Ác. Nucleicos
Los ác. nucleicos dirigen y
controlan la síntesis de proteínas. Contienen las instrucciones para construir
un organismo completo a través de sus proteínas. Hay dos tipos de ác.
nucleicos:
·
ADN
·
ARN
- Nucleótidos,
enlaces y funciones biológicas.
Los nucleótidos son los monómeros
de los ác. nucleicos. A diferencia de otros monómeros de otras moléculas orgánicas, al efectuarle hidrólisis
da lugar a tres moléculas diferentes que son:
o Ac. Ortofosfórico (molécula muy útil para enlazar).
o Pentosa:
§ Ribosa (β-D-Ribofuranosa)
§ Desoxirribosa (β-D-Dexosirribofuranosa)
o Bases Nitrogenadas:
§ Púricas (2 anillos) Hexagonal.
§ Piramidinicas (1 anillo) Hexagonal)
Estas últimas presentan muchos
dobles enlaces, la mayoría son resonantes y tienen electrones desfocalizados
que provocan cargas eléctricas fluctuantes, que permiten a las bases
nitrogenadas capturar electrones.
Además de ser los monómeros de
los ác. nucleicos, combinados con otras sustancias forman moléculas de gran
importancia biológica.
- Nucleótidos de interés
biológico.
El Adenosin monofosfato tiene la
capacidad de enlazarse con uno o dos fósforos inorgánicos, convirtiéndose en
ADP. En el segundo enlace se forma un enlace de alta energía, para vencer la
repulsión eléctrica del AMP (2-) con Pi (3-).
Si aparece otro Pi se forma ATP
formado también por un enlace de alta energía.
Contiene energía química de
enlace, ya que funciona como “moneda de cambio” en la célula, siendo la única
forma de energía para los S. vivos. Son nucleótidos, no nucleicos, funcionando
como coenzimas transportadores de energía.
El mas utilizado es el ATP/ADP,
pero también aparecen los demás cambiando la Adenina por Timina, Guanina o
Citosina.
§
ATP/ADP
§ GTP/GDP
§ TTP/TDP o UTP/UDP
§ CTP/CDP
El AMP cíclico funciona como un
segundo mensajero, son moléculas que transmiten información, como la hormonas y neurotransmisores. Cuando la
hormona llega al receptor el AMP produce el efecto dentro de la célula. El
primer mensajero seria la hormona o el neurotransmisor.
Cuando los N5´MP se combinan con
otras sust. forma:
§ FAD+
§ FMN+
§ NAP+
§ NADP+
Actúan como coenzima
transportadora de electrones e hidrogeno, funcionando como poder reductor. También
es energía química NAD+ + 2H <=> NADH + H.
Lleva dos electrones + dos
hidrógenos dentro de la molécula, solo lleva un protón el otro le acompaña.
Coenzimas redox ==> FAD+ + 2H<=> FADH2
* Enlace fosfodiester.
Cuando un nucleótido se enlaza
con otro mediante el fosforo y el OH de otro nucleótido, se produce un enlace
covalente/fuerte que permite unirse a 105
o 106 nucleótidos como pasa en el ADN.
El nucleótido que tenga el
carbono 3´ libre es el primero y el ultimo es el nucleótido que presenta el
carbono 5´ fosforilado, en el cual interviene la pentosa y el fosforo, quedando
la base colgada.
- Estructura de los Ác.
nucleicos.
+ ADN
Es un polímero de
desoxirribonucleotidos 5´MP de A, T, C, G. En disolución toma una forma de modo
espontaneo al igual que las proteínas. Su estado nativo (menos energía, más
enlaces) es el resultado de la superposición de sus estructuras 1º, 2º, 3º, 4º.
ü Estructura 1º ADN.
Es la unión de los nucleótidos de
A, T, C, G mediante enlaces fosfodiester. Dado que los nucleótidos que forman
el polímero son diferentes, presentan orden, secuencia de nucleótidos, por lo
que tiene información genética (planos para construir proteínas). Esta
secuencia es específica de cada especie, pero también de individuo dentro de la
especie.
ü Estructura 2º ADN
Se descubrió de forma indirecta
por Waston y Crick. Modelo de la doble hélice que explicaban las propiedades
del ADN. Una molécula de ADN se compone de dos cadenas de nucleótidos
enfrentadas, helicoidales y unidas por las bases nitrogenadas. La hélice era a
derechas, cadenas antiparalelas trenzadas.
La unión entre las cadenas se
produce mediante puentes de hidrógenos entre las bases nitrogenadas
enfrentadas, igual que una “escalera de caracol” los pasa manos son los Pi y
pentosas y los peldaños las bases nitrogenadas.
Los puentes de hidrogeno solo se
producen entre A y T o G y C. Como son enlaces débiles se forman muchos. Esto
le da una característica como a las proteínas por lo que se puede
desnaturalizar o renaturalizar.
ü Estructura 3º y 4º ADN
Tienen como finalidad meter unas
moléculas extraordinariamente largas (106 nucleótidos) dentro de
células extraordinariamente pequeñas.
Una cadena de ADN de un procariota extendida mide 1m.m. por lo
que se superenrrolla el ADN sin ayuda de proteínas, cerrándolo sobre si mismo
formando el único cromosoma presente en estos organismos, contrayéndolo hasta
10-3m.m.
En los eucariotas el problema es mayor, ya que el ADN humano por ejemplo
tiene una longitud de 2m. Teniéndolo que meter en el núcleo celular que mide
2.10-9m de diámetro.
Esto es posible gracias a una proteína llamada Nucleósoma,
que tiene forma de cilindro en la que cabe dos vueltas de ADN. La nucleasa es
la unidad estructural, el conjunto de estas forma el llamado “Collar de perlas”
que se enrolla formando selenoide que se pliegan y repliegan formando bucles.
Esta es la forma activa del ADN, el cual esta funcionando, duplicándose o expresándose.
Esto se conoce como cromatina, en el que la célula se encuentra en interfase
(no división).
Cuando la célula se va a dividir
la cromatina se enrolla, compacta y se condensa (se hace visible) para una
división equitativa, esto forma la estructura 3º.
Cuando ocurre esto el material
genético pasa a llamarse cromátida. Dos cromátidas “hermanas” forman un cromosoma.
Los Cromosomas forman la estructura 4º.
+ ARN
EL ARN es polímero de ribonucleótidos
5´MP. El ARN es más inestable que el ADN ya que este tiene que perdurar y el
ARN no, esto es así por usar ribosa que es más fácil de hidrolizar.
La estructura del ARN también
presenta estructura 1º que es la secuencia de ribonucleótidos. Una molécula de
ARN siempre es una cadena a diferencia del ADN que son dos, aunque tiene partes
complementarias (bucles), las cuales forman la estructura 2º doble hélice como
el ADN. Todo esto unido forma la estructura 3º llamada “hoja de trébol”, que es
típico del ARN ribosómico y transferente.
Ø ARNmensajero.
Solo tiene estructura 1º, tiene
una relación lineal con el ADN, por lo que son complementarias.
EL ARNm copia un gen
de la cadena de ADN, la cual tienen la información para crear una proteína. El
ARNm transmite la información hasta los ribosomas (citoplasma) que
son los encargados de fabricar las prot.
El ARNm es el 3-5% del
ARN total de la vida. Dura escasamente un minuto, ya que se degrada
inmediatamente para que no se fabrique continuamente la prot. Igual que todos
los ARN se producen en el núcleo y actúan en el citoplasma.
Ø ARNribosómico.
Es el 80-85% del ARN total de la célula,
tiene un elevado % de complementariedad por lo
que presenta estructura 3º,
haciéndolo que sea compacto.
ARNr + Muchas prot. Diferentes
dan lugar a los ribosomas, que son realizadores mecano-químico de las
proteínas. Es el único orgánulo macizo , en ellos se fabrican las proteínas,
“leyendo” y “traduciendo” el código genético que contiene el ARNm.
Los ribosomas ocupan dos
tripletes para “leerlos” y permiten el acceso a ello los ARNt,
uniéndolo entre si, “traduciéndolos”
Ø ARNtraferente.
Es alrededor del 10% del total
del ARN. Son moléculas pequeñas y tienen un 80% de bases complementarias. Esto
le permite una estructura 3º en “hoja de trébol”, debido a la estructura 2º más
los bucles. Todos los ARNt son específicos del Aa que transporta.
En el extremo 3´de la cadena se
une con Aa y su complementario esta en el anticodón. La función del ARNt
es transportar los Aa hasta los ribosomas.
- Código genético.
El ADN contiene la información
genética, dividida en fragmentos que son los genes. Los genes contienen la
información necesaria para fabricar todos los ARN (Ribosómico, Transferente y
Mensajero). Los ARNm son para fabricar prot. mientras que los otros
dos ARN se encuentran en forma de secuencia de nucleótidos (polimeros de
monómeros diferentes por lo que contienen información).
El código genético es como un
“idioma” ya que contiene “letras” (Adenina,
Timina, Citosina y Guanina), las
letras se asocian formando “palabras”/conceptos (20 Aa diferentes) y estas
palabras están formadas por tripletes. Una serie de palabras enlazadas forman
“frases” con sentido completo, esto serian los genes. La información para
formar un ARN completo. El ARNm tiene información para fabricar una
cadena polipéctida completa.
En los eucariotas los genes no
son continuos sino discontinuos, el 90% son intrones no tienen sentido
llamándolo “chatarra genética” y el resto del gen llamados exones que si tiene
sentido, esto funciona para evitar las mutaciones. El ARNm es el gen
completo con exones e intrones, por lo que necesita una maduración.
El código genético puede
presentarse en forma de ADN o de ARN ya que son complementarios.
ADN ==>ATCCAGTG
ARN ==>UAGGUCAC
El código genético es universal, ya que es
igual para cualquier ser vivo, hasta los propios virus, como por ejemplo el triplete ATC que
es en todos los S. vivos Aa7, así que todos tenemos antepasados común.
No es solapado, esto quiere decir que un nucleótido solo forma parte de un triplete.
No tiene ni punta ni final, si no tripletes de iniciación y tripletes de
finalización, que marcan el inicio y el final del gen.
El código genético es degenerado, 1 Aa
expresado/determinado por diferentes
tripletes, pero no es imperfecto por ser degenerado, lo seria si un triplete
para diferentes Aa. Esta característica
es deseada ya que el codón y el anticodón serian complementario y su unión
seria muy fuerte. Por ello no lo son para poder salir.
CUC
Leucina
CUG
CUA
CUT
La especificidad esta en las dos primeras
bases, la tercera se tambalea.
v Transcripción.
El código genético se encuentra en ADN, la
estructura primaria del ADN puede determinar la estructura primaria de las
proteínas directamente. Como el ADN no pude ir desde el núcleo hasta el
citoplasma para la síntesis de proteínas, se copia un gen en forma de ARNm
mediante transcripción. Los ARN r,t,m se producen por transcripción,
producidas por unas enzimas llamadas ARN polimerasa - ADN dependiente.
Las ARN polimerasas – ADN dependiente se une a
las cadenas 3´=> 5´del ADN promotor donde se encuentras unos nucleótidos de
A y T, por donde se desenrolla una vuelta de hélice y comienza a fabricar una
de ribonucleótidos 5´MP complementaria (A=>T, C=>G, T=>U) y
antiparalelas. A medida que avanza se va cerrando la hélice. Comienza en el Codón
de iniciación AUG hasta el codón de finalización.
Este proceso de transcripción es diferente
entre organismo eucariotas y procariotas, en el caso de los eucariotas después
de la transcripción le sigue un proceso de maduración llamado metabolismo
postranscripcional para eliminar los intrones del ARNm.
La maduración del ARNm eucariota la
produce una enzima llamada ribonucleoproteínas pequeñas nucleares. Están formadas
por prot y ARN que es complementario con la secuencia principio y final del intrón,
uniéndolos y cortándolos. Luego aparecen otras enzimas llamadas ligasa, que van
uniendo los trozos.
Otra diferencia entre eucariotas y procariotas
es que en el OH del extremo 3´de los
eucariotas se colocan una caperuza llamada 7-metil glucosamina tritofosforilada
que funciona como señal de reconocimiento para los ribosomas.
Tanto en los eucariotas como los procariotas
el extremo 5´del ARNm hay una secuencia de 200 nucleótidos de A
llamados poli A.
El poli A tiene un papel fundamental en la síntesis
de proteínas de los eucariotas.
v Replicación
/ Duplicación / auto duplicación.
El ADN es la única molécula orgánica capaz de
servir de molde en su propia duplicación.
El ADN contiene la información
genética para la construcción de una célula, s. vivo, por lo que las células
antes de dividirse duplican su ADN para
repartir dos copias exactas de la información entre las células hijas.
En las células eucariotas lo hacen mediante
ADN polimerasa que sin las enzimas más complejas, no presenta un centro activo,
sino que son varios con el que se une la cadena molde. El extremo 3´de la
cadena en formación un nuevo nucleótido trifosforilado (-> 2Pi) formando un
enlace ester 5´<- 3´
Además la exonucleasa “mira” atrás cortando si
encuentra algún error y sustituyendo el nucleótido.
Una vez que se une la polimerasa comienza la replicación
donde se va abriendo las cadenas y se polimerizan los nucleótidos complementarios
a los del molde, avanzando como una “cremallera” al abrirse, que se conoce como
“horquilla de replicación”.
El ADN polimerasa solo “lee” 3´-> 5´, por
lo que la cadena 3´- > 5´la “lee” continua, mientras que la cadena 5´<-
3´la “lee” a trozos hacia atrás. Por ello la cadena 3´-> 5´ va más rápido con
lo que se conoce como Hebra Conductora de síntesis continua y la otra al ir más
lenta Hebra Retardada de síntesis discontinua.
El ADN poli Aa diferencia del ARN poli no sabe
empezar una cadena, si no solo alargarlas, por lo que se necesita una ARN
polimerasa llamada primasa, que comienza las replicaciones.
El ARN primer (primasa) que es un ARN-cebador
abre la cadena y sigue el ADN poli. El comienzo que esta en ARN, se corta y
rellena el hueco el ADN poli I. Este trozo de primer se conoce como Okazaki.
Luego aparece otro ADN poli llamado ligasa que une el primer al resto de la
cadena. En la cadena conductora solo ocurre una vez, mientras que en la cadena
retardada lo hace cada vez que adelantan de ahí el retardo.
También intervienen otras proteínas como por
ejemplo; Lo primero es partir los puentes de hidrogeno para separar las cadenas
con una proteínas llamada helicasa. Como las dos cadenas están trenzadas, que
al separarlas provoca un superenrollamiento, para evitar este hay una proteína llamada topoisómera que
relaja el superenrollamiento causado por el desenrollamiento. A medida que la
cadena se va separando se va duplicando pero llega un momento que hay cadena
separada y por ello inestable, por lo que actúa una proteína llamada SSB que
estabiliza la cadena sencilla.
La replicación se produce tan rápido que se
polimerizan 45.103 nucleótidos /minuto, bastante preciso, la mayoría
de estos errores se restauran durante la duplicación.
Consiste en colocar un
nucleótido que es complementario con la cadena, aparece una endonucleasa que
corta el fragmentó y una exonucleasa (ADN poli I) que elimina y rellena el
hueco, mientras que la ligasa pega las cadenas. Aun con todo esto pueden
permanecer errores del orden de 1 error/ 104.108 nucleótidos
polimerizados.
Estos errores pueden ser beneficiosos para la
especie, como son las mutaciones que no afectan a la viabilidad de los
individuos, ya que esto produce variabilidad genética en las poblaciones entre
las que elegir la selección natural los va a favorecer, produciendo la evolución.
§ Ribosomas.
Son los únicos orgánulos macizos que presentan
las células, se trata de complejos supramoleculares, esto quiere decir que son
la asociación de varios macromoléculas, varios ARN r (65%) y hasta
50 proteínas diferentes. Todo constituye dos subunidades que se fabrican por
separado.
Se produce un autoensamblaje espontaneo por
estereoespecificidad alrededor de un ARNm.
Cuando se ensamblan aparece unas propiedades
que no estaban presente cuando estaban
separados, estas propiedades le permiten
cooperar reversiblemente con otras moléculas; ARNt, prot. (factor),
GTP en lugares estereoespecificos del ribosoma.
La entrada y salida de estas moléculas del ribosoma
mas la hidrólisis del GTP, produce cambios en cada una de las estructuras de
las moléculas del ribosoma y en el ribosoma completo desembocando en la síntesis
de proteínas.
- Biosíntesis de proteínas en procariotas.
Antes de fabricar una prot. ocurre un par de
cosas:
Se transcribe en forma de ARNm el
gen que codifica esa prot. Esto lo produce un ARN polimerasa que se fija a la
cadena 3´-> 5´del ADN que polimeriza un ARNm antiparalelo 5´<-
3´y complementario de la cadena. Esto seria el “plano”.
Además paralelamente también en el citoplasmas
ocurre la activación de los Aa (aportarle la energía necesaria para formar los
enlaces peptídicos). La formación de ARNt aminoacil con el ARNt
especifico.
La función del ribosoma es “leer” y “traducir”
el gen. Leer permite el acceso del ARNt a sus codones, mientras que
traducir permite formar el enlace peptídico entre los Aa situados.
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