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- 1. Ácidos Nucleicos UNIVERSIDAD PARTICULAR DE CHICLAYO FACULTAD DE MEDICINA ESCUELA PROFESIONAL DE MEDICINA HUMANA DEPARTAMENTO ACADEMICO DE CIENCIAS BASICAS
- 2. INTRODUCCIÒN A LOS ACIDOS NUCLEICOS
- 3. • Son las biomoléculas portadoras de la información genética. • Son biopolímeros, de elevado peso molecular, formados por otras subunidades estructurales o monómeros, denominados Nucleótidos • Son los centros de información y control de las células. • Químicamente son polímeros constituidos por la unión mediante enlaces químicos de unidades menores llamadas nucleótidos. Resultan de la unión de bioelementos : C, H, O, N y P. • Poseen elevado peso molecular (macromoléculas). • Se clasifican en: Acidos desoxirribonucleicos (ADN O DNA) Acidos ribonucleicos (ARN o RNA) Acidos Nucleicos
- 4. ÁCIDOS NUCLEICOS • Desde el punto de vista químico son macromoléculas (Moléculas de elavado peso molecular) formadas por polímeros lineales de nucleótidos, unidos por enlaces éster de fosfato, sin periodicidad aparente. Los nucleótidos están formados por: Base nitrogenada Pentosa: ribosa o desoxirribosa Ácido fosfórico (PO4H3)
- 5. ÁCIDOS NUCLEICOS Niveles de organización
- 6. Miescher en 1871 aisló del núcleo de las células de pus una sustancia ácida rica en fósforo que llamó "nucleína". Al año siguiente, aisló de la cabeza de los espermas del salmón un compuesto que denominó "protamina" y que resultó ser una sustancia ácida y otra básica. Reseñas Históricas Friedrich Miescher Medico Suizo (1844 - 1895) Años más tarde, fragmentó esta nucleina, y separó un componente proteico y un grupo prostético, este último, por ser ácido, le llamó ácido nucleico.
- 7. • Estudios posteriores a Miescher demuestran la existencia de dos tipos de ácido nucleico: uno abundante en la levadura, que recibe el nombre de ácido zimonucleico y otro, abundante en el timo, llamado ácido timonucleico. • Posteriormente se comprueba que en la composición del llamado zimonucleico entra la ribosa, y por eso pasa a llamarse ácido ribonucleico (RNA, ARN), mientras que el timonucleico contiene desoxirribosa, por lo que pasa a llamarse ácido desoxirribonucleico (DNA, ADN)
- 9. Las Bases Nitrogenadas son las que contienen la información genética Son heterociclos planos. Sustancias derivadas de dos compuestos químicos: la purina y la pirimidina. En el caso del ADN estas son las bases. Bases púricas: adenina (A) y guanina (G). Bases pirimidínicas: citosina (C), timina (T) . En el caso del ARN también son cuatro bases dos purinas y dos pirimidinas. • Las purinas son A y G • y las pirimidinas son C y U (Uracilo). .
- 10. Como son aromáticas, tanto las bases púricas como las pirimidínicas son planas, lo cual es importante en la estructura de los ácidos nucleicos. También son insolubles en agua y pueden establecer interacciones hidrófobas entre ellas. Las bases nitrogenadas absorben luz en el rango ultravioleta (250-280 nm).
- 14. N N N NH NH2 N HN N NH O H2N Adenina: 6-amino purina Guanina: 2-amino 6-oxo purina
- 16. A = 6-aminopurina G =6-oxi-2-aminopurina C = 2-oxi-4-aminipirimidina T = 5-metil-2,4-dioxipirimidina U = 2,4-dioxipirimidina
- 17. Nucleósidos
- 18. • La unión de una base nitrogenada a una pentosa da lugar a los compuestos llamados Nucleósidos.
- 19. La unión base-pentosa se efectúa a través de un enlace glicosídico, con configuración beta (β) entre el carbono uno de ribosa o desoxirribosa, y un nitrógeno de las base, el 1 en las pirimidinas, y el 9 en las purinas, con la pérdida de una molécula de agua.
- 20. • Obsérvese la nomenclatura: se utiliza el sufijo -osina sobre el nombre radical de la base en el caso de las Purinas, y el sufijo - idina en el de las Pirimidinas. El Ribonucleósido de Timina recibe el nombre de Ribotimidina. Por su parte, el Ribonucleósido de Hipoxantina recibe el nombre de Inosina.
- 21. se utiliza el sufijo -osina sobre el nombre radical de la base en el caso de las Purinas, y el sufijo -idina en el de las Pirimidinas. • los Desoxinucleósidos se denominan con el prefijo desoxi- delante del nombre del nucleósido. • Se exceptúa el Desoxirribonucleósido de Timina, que recibe el nombre de Timidina.
- 22. • Nucleósidos modificados: • En los tRNA existen en forma característica, nucleósidos modificados como la Seudouridina, formada por Uracilo y Ribosa unidos a través de un enlace β (1’-5). También se encuentra un nucleósido de Timina y Ribosa, la Ribotimidina. Otro nucleósido presente en el tRNA es la Dihidrouridina, formado por Ribosa y Dihidrouracilo unidos por enlace β(1’-1).
- 23. Nucleósidos
- 24. son los ésteres fosfóricos de los nucleósidos. Están formados por la unión de un grupo fosfato al carbono 5’ de una pentosa. A su vez la pentosa lleva unida al carbono 1’ una base nitrogenada.
- 25. Se forman cuando se une ácido fosfórico a un nucleósido en forma de ión fosfato (PO43-) mediante un enlace éster en alguno de los grupos -OH del monosacárido. El enlace éster se produce entre el grupo alcohol del carbono 5´ de la pentosa y el ácido fosfórico. Aunque la ribosa tiene tres posiciones en las que se puede unir el fosfato (2’, 3’ y 5’), y en la desoxirribosa dos (3’ y 5’),
- 26. NOMENCLATURA Se nombra como el nucleósido del que proceden eliminando la a final y añadiendo la terminación 5´-fosfato, o bien monofosfato; por ejemplo, adenosín-5´-fosfato o adenosín-5´-monofosfato (AMP). Los nucleótidos pueden formarse con cualquier nucleósido, con una nomenclatura idéntica. Veamos a continuación, a modo de ejemplo, los nucleótidos de Adenosina:
- 28. Unión de una base a una pentosa a través de un enlace de tipo b-N-glicosídico: O HOCH2 OHOH N N N N H2N O HOCH2 OH N N N N H2N H Adenosina (pentosa es ribosa) Desoxiadenosina (pentosa es desoxirribosa) Enlace b-N-glicosídico Purinas: enlace entre carbono anomérico (1’) y N9 de la base
- 29. • La unión de la BN a la pentosa recibe el nombre de nucleósido y se realiza a través de un enlace N-glucosídico entre el carbono 1’ de la pentosa y los nitrógenos de las posiciones 1 (pirimidinas) o 9 (purinas) de las BN. Enlace N-glicosídico Unión de nucleótidos
- 30. Enlace éster fosfórico Unión de nucleótidos
- 31. Es un enlace covalente que une nucleótidos en una cadena de AN. Forma puentes de grupos fosfato entre el carbono 5´ de un nucleotido con el grupo 3’-hidroxilo del nucleótido siguiente, formando una molecula de H2O . Orientación de los enlaces fosfodiester a lo largo de la cadena ( 5’-3’) Cadena nucleotídica < a 50 pb: oligonucleotido, mayor a ella: polinucleótido. Enlace Fosfodiester
- 36. T A 5’-ATGCA-3’ C OH G A Los nucleótidos se unen entre si para formar largas cadenas de polinuclóetidos, mediante enlaces fosfodiéster entre los carbonos de las posiciones 3’ de un nucleótido con la 5’ del siguiente.
- 37. O N N N N NH2 OHHOCH2 O N N N N NH2 OH HOCH2 NH C OCH NH2 CH2OH3C Antibióticos nucleosídicos Cordicepina Medicamento contra el cáncer; es un tipo de antibiótico antitumoral. Puromicina Antibiótico inhibidor de la síntesis de proteínas
- 38. Citosin arabinósido (Vidarabin) Activo contra herpes y varicela Antivirales
- 39. O N HN O O CH3 HOCH2 N3 AZT, Zidovudina D4T, Estavudina C O N HN O O CH3 HOCH2 C Antirretrovirales, ej. VIH
- 40. • El comportamiento ácido-base de los nucleótidos determina su carga, estructura tautomérica y habilidad de actuar como dador/aceptor de puentes de H • En el rango fisiológico de pH (5<pH<9), las bases nitrogenadas son neutras. Las pentosas, sólo pueden perder el protón del grupo OH en medios extremadamente básicos (pH>12). El grupo fosfato, en cambio, se encuentra con carga negativa (–1). Propiedades (Ionización)
- 41. • Fenómeno que afecta a las bases. • El equilibrio tautomérico prototrópico implica estructuras alternativas que sólo difieren en la localización de los átomos de H. • Las BN de los ácidos nucleicos disponen de un equilibrio ceto-enol y de un equilibrio amino-imino Propiedades (Tautomería)
- 42. • Las BN son estructuras polares que presentan una distribución de carga muy localizada en determinados átomos, presentando momentos dipolares elevados. • Esto justifica las interacciones no covalentes entre bases, importantes para el reconocimiento molecular, como los H-H. • Los grupos –NH de las BN - cargas + -son buenos dadores de H-H y los pares libres del oxígeno de los grupos –C=O y de los nitrógenos del anillo -carga negativa- son buenos aceptores de H-H. Propiedades (Distribución de carga)
- 43. • Las bases tienden a ser insolubles en agua mediante interacciones de apilamiento. • Pero en baja concentración presentan una muy buena capacidad de hidratación. • La reacción de hidratación es importante en la vida celular, resulta una de las primeras etapas del proceso de degradación de nucleósidos no deseados. Reactividad (Hidratación)
- 45. • Dos nucleótidos pueden unirse a través de un enlace fosfodiéster. • Al ser un desoxinucleósido, puede estar fosforilado en 3' y 5'. Supongamos que está fosforilado en 3' y este fosfato, a su vez, se esterifica al 5'-OH del siguiente nucleótido. • El enlace así establecido se llama enlace fosfodiéster, y es característico de los ácidos nucleicos. A su vez, el grupo 3' -OH del segundo nucleótido puede esterificarse a otro fosfato que por su parte se esterifica al 5'-OH del siguiente nucleótido y este último se une de la misma manera a otro nucleótido.
- 47. ADN,ARN
- 48. Dogma central de la biología molecular
- 50. A G C T Hombre, H.sapiens 0.29 0.18 0.18 0.31 Bovino, Bos taurus 0.26 0.24 0.23 0.27 Levadura, S.cerevisiae 0.30 0.18 0.15 0.29 Mycobacterium sp. 0.12 0.28 0.26 0.11 Composición en bases del DNA en algunas especies
- 51. • En 1949, descubrió la complementariedad de bases: • A+G = T+C • A = T / G = C • La composición de bases del DNA varía con la especie. • El DNA aislado de diferentes tejidos de un mismo organismo tiene la misma composición de bases. • La composición de bases de un DNA no cambia con el tiempo, nutrición o medioambiente. Erwin Chargaff (1905 – 2002)
- 52. Rosalind Franklin(1920-1958) Autora de difractograma de rayos X que permitió el descubrimiento da estructura secundaria do ADN. Doble helix, 2 periodicidades a lo largo del eje una a 3.4 Aº y la otra a 34 Aº Maurice Wilkins
- 53. James Watson e Francis Crick Premios Nobel de Medicina en 1962 junto a Wilkins por el descubrimento de la estructura secundaria de ADN. El asunto ahora era diseñar una estructura 3D acorde con los patrones de difracción y las reglas de Chargaff Propusieron su Modelo de estructura para el ADN conocido con el nombre de Modelo de la Doble Hélice
- 54. . Una molécula de ADN se compone de dos cadenas de nucleótidos unidas por H-H entre las BN. Las cadenas de nucleótidos forman una espiral alrededor de un centro común. La forma espiral de la molécula es una doble hélice. Los ADN celulares tienen una elevada masa molecular, por ejemplo: el genoma humano está formado por 3x10 9 pares de nucleótidos. Las BN se extienden hacia dentro desde la cadena azúcar-fosfato En el ADN hay 4 bases: adenina (A), citosina (C), guanina (G) y timina (T). Los H-H son específicos entre las bases (Complementariedad): A forma 2 enlaces con T C forma 3 enlaces con la G
- 55. • Las dos cadenas se enrollan entre sí formando una hélice dextrógira, de modo similar a una escalera de caracol, dónde: • Los peldaños, en el interior de la hélice, serían las bases nitrogenadas • Los pasamanos serían el esqueleto azúcar-fosfato. * En cada vuelta hay 10 nucleótidos
- 56. Apareamiento de bases y enlaces puentes de H
- 57. Las dos hélices por razones de complementaridad de las bases nitrogenadas son antiparalelas (secuencias de átomos inversas). Una hélice lleva la secuencia 5’P → 3’ OH , mientras que la hélice complementaria sigue la secuencia de átomos 3’OH → 5’P. El apareamiento complementario crea 2 surcos. El diámetro de la doble hélice es de 20 Å. Las BN son estructuras planas perpendiculares al eje de la doble hélice y están apiladas unas sobre otras a una distancia de 3,4 Å. Cada 10 bases, cada 34 Å se produce una vuelta completa de la doble hélice (360º). La secuencia de BN puede ser cualquiera, no existe ninguna restricción.
- 59. Estructura primaria (Secuencia lineal) Residuos de los distintos aminoácidos Estructura secundaria (forma adoptada espontáneamente) Estructura terciaria (Forma tridimensional: globular, tubular, como una rueda, etc.)
- 60. ESTRUCTURA PRIMARIA Se trata de la secuencia de desoxirribonucleótidos de una de las cadenas. La información genética está contenida en el orden exacto de los nucleótidos
- 61. ESTRUCTURA SECUNDARIA Es una estructura en doble hélice. Permite explicar el almacenamiento de la información genética y el mecanismo de duplicación del ADN. Fue postulada por James Watson y Francis Crick.
- 62. ESTRUCTURA TERCIARIA El ADN presenta una estructura terciaria, que consiste en que la fibra de 20 Å se halla retorcida sobre sí misma, formando una especie de super-hélice. Esta disposición se denomina ADN Superenrollado, y se debe a la acción de enzimas denominadas Topoisomerasas-II. Este enrollamiento da estabilidad a la molécula y reduce su longitud.
- 64. Son polímeros de los ribonucleótidos, cuya azúcar, la ribosa, tiene 3 grupos – OH libres. La unión de los nucleósidos con el fosfórico es entre 3’ y 5’, como en el ADN. Un solo filamento polinucleotidico. Las bases usuales son: G, C y A,U.
- 65. • Cadena sencilla plegada sobre sí misma. • No tienen aplicación las reglas de Chargaff. • Regiones dúplex con apareamientos C-G (3 enlaces de H) y A=U (2 enlaces de H) entre zonas de complementariedad. • Forman hélices dextrógiras similares a las del DNA. • Estructura terciaria compleja, por asociación de hélices y bucles. Estructura del ARN
- 66. ESTRUCTURA PRIMARIA Al igual que el ADN, se refiere a la secuencia de las bases nitrogenadas que constituyen sus nucleótidos. La estructura primaria del ARN es similar a la del ADN, excepto por la sustitución de desoxirribosa por ribosa y de timina por uracilo.
- 67. ESTRUCTURA SECUNDARIA • La cadena simple de ARN puede plegarse y presentar regiones con bases apareadas, de este modo se forman estructuras secundarias del ARN, que tienen muchas veces importancia funcional, como por ejemplo en los ARNt (ARN de transferencia).
- 68. ESTRUCTURA TERCIARIA • Es un plegamiento complicado sobre la estructura secundaria adquiriendo una forma tridimensional.
- 69. Según su estructura y función: • ARN mensajero o ARNm: lleva las instrucciones para hacer una proteína en particular, desde el ADN en el núcleo hasta los cromosomas. • ARN de transferencia o ARNt: lleva los aminoácidos a los ribosomas, se encuentra en el citoplasma. • ARN ribosomal o ARNr: forma parte de los ribosomas. Tipos de ARN
- 71. Caracteristicas DNA Desoxirribosa RNA Ribosa Bases nitrogenadas Purinicas(Adenina, Guanina) Piriminidicas (Citosina, Timina) PU (Adenina, Guanina) PI (Citosina, Uracilo) Numero de cadenas 2 1 Función Almacena la información biológica de los seres vivos Permite la expresión de la información biológica, sintesis de proteinas Ubicación Núcleo, mitocondrias, cromatina, cloroplastos, cromosoma Núcleo, ribosomas, citoplasma Estructura Doble hélice Lineal, globular y trébol Cuadro comparativo entre el ADN y ARN
- 72. • Contienen los genes responsables de los rasgos biológicos y son capaces de transmitirlos de una generación a otra. • Constituyen la base de los cromosomas y el fundamento de la forma de expresarse la información genética en la síntesis de las proteínas de cada individuo. • Pueden sufrir cambios o mutaciones, lo cual permite la evolución continua de los seres vivos. • La utilización de técnicas para comparar ácidos nucleicos permiten determinar el parentesco familiar y la investigación. Importancia biológica de los ácidos nucleicos