ESTRUCTURA Y FUNCIÓN

DE LOS NUCLEOTIDOS

GENETICA

• Se inicia cuando Mendel (siglo XIX) demostró que los caracteres hereditarios se transmiten de padres a hijos en unidades separadas llamadas genes (en arvejas).

• A inicios del siglo XX Morgan demostró lo mismo en mosca de la fruta (Drosophila).

• Se pensaba que los genes eran proteínas en las que de algún modo se almacenaba la información hereditaria.

• En 1944 Avery y colaboradores demostraron que el ADN es el portador de la información genética.

ACIDOS NUCLEICOS•Son polímeros de unidades menores llamadas nucleótidos.•Nucleótido. Molécula compuesta de: –Azúcar. (Ribosa o desoxiribosa)–Fosfato. (PO3)–base nitrogenada.( Purina o pirimidina.)•Nuclosido = base nitrogenada + azúcar

NUCLEÓSIDOS Y NUCLEÓTIDOS

Base Nitrogenad

aSímbolo Nucleosido Nucleótido Símbolo

Adenina A Adenosina Adenosina monofosfato

AMP

Guanina G Guanosina Guanosinamonofosfato

GMP

Timina T Timidina Timidina monofosfato

TMP

Citosina C Citidina Cistidina monofosfato

CMP

Uracina U Uridina Uracilo monofosfato

UMP

NUCLEOSIDOS

ADENOSINA

N

N

N

N

NH2

OOHOH2C

OHOH

HH

H H

URIDINA

N

NH

O

O

OOHOH2C

OHOH

HH

H H

NUCLEÓTIDOS

ADENOSINA MONOFOSFATO

(AMP)

N

N

N

N

NH2

OOCH2

OHOH

HH

H H

P

O

O

OH

OH

N

NH

O

O

OOCH2

OHOH

HH

H H

P

O

O

OH

OH

URIDINA MONOFOSFATO

(UMP)

RNA

DNA

AZÚCARES DE LOS NUCLEÓTIDOS

BASES NITROGENADAS DE LOS NUCLEÓTIDOS

(RNA) (DNA)

BASES NITROGENADAS RARAS O MENORES

N

NH

NH2

O

CH3

5 METIL CITOSINA

N

NH

NH2

O

CH2OH

5 HIDROXI METIL CITOSINA

6 METIL ADENINA

CH3

N

N

NH

N

NH

2 METIL GUANINA

CH3N

NH

NH

N

O

NH

OTROS NUCLEÓTIDOS DE IMPORTANCIA BIOLÓGICA

FUNCIONES DE LOS NUCLEÓTIDOS

Son fundamentales para la vida de las células, pues al unirse con otras moléculas cumplen funciones de:

TRANSPORTAN ENERGÍA

TRANSMITEN LOS CARACTERES HEREDITARIOS

A.- TRANSPORTAN ENERGÍA

•Cada nucleótido puede contener : uno (monofosfato: AMP), dos (difosfato:ADP) o tres (trifosfato: ATP) grupos de acido fosfórico.•Los nucleótidos, por razón de sus grupos de fosfato, son fuentes preferidas en las células para la transferencia de energía.•Cada grupo de fosfato adicional que posea un nucleótido se encuentra en un estado más inestable y el enlace del fosfato tiende a romperse por hidrólisis y liberar la energía que lo une al nucleótido.El ATP, es el predilecto en las reacciones celulares para la transferencia de laenergía demandada. También se usan: UTP (uracilo + tres fosfatos) y GTP(Guanina y tres fosfatos).

TRANSMITIR CARACTERES HEREDITARIOS

Para cumplir esta función, los nucléotidos se polimerizan formando polinucleótidos en forma de cadena, llamados ácidos nucleicos.

Los enlaces fosfodiester enlazan los carbonos 5” y 3” de los azucares componentes de los nucleótidos adyacentes.Por convenio se escriben situando el extremo 5” a la izquierda y el extremo 3” a la derecha

LOS ACIDOS NUCLEICOS

ARN ADN

ADN (ácido desoxirribonucleico). Sus nucleótidos tienen desoxirribosacomo azúcar y no tiene uracilo

ARN (ácido ribonucleico). Sus nucleótidos tienen ribosa y no tienen timina

COMPOSICION YESTRUCTURA DEL ADN

• Es una doble cadena.

• Las bases nitrogenadas se enlazan entre si, según su complementariedad.

• Una purina con una pirimidina

COMPOSICIÓN DEL DNA

Nucleótido

CitosinaGuanina

Timina Adenina

Puentes de hidrógeno

Modelo del ADN, de Watson y Crick (1953)

BASES COMPLEMENTARIASLos puentes de hidrógeno son específicos entre las bases:

La adenina siempre forma 2 enlaces con la timina.La citosina siempre forma 3 enlaces con la guanina.

La sucesión de bases de una cadena de nucleótidos determina la sucesión de bases en la otra cadena. Son complementarias.

Estructura general del ADN

ESTRUCTURA: MODELO DE WATSON Y CRICK

• En base a los datos de: composición del ADN, ángulos de enlace, distancias de los enlaces.

• En 1953 proponen el modelo de escalera de caracol

Estructura del DNA

Extremo 5’

Extremo 5’Extremo 3’

Extremo 3’

Esqueleto de desoxirribosas y fosfato

Surcomayor

Surcomenor

Pares debases

LAS DIMENSIONES DE LA DOBLE HÉLICE

• Las dos cadenas son anti paralelas, una tiene dirección 5”-3” y la otra 3”-5”.

• En el exterior se exponen las cargas negativas del esqueleto covalente azúcar-fosfato de la cadena, mientras que las bases se orientan hacia el interior y establecen los puentes hidrogeno que mantienen unidas las dos cadenas.

• Cada par de bases ocupa 0,34 nm de la molécula, y diez pares de base forman una vuelta completa de la hélice.

FUNCION DEL ADN

•Las células de mamíferos contienen alrededor de 1000 veces mas DNA que las bacterias.•El ADN contiene la información sobre la secuencia de unión de los aminoácidos en una proteína.•La secuencia de nucleótidos en el ADN determina la secuencia de aminoácidos en la proteína que se sintetiza.

EL DNA IN VIVO: SUPERENROLLAMIENTO Y

COMPACTACIÓN

TAMAÑO DEL DNA EN DISTINTOS ORGANISMOS

Nombre Tipo de organismo

Tamaño del genoma (pb)

Longitud (m)

Escherichia coli Bacteria 4.2 x 106 1.4 x 10-3

Saccharomyces cerevissiae Levadura 1.5 x 107 5.1 x 10-3

Arabidopsis thaliana Planta 1.0 x 108 3.4 x 10-2

Caeorhabditis elegans Nematodo 1.0 x 108 3.4 x 10-2

Drosophila melanogaster Insecto 1.2 x 108 4.1 x 10-2

Mus musculus Mamífero 3.0 x 109 1.0

Homo sapiens Mamífero 3.0 x 109 1.0

LAS MOLÉCULAS DE DNA ESTÁN SUPERENROLLADAS

GENES

• Cada región de ADN que tiene información para una proteína se denomina GEN.

• Cada gen puede contener unos 100 000 pares de bases nitrogenadas.

• La totalidad de la información genética contenida en la cromatina se denomina GENOMA.

• EL GENOMA HUMANO es de unos 6 x 109 pares de bases.

• Se llama genoma al conjunto completo de información genética de un organismo– Organizado en cromosomas• Cada cromosoma contiene una sola molécula de DNA• Los genomas se diferencian por su tamaño y complejidadEn procariotas• Un solo cromosoma de DNA circular de cadena doble + DNA extracromosómico circular de cadena doble (plásmido)En eucariotas• Múltiples cromosomas de DNA lineal de cadena doble• Las mitocondrias y cloroplastos tienen genoma propio (similar al genoma de procariotas)El ser humano presenta 23 pares de cromosomas en sus células somáticas

GENOMAS

Forma una estructurallamada nucleoide– DNA circular de cadena doble superenrolladounido a un núcleo central proteico• Tetrámeros de proteína, de enrrollamiento. Pequeña proporción. No mas de 20%• Poliaminas catiónicas– Le permite comprimirse en un espacio pequeño• Cromosoma extendido(3x106 pb), 1,5 mm• Se conoce la secuencia completa del genoma

de E.coli y la posición de sus mas de 4200 genes codificadores de proteínas.

• El cromosoma debe de estar altamente superenrollado y empaquetado en el interior de la bacteria que tiene tan solo 2 micras de longitud.

• Los DNA plasmìdicos se replican de manera autónoma y suelen portar de unos 5 a 100 genes que codifican proteínas no esenciales pero que confieren resistencia a antibióticos. Centro proteico

Bucle relajado

Bucles superenrollados

Cromosoma de Escherichia coli

EL CROMOSOMA BACTERIANO

CROMOSOMAS EUCARIOTAS

•DNA lineal empaquetado alrededor de octámeros de histonas(mas de 30%)•– El material cromosómico de las eucariotas se llama cromatina•Cuando las células se preparan para dividirse la cromatina se condensa y se distinguen los cromosomas bien definidos •– Se consigue una elevada Compactación•DNA en humanos es alrededor de un metro de largo.

33

EMPAQUETAMIENTO DEL DNA EN LOS CROMOSOMAS

• El empaquetamiento de DNA en nucleosomas hace disminuir unas diez veces la longitud del cromosoma

• Los nucleosomas están formados por un fragmento de 146 pb enrollado hacia la izquierda sobre un octàmero de histonas

07/12/2015 Mabel S. 34

Empaquetamiento del ADN

Mabel S.

EL ADN SE PRESENTA COMO:

1. MOLECULA DE ADN:

doble hebra

2.NUCLEOSOMA:

DNA más proteínas

=Collar de perlas

3.SOLENOIDE:

Replegamiento del

nucleosoma

4.CROMATINA: Fibra y

Empaquetamiento de

DNA

5.CROMOSOMA

metafásico mayor

espiralización y

compactación

LA ESTRUCTURA CROMOSÓMICA ESTÁ SOSTENIDA POR UN ARMAZÓN PROTEICO

DIFERENCIAS QUÍMICAS ENTRE DNA Y RNA

• El RNA se caracteriza por contener ribosa, envez de desoxirribosa y uracilo en vez de timina

• El RNA se sintetiza como una única cadenalineal y con polaridad (extremos 5’ y 3’)

• Las moléculas de RNA tienen la capacidad deformar regiones de doble cadena mediantepuentes de hidrógeno intramoleculares entreregiones complementarias

ÁCIDO RIBONUCLEICO (ARN)Los nucleótidos de ARN están formados por ribosa en lugar de ladesoxirribosa del ADN, y tienen la base nitrogenada uracilo (U)en lugar de timina

ÁCIDO RIBONUCLEICO (ARN)

•El ARN es un ácido nucleico que se compone de una sola cadena de nucleótidos. •Hay 4 tipos de ARN, cada uno codificado por su propio gen:•ARNm - ARN Mensajero: Codifica la secuencia de aminoácido deun polipéptido.•ARNt - ARN de Transferencia: Lleva los aminoácidos a losribosomas durante la traducción.•ARNr - ARN Ribosomal: ARNr o rRNA por sus siglas en inglés) es el ARN más abundante en las células y forma parte de los ribosomas.•Estos se encargan de la síntesis de proteínas.•Se denominan según su coeficiente de sedimentación, medido en svedbergs (S). De esta manera, •en procariotas existen tres ARNr distintos (5S, 16S y 23S) • en eucariotas cuatro (5S, 5'8S, 18S, 28S).

ESTRUCTURA DEL ARN

tRNA: EL ADAPTADOR DE LA TRADUCCIÓN

5’

3’

ACC Aminoácido

Brazo aceptor

Brazo TC

Brazo del anticodón

Brazo D

Brazo extra

ANTICODÓN

Diferencia el RNAt de otros tipos de ARN

lugar de unión con el aminoácido.unir cada aminoácido

con su correspondiente molécula de ARNt.

Lee y une a los codones del RNAm, con puentes hidrógeno

actúa como lugar de reconocimiento del ribosoma.

tRNA: el adaptador de la traducciónEn la estructura secundaria de los ARNt se distinguen las siguientes características:

• Brazo aceptor formado por el extremo 5' y el extremo 3', que en todos los ARNt posee la secuencia CCA, cuyo grupo -OH terminal sirve de lugar de unión con el aminoácido.

• El bucle (o brazo) TΨC, que actúa como lugar de reconocimiento del ribosoma.

• El bucle (o brazo) D, cuya secuencia es reconocida de manera específica por una de las veinte enzimas, llamadas aminoacil-ARNt sintetasas, encargadas de unir cada aminoácido con su correspondiente molécula de ARNt.

• El bucle situado en el extremo del brazo largo del «búmeran», que contiene una secuencia de tres bases llamada anticodon. Cada ARNt "cargado" con su correspondiente aminoácido se une al ARNm, mediante la región del anticodón , con tripletes de bases del ARNm (cada tres bases del ARNmdefinen un triplete o codón) en el proceso de la traducción de la información genética que conduce a la síntesis de las proteínas.