Nucleótidos y Ácidos nucleicos

“Los ácidos nucleicos son vitales para el funcionamiento de la célula, y por lo tanto para la vida” -1-

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO

ESCUELA DE ENFERMERIA

BIOQUIMICA TEMA: NUCLEOTIDOS Y ACIDOS NUCLEICOS INTEGRANTES: CUTIOPALA INES, GUAMAN JESSICA , JIMENES XIOMARA ,LOPEZ GINA, PAUCAR MARIBEL , RAMON DUVAL, SANPEDRO LARISA, SILVA BETHY , SILVA KATHERIN COORDINADORA: JESSICA GUAMAN jessi_jessica@live.com SEGUNDO SEMESTRE “A” FECHA DE ENTREGA DEL TRABAJO: 9 DE NOVIEMBRE DEL 2012

-2-

ÍNDICE Introducción………………..…………..………………………………………-4Objetivos………………………..…………………..………………………….-5Resumen……………………………..…………………………..……………-6-7-8 Nucleótidos y Ácidos Nucleicos………..……………………………………-9Estructura de los Ácidos Nucleicos…………………………………………-10-11Química de los Ácidos Nucleicos…………………………………………….-12-13-14Otras Funciones de los Nucleótidos…..……………………………………-15-16Conclusiones……………………….….……………………………….……...-17Anexos………………………………………………………………………….-18-

-3-

INTRODUCCIÓN En 1919 Phoebus Levene identificó que un nucleótido está formado por una base, un azúcar y un fosfato Levene sugirió que el ADN formaba una estructura con forma de solenoide (muelle) con unidades de nucleótidos unidos a través de los grupos fosfato. En 1930 Levene y su maestro Albrecht Kossel probaron que la nucleína de Miescher es un ácido desoxirribonucleico (ADN) formado por cuatro bases nitrogenadas (citosina (C), timina (T), adenina (A) y guanina (G)), el azúcar desoxirribosa y un grupo fosfato, y que, en su estructura básica, el nucleótido está compuesto por un azúcar unido a la base y al fosfato. Sin embargo, Levene pensaba que la cadena era corta y que las bases se repetían en un orden fijo. En 1937 William Astbury produjo el primer patrón de difracción de rayos X que mostraba que el ADN tenía una estructura regular.

Los ácidos nucleicos son macromoléculas complejas de suma importancia biológica, ya que todos los organismos vivos contienen ácidos nucleicos en forma de ácido desoxirribonucleico (ADN) y ribonucleico (AR N). Sin embargo; algunos virus sólo contienen AR N, mientras que otros sólo poseen ADN. El descubrimiento de estos ácidos se debe al investigador Friedrich Miescher (1869), el cual investigaba los leucocitos y espermatozoides de salmón, de los cuales obtuvo una sustancia rica en carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y un porcentaje elevado de fósforo. Por encontrarse dentro del núcleo, llamó a esta sustancia nucleína.

-4-

OBJETIVOS Objetivo General: Reconocer las principales características de las bases heterocíclicas purina y pirimidina así como sus principales derivados.

Objetivos Específicos:  Analizar y conocer la estructura química de los nucleótidos y como participan en los ácidos nucleicos.  Conocer la estructura molecular de los ácidos nucleicos ADN y ARN con sus principales diferencias que existentes entre ellas.  Conocer las funciones de los ácidos nucleicos y su importancia en la transmisión de las características hereditarias.  Conocer cómo se efectúa, y la importancia del proceso de replicación o duplicación de uno de los ácidos nucleicos, el ADN.

-5-

RESUMEN Definición y localización del ADN. (Ácido Desoxirribonucleico) Molécula polimérica compuesta de nucleótidos, que constituye el material genético. La información que contiene se expresa por la secuencia de nucleótidos. Estos pueden ser de cuatro tipos: Adenina (A), Timina (T), Guanina (G) y Citosina (C). El ADN (Ácido Desoxiribo Nucleico) constituye el material genético de las células del cuerpo humano. El ADN se encuentra exclusivamente en el núcleo de las células. En el genoma (conjunto integral y secuenciado del ADN) humano se estima que hay aproximadamente 50,000 ó más genes. Los genes son trozos funcionales de ADN compuestos a su vez de 1,000 hasta 200,000 unidades c/u llamadas nucleótidos.

Definición y localización del ARN. (Ácido Ribonucleico) Material genético de ciertos virus (virus ARN) y, en los organismos celulares, molécula que dirige las etapas intermedias de la síntesis proteica. En los virus ARN, esta molécula dirige dos procesos: la síntesis de proteínas (producción de las proteínas que forman la cápsula del virus) y replicación (proceso mediante el cual el ARN forma una copia de sí mismo). En los organismos celulares es otro tipo de material genético, llamado ácido desoxirribonucleico (ADN), el que lleva la información que determina la estructura de las proteínas. Pero el ADN no puede actuar solo, y se vale del ARN para transferir esta información vital durante la síntesis de proteínas (producción de las proteínas que necesita la célula para sus actividades y su desarrollo).

Estructura del ADN. Los nucleótidos se encuentran organizados formando un par de cadenas apareadas que toman la forma tridimensional de un doble hélix. Hay más de (3,000′000,000) tres mil millones de pares de bases que constituyen el genoma de una sola célula humana.

Estructura de la molécula e ARN.

-6-

La estructura primaria del ARN es similar a la del ADN, excepto por la sustitución de desoxirribosa por ribosa y de timina por uracilo (De Roberts, 1986). La molécula de ARN está formada, además por una sola cadena.

Composición del ADN Y ARN. Como el ADN, el ARN está formado por una cadena de compuestos químicos llamados nucleótidos. Cada uno está formado por una molécula de un azúcar llamado ribosa, un grupo fosfato y uno de cuatro posibles compuestos nitrogenados llamados bases: adenina, guanina, uracilo y citosina. Estos compuestos se unen igual que en el ácido desoxirribonucleico (ADN). El ARN se diferencia químicamente del ADN por dos cosas: la molécula de azúcar del ARN contiene un átomo de oxígeno que falta en el ADN; y el ARN contiene la base uracilo en lugar de la timina del ADN. Replicación.

El modelo de la doble hélice ofrece una respuesta sencilla a la replicacion. Los pares de bases que forman los “peldaños’ del modelo se mantienen unidos por un tipo de enlace débil llamado “enlace de hidrógeno”. Si estos enlaces se rompen, las dos hebras (bandas) de la molécula de ADN se pueden separar como las 2 mitades de una cremallera o cierre. Las bases a lo largo de cada banda estarán entonces expuestas como los dientes de una cremallera abierta. Si existen nucleótidos libres en el núcleo de la célula, sus bases podrán ser atraídas hacia las bases complementarias en cada banda expuesta. Ellas podrían entonces unirse para completar la banda complementaria exactamente como aquella que se separó. De esta manera las moléculas “hijas” son exactamente iguales a la molécula original de ADN. (Schraer y Stoltze, 1983).

Reproducción.

Cuando una molécula del ADN se copia, sus escalones se dividen en dos partes.

Cada A suelta su T y cada G suelta su C. Las barandillas laterales de la parte de la “cremallera de la molécula”, y la escalera espiral se hacen dos espirales separados, cada uno con medio-escalón dividido y suelto. Debido a que la A solamente se une a la T, y la G solamente se une a la C, la secuencia de -7-

escalones rotos en cada una de estas medio moléculas es la imagen de espejo de la otra. De la sopa química que flota alrededor del reproductor de ADN, las letras no adheridas se unen a sus compañeras que aún se cuelgan de las barandillas laterales. Cuando este proceso se termina, se presentan las nuevas moléculas del ADN. Cada una es la gemela exacta de la molécula-padre.

-8-

NUCLEÓTIDOS Componentes básicos de los ácidos nucleicos.

Función:  Garantiza el intercambio.  Actúa como señales químicas en los sistemas celulares.  Componentes

estructurales

de

factores

enzimáticos

e

intermediarios

metabólicos.

Los nucleótidos están formados por tres componentes: 1. Base nitrogenada: derribado por dos compuestos. 

Pirimidina: compuesta por Citosina C y Timina T.



Purina: compuesta de Adenina A y Guanina G.

Tanto el DNA como el RNA contienen estas dos bases nitrogenadas.

Son compuesto libres débiles básicos denominado base.

Son hidrofóbicas e insolubles en H2O en el PH cercano a la neutralidad.

ACIDOS NUCLEICOS Depositarios de la información genética constituyen:  DNA (Desoxi-ribosa): 

Recibe el nombre del Gen



Almacena y transmite la información genética



Cuando se altera regula y protege la información genética

 RNA (Ribosa): 

Cumplen variedad de funciones

Se clasifican en tres tipos: 1. RNA ribosómico: llevan la síntesis de proteínas 2. RNA mensajero: transmite la información desde un gen hasta el ribosoma sintetizando proteínas 3. RNA de transferencia: Moléculas adaptadas que traducen la información genética contenida en el mRNA. -9-

Tanto el DNA y el RNA se encuentran unidos covalentemente mediante puentes de grupos fosfatos. 

La cadena corta se denomina oligonucleótido



Cadena de mayor longitud polinucleotidos ACIDOS NUCLEICOS ADN

El acido desoxirribonucleico (ADN) es la base química de la herencia y esta organizada en genes, que son las unidades fundamentales de la información genética. Se ha descubierto la vía de información básica en donde el ADN, dirige la síntesis de ARN, que a su ves dirige la síntesis de proteínas. Los genes no funcionan de manera autónoma; su replicación y función están controlados por varios productos de los genes, con frecuencia en colaboración con componentes de varias vías de transducción de señales.

Permite concluir que: 1. La composición de bases del ADN normalmente varían de una especie a otra.

2. La misma especie tiene la misma composición de ADN. 3. La composición de bases de ADN de una determinada especie no varia con la edad del organismo, ni con su estado nutricional, ni con las variaciones ambientales.

4. En todos los ADN celulares, independientemente de la especie el numero de adenina es igual a la de la timina y el numero de guanina igual a la de citosina.

EL ADN COMO CONTENEDOR DE LA INFORMACION GENETICA La demostración de que el ADN contenía la información genética se llevo a cabo en 1944 en una serie de experimentos realizados por Avery McLEOD Y McCarthy.

ESTRUCTURA DEL ADN Las unidades monoméricas se mantienen en forma polimérica por medio de enlaces fosfodiester constituyendo así una sola cadena. El contenido de la información del DNA reside en la secuencia en que estos, monómeros desoxirribonucleotidos de purina y perimida. El polímero posee una polaridad, un extremo tiene un hidroxilo o fosfato terminal, en tanto poseen segmento fosfato o hidroxilo terminal.

La importancia de la polaridad se da ya que reside en orden de las unidades monoméricas dentro de los polímeros, la concentración de los nucleótidos de desociadenosina (A) es igual que al de los nucleótidos de timina (T) (A=T) igualmente los demás nucleótidos que son (G=T).Esto condujo a la propuesta de la doble cadena de la molécula del ADN. Las dos cadenas de esta doble hélice se mantienen en su lugar por puentes de hidrogeno entre las bases purinas y - 10 -

pirimídicas de las moléculas lineales. Las dos cadenas en las cuales las bases en posición opuesta se mantienen juntas por medio de puentes de hidrogeno giran alrededor de un eje central en la forma de una doblé hélice. Tres puentes de hidrogeno unen a la guanina con la citosina y dos puentes adenosina con la timina entonces la unión de (G-C) son mas fuertes y resistentes a la desnaturalización.

El ADN puede ser desnaturalizado para analizar su estructura, en solución se puede separar la doble cadena de ADN en sus dos cadenas componentes (fundir), aumentado la temperatura o disminuyendo la concentración salina. La re naturalización del ADN requiere el apareamiento de las bases se asocian cuando alcance la temperatura fisiológica y las condiciones de salinidad adecuadas, un proceso que con frecuencia se refiere como hibridación.

En algunos microrganismos como las bacterias, bacteriófagos muchos virus de animales que contienen DNA y organelos como la mitocondria están unidas para un circulo cerrado sin extremos libres y elimina todos los grupos hidroxilo y fosforillo libres en las posiciones 3-5.para el enrollamiento superespiral necesitan de energía y la manera relajada se produce por medio de enzimas que catalizan los cambios topológicos del ADN se conocen como topoisomerasas.

ESTRUCTURA DEL ACIDO RIBONUCLEICO (ARN) El ARN es un polímero de ribonucleótidos de purina y pirimida mantenidos juntos por medio de puentes 3-5 fosfodiester análogos a lo del ADN. Comparte muchas características con el ADN y unas diferencias específicas:  En el ARN en la cual se unen las bases puricas y pirimidicas y los fosfatos es la ribosa y no la desoxirribosa como en e ADN.  En el ARN las pirimidicas difieren del ADN ya que son T, G, C, A y en el ARN no existe timina esta el uracilo.  El ARN existe como una sola cadena, en tanto que el ADN existe como una molécula helicoidal de doble cadena. Sin embargo tiene la capacidad de doblarse como una pinza de cabello y así adquirir características de doble cadena.  Debido a que la molécula de ARN es una sola cadena complementaria a una sola cadena de las dos de un gen, el contenido de guanina no necesariamente es igual al contenido de citosina ni el contenido de adenina al uracilo.  El ARN puede ser hidroxilados por la álcalis 2-3 diesteres clínicos de mono nucleótidos compuestos que no pueden formarse a partir del ADN tratado con alcalosis, debido a la ausencia de un grupo 2 hidroxilo.

Casi todas las especies de ARN están involucradas en algunos de los aspectos de la síntesis de proteínas:

- 11 -

Las moléculas de ARN citoplasmáticos que sirven como molde para la síntesis (es decir que transfieren la información genética del ADN hasta la maquinaria de síntesis de proteínas) Es el ARN mensajera, ARN citoplasmático (ARN ribosómico), como moléculas adaptadoras (RNA de transferencia).

EL ARN esta organizado en varias estructuras singulares.

En todos los organismos procariotas y eucariotas existen tres clases principales de moléculas de ARN. ARN mensajero.

ARN de transferencia.

ARN ribosomático.

Difieren entre tamaño, función y estabilidad general.

QUIMICA DE LOS ACIDOS NUCLEICOS Los ácidos nucleicos resultan de la polimerización de monómeros complejos denominados nucleótidos. Un nucleótido está formado 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.

- 12 -

ADENINA

GUANINA

DESNATURALIZACION ADN Y ARN

Las disoluciones de ADN son muy viscosas a un PH de 7 y a una temperatura ambiental de 25 C y pero a valores extremos tanto de temperatura o PH se produce un cambio f铆sico del ADN lo cual provoca la desnaturalizaci贸n, dando lugar a dos hebras completamente separadas unas de otras o parcialmente sin romper los enlaces covalentes - 13 -

RENATURALIZACION Es un proceso rápido de un solo paso siempre que exista un segmento de doble hélice (ejemplo desnaturalización parcial) si las hebras están completamente separadas la Re naturalización se produce en dos pasos. 

Primer paso: las dos hebras se encuentran mediante colisiones al azar y forman un fragmento corto de doble hélice.



Segundo paso: las bases que se encuentran separadas se aparean sucesivamente como una cremallera para formar la doble hélice.

ACIDOS NUCLEICOS DE ESPECIES DIFERENTES PUEDEN FORMAR HIBRIDOS Re asociación de una hebra de ácido nucleico con otra hebra de origen diferente.

Ejemplo híbridos DNA: DNA, DNA: RNA, RNA: RNA NUCLEOTIDOS

Y

LOS

ACIDOS

NUCLEICOS

EXPERIMENTAN

TRANSFORMACIONES NO ENZIMATICAS Las purinas y pirimidinas, conjuntamente con los nucleótidos, experimentan una serie de alteraciones espontáneas que se producen lentamente en su estructura covalente. Por lo que ocasionan cambios permanentes en la información genética produciendo mutaciones. Además ahí agentes químicos que dañan al ADN como agentes desaminantes como agentes alquilante; sin embargo, la fuente más importante de modificaciones del ADN son las oxidativas; y producen lesiones que - 14 -

resultan en un conjunto amplio y complejo de reacciones que van desde la oxidación de las desoxirribosas y de las bases, hasta la rotura de las hebras.

ALGUNAS BASES DEL ADN ESTAN METILADAS Algunas bases del ADN sufren con frecuencia metilación enzimática. Las Adenina y Guanina se encuentran metiladas con mayor frecuencia que las Citosina y las Timina y la metilación suele restringirse con mayor frecuencia a ciertas secuencias y regiones del ADN. Nos quiere decir que actúan como mecanismos de defensas para distinguir su propio ADN de cualquier ADN extraño. Con el pasar del tiempo se puede determinar la secuencia del ADN y se puede sintetizar mediante métodos químicos y enzimáticos.

OTRAS FUNCIONES DE LOS NUCLEOTIDOS Desempeñan otras funciones de la célula como transportador de energía componentes de cofactores enzimáticos y mensajeros químicos.

Existen sub funciones que son: Los nucleótidos transportan energía en la célula.- los ribonucleicos presentan 2 o 3 grupos que a su vez están unidos covalentemente al grupo hidroxilo que son nucleosidos mono, de, tri fosfato que a su vez se denominan alfa, beta y. la hidrolisis da energía química para impulsar una amplia variedad de reacciones celulares, se puede decir que el ATP es el más utilizado que el UTP, CTP, GTP, - 15 -

pero ellos también emplean reacciones específicas. También existen percusores activos que son los nucleótidos trifosfato que ellos actúan en la síntesis de DNA y RNA y estos liberan energía. En consecuencia la estructura química del grupo trifosfato porque juega un importante papel determinado en la biosíntesis.

Los nucleótidos de adenina forman parte de muchos cofactores enzimáticos.-se puede decir que la adenosina forma parte de su estructura pero no en las mismas funciones de ellos, pero cuando actúan la adenosina en la última función esta se altera dando una reducción de su actividad.

La adenosina no es estudiada a profundidad pero si tiene relación con la energía entre la unión de la enzima y el sustrato que están dado en la catalasis y estabilización que ayuda a tirar al sustrato al interior del sitio activo , se dice que hay funciones parecidas tanto de las porciones de nucleosidos como cofactores nucleótidos , la adenosina cumple varias funciones y el ATP se convierte en la fuente universal de energía química para poder fijar la adenosina que se utiliza una gran cantidad de enzimas diferentes .

El plegamiento de unión de nucleótidos se adentra en muchas enzimas que se unen ATP y cofactores nucleótidos.

- 16 -

CONCLUSIONES El ADN y el ARN, poseen un lugar bastante importante dentro de la genética. El ADN se encarga de llevar la información hereditaria, y el ARN se encarga de transcribirla. Se pudo observar que es posible usando modelos sencillos, representar

el

comportamiento

tanto

del

ADN

como

del

ARN.

Este

comportamiento es lo que permite que el código genético en los seres vivos, se transmita de generación en generación, gracias a una compleja serie de procesos, que incluyen la unión de bases nitrogenadas, y la división de las cadenas de ADN parentales para formar cadenas hijas.

El ADN contiene la información hereditaria correspondiente a la especie. Y el ARN requiere para la síntesis de proteínas la presencia de los ribosomas en las células ya que en el momento de la duplicación de los cromosomas las moléculas de ADN se abren gradualmente por los puentes de hidrógeno. El ADN es el responsable de la transmisión de la información genética debe ser capaz, no solo de reproducirse, con lo cual se consigue conservar esta información de padre a hijos sino también debe poder transmitirlo.

- 17 -

- 18 -