cuando se inyectaban ambas cepas juntas, el ratón moría. Esto se debía a que la cepa S transformaba a la cepa R, haciéndola virulenta.

Experimento in vitro

Se aislaron células de la cepa S y se mataron. Luego, se mezclaron con células de la cepa R y se inyectaron en ratones. Los ratones murieron, lo que indicaba que el principio transformante estaba presente en las células S muertas y podía ser transferido a las células R vivas.

Estos experimentos demostraron que el ADN es el material genético responsable de la transformación bacteriana.

Reglas de Chargaff

Erwin Chargaff analizó la composición de bases del ADN de diferentes organismos y descubrió las siguientes reglas:

1. La cantidad de adenina (A) es igual a la cantidad de timina (T), y la cantidad de guanina (G) es igual a la cantidad de citosina (C): A + G = C + T.
2. La proporción molar de A es igual a la de T, y la de G es igual a la de C: A/T = 1 y G/C = 1.

Estructura del ADN

La estructura del ADN se mantiene estable gracias a tres fuerzas principales:

• Cargas negativas: Los grupos fosfato del esqueleto de azúcar-fosfato tienen carga negativa, lo que confiere al ADN una carga neta negativa.
• Complementariedad entre bases: Las bases nitrogenadas se aparean de forma específica mediante puentes de hidrógeno: A se aparea con T (dos puentes de hidrógeno) y G se aparea con C (tres puentes de hidrógeno).
• Interacciones de apilamiento: Las bases nitrogenadas se apilan unas sobre otras en el interior de la doble hélice, lo que contribuye a la estabilidad de la estructura.

La doble hélice del ADN presenta un surco mayor y un surco menor. El eje de la hélice no pasa por el centro geométrico del par de bases.

Geometría de la doble hélice

• Paso de rosca: 3,4 nm
• Distancia entre las bases: 0,34 nm
• Número de pares de bases por vuelta: 10
• Anchura de la hélice: 2,4 nm

Implicaciones genéticas del modelo de ADN

• El material genético es lineal y aperiódico.
• El apareamiento de bases sugiere un modelo para la replicación del ADN, de forma que las dos moléculas hijas son idénticas a la parental.
• La reactividad de las bases y la estructura general del ADN explican la acción de los mutágenos químicos.
• La tautomería de las bases explica en parte las tasas de mutación espontánea.

Secuencias repetitivas

El ADN puede contener secuencias repetitivas, es decir, secuencias de nucleótidos que se repiten varias veces en el genoma. Cuanto más complejo es un organismo, más tiempo tarda su ADN en reasociarse después de haber sido desnaturalizado. Esto se debe a que los organismos complejos tienen una mayor proporción de secuencias únicas y una menor proporción de secuencias repetitivas.

La absorbancia de dos hebras de ADN separadas es superior a la de las hebras juntas. Este fenómeno se conoce como efecto hipercrómico.

Tipos de secuencias repetitivas

• ADN satélite (centrómeros)
• Duplicaciones de genes funcionales (ARN ribosómico y ARN transferente)
• Elementos”Al” (ADN”basur”)
• Intrones y variantes múltiples de un gen
• Pseudogenes (genes duplicados que no se transcriben)

Transcripción y Traducción

Factores de transcripción

Los factores de transcripción son proteínas que se unen a secuencias específicas del ADN y regulan la transcripción de los genes. Se unen al surco mayor del ADN, ya que en el surco menor no es posible determinar la secuencia de bases nitrogenadas.

La versatilidad y especificidad de los factores de transcripción están dadas por su carácter dimérico (dos cadenas proteicas).

Tipos de ARN

: implicados en la sintesis proteica:ARNm: el ARNm lleva la informacion sobre la secuencia de aminoacidos de la proteina desde el ADN hasta el ribosoma. Se sintetizan en el nucleoplasma del nucleo celular, accediendo al citosol a traves de los poros d la envoltura nuclear. ARNt: el ARNt es un polimero de unos 80 nucleotidos que transfiere un aminoacido especifico al polipeptido en crecimiento, y se unen a lugares especificos del ribosoma durante la traduccion. ARNr: El ARNr se halla combinado con proteinas para formar los ribosomas . Representa el 80% del ARN hallado en el citoplasma. Los ARNr son los componentes catalitics de los ribosomas, actuan como ribozimas. MADURACION: ejemplo : beta-thalassemia : se procesa el ARN heterogéneo nuclear de forma que se eliminan los intrones y continúan los exones. Se caracteriza por 3 zonas importantes: el extremo 5’ y el 3’ y en la parte del centro, la zona de ramificación constituida por adenina. Un gen constituido por diferente exones pueden procesarse de forma alternatica, pudiend producir diferentes proteínas. Un porcentaje elevado de las enfermedades genéticas se deben a mutaciones en las zonas de corte- empalme. Edicion del ARNm: La edición consiste en la modificación de bases específicas del ARN despues de haberlo sintetizado de forma que cambia su sentido. En principio la secuencia de nucleótidos del ARN corresponde con la del ADN que lo codifica. Esta secuencia determina a su vez la secuencia de la proteína correspondiente. Mediante la edición se altera la secuencia del ARN, y por tanto la de la proteína codificada. Este fenómeno permite generar proteínas diversas a partir de un único ARNm y de forma regulada. Te adjunto una imagen de un ejemplo en el hombre. El gen apoB codifica una proteína que es un componente importante de las lipoproteínas que circulan por la sangre. Esta proteína se produce en el hígado y en el intestino. Pero en el intestino el ARNm sufre una edición, un cambio de una C por una U en un sitio específico, catalizado por un enzima específico, de forma que se crea un codón de terminación prematuro y por tanto la proteína producida es más corta, por lo que las lipoproteínas producidas por el intestino tienen propiedades diferentes. Ves como de un único ARNm se pueden generar dos proteínas distintas.Existen otros muchos ejemplos, sobre todo en el sistema nervioso. Alteraciones en el proceso de edición pueden producir enfermedades.Secuencias concenso: Secuencia especifica de bases q pueden cambiar 1 o 2 bases entre ellas según la especie. Esto viene a indicar q aminoácido es + frecuente en cada posicion del alineamiento.