Ácidos Nucléicos:

Cómo la estructura

comunica la información

Son biopolímeros hechos de monómeros, los

nucleótidos, que constan de:

• Una base nitrogenada: Compuesto

aromático nitrogenado

• Un monosacarido

• Ácido fosfórico

De dos tipos:

• RNA ó ARN (Ácido ribonucléico)

• DNA ó ADN (Ácido desoxirribonucléico)

Ácidos Nucléicos

Estructura del RNA

Diferencia entre DNA y RNA

• DNA: Contiene timina

• RNA: Contiene uracilo

• Uracilo es igual a la Timina pero sin el grupo 5 metil.

• La timina es 5 metil uracilo

Bases nitrogenadas: Purinas y Pirimidinas

Pirimidina Citosina Timina Uracilo

Purina Adenina Guanina

Otras bases «raras» (tRNA)

Nucleósidos• Azúcar + Base

• Ribosa ó desoxirribosa (C2’) unida a una base (C1’)

por un enlace N-glicosídico.

• No tiene grupo fosfato.

Nucleósidos: Purinas: -osina, Pirimidinas: -idinas

Nucleótidos: -ilato

Terminología de Nucleósidos y Nucleótidos

Funciones de los Nucleótidos

•Son los monómeros de los ácidos nucléicos

•Fuente de energia (ATP, GTP).

•Reacciones de transferencia de grupos fosfato

•Procesos biosintéticos (p.e. UDP-glucosa en

síntesis de glucógeno, CDP-acilglicerol en síntesis

de lípidos).

•Parte de Coenzimas NAD(P), FAD, Coenzima A

•Componentes de la transmisión de señales

(cAMP, cGMP, etc.)

Ácidos Nucléicos

Niveles de estructura:

• 1ria: Orden de las bases en la secuencia

de polinucleótidos

• 2ria: Estructura 3D del esqueleto de

polinucleótidos

• 3ria: superenrollamiento de la molécula

• 4ria: Interacción de los ácidos nucleicos

con otras macromoléculas (proteínas).

Enlace 5’-3’

fosfodiéster

DNA Estructura 1°

Se nombra en orden de extremo 5’ (Fosfato libre en al carbono

5’) al extremo 3’ (OH libre en el carbono 3’).

DNA – Estructura 2°

Watson y Crick (1953):

• Doble hélice

• Antiparalela

• Complementaria

• Estructura basada en difracción de rayos X.

Estructura del RNA

En general cadena sencillaAlgunos virus cadena doble

La cadena sencilla se puede

plegar sobre si mismo por

complementaridad

Pareamiento de bases

• Por complementariedad

• Puentes de hidrógeno entre A-T y G-C

• Distancia de 11 Å en ambos

DNA-A

Otras formas de DNA

• DNA-B: Forma fisiológica

• Hélice derecha (dextrogira), diámetro

11Å,10 pb por vuelta (34Å)

• DNA-A: Más gruesa que B-DNA

• En híbridos DNA:RNA

• 11 pb por vuelta, dextrógira

• DNA-Z: Hélice izquierda, levógira. Más

delgada.

En secuencias que alternan purinas y

pirimidinas CGCGCG pueden ser C

metiladas. Papel en expresión génica.

DNA-B

DNA-Z

DNA-A, DNA-B y DNA-Z

Otras características del DNA

Apilamiento de bases

• Son hidrofóbicas – Interacciones hidrofóbicas.

• DNA-B: cada base rotada 32°maximiza

pareamiento pero no el apilamiento.

• Bases expuestas en el surco menor entran en

contacto con el agua.

Apilamiento de bases “Giro de hélice”

• Las distancias del pareamiento son menos óptimas

• …pero el apilamiento es mejor

• …y el agua es eliminada de los surcos menores.

DNA – Estructura 3°Superenrollamiento

• Doble hélice puede considerarse como una cuerda

de dos hebras enrollada a la derecha

• Puede sufrir superenrollamiento positivo/negativo

DNA – Estructura 3°

• Superenrollamiento

• DNA circular y DNA lineal largo

• Topoisomerasas:

• Clase I: cortan los enlaces fosfodiester de una

hebra y luego la reunen.

• Clase II: cortan las dos hebras y luego las reunen.

• DNA girasa: Una topoisomerasa II bacteriana

Superenrollamiento en

DNA Eucariótico

• Histonas: proteínas, ricas en AA

básicos Lys y Arg.

5 Tipos: H1, H2A, H2B, H3, H4

• Cromatina: DNA e histonas

• Nucleosoma: DNA enrollado en el

octámero de histonas 2X(H2A,

H2B, H3 y H4), introduce

superenrollamientos negativos.

• H1 estabiliza la unión del

nucleosoma)

Nucleosoma

8 histonas con 2

vueltas y pico de

DNA

DNA

Tipos de RNA

• RNA mensajero (mRNA)

• RNA de transferencia (tRNA)

• RNA ribosomal (rRNA)

• RNA pequeño nuclear (snRNA)

• RNA de interferencia (iRNA)

• microRNA (miRNA)

RNA de transferencia (tRNA)

• 73-94 nts, bases “raras”

• Porta un AA en su extremo 3’.

• Puentes de hidrogeno forman la

estructura 2D de trébol.

• Unión específica de diferentes tRNA

con diferentes AA según su anticodón.

• Transporta los AA al ribosoma para

síntesis de proteínas.

• Reconocimiento codón (en el mRNA)

con el anticodón del tRNA

Resumen: Función de diferentes tipos de RNA

Transferencia de

Información en las

células

Dogma central de

la Biología

Molecular

Replicación

Transcripción

Traducción

Replicación

Duplicación del DNA para la división celular

Semiconservativa

Cada DNA contiene una

cadena nueva y una

cadena parental.

Enzimas: DNA polimerasas

Requerimientos:

1. Cebador: Aporta el 3´OH

2. Sustratos: dNTP

3. Cofactores iones divalentes

Mg++

4. Molde o plantilla

Mecanismo de acción:

Formación de enlace fosfodiéster

de los dNTPs adicionados por

complementaridad.

Enzimología de la replicación

Transcripción: Síntesis de RNA a partir de DNA

• Principal punto de control en la expresión de los genes y

de la producción de proteínas.

• Produce todos los tipos de ARN (cada año más tipos y

más funciones).

• Lo que se transcribe depende de la función de la célula

Gen

Secuencia de DNA que codifica para un producto

funcional.

No solamente proteínas!!!

tRNA, rRNA, miRNA, snRNA, etc.

• Segmento de DNA reconocido por la RNA polimerasa.

• Indica que segmento y que hebra de la doble cadena

debe ser transcrita y donde debe iniciar la transcripción.

• Se ubica corriente arriba (hacia 5´) del gen

Promotor

Estructura del Gen en procariotas:

En eucariotas: Exones e intrones.

Exones: Codifican constituidos por codones

Intrones: No codifican no están constituidos por codones

Enzimología de la transcripción

Enzima: RNA polimerasa. Forma enlaces fosfodiester

entre ribonucleótidos formando así la cadena de RNA

En E. coli la holoenzima RNA pol tiene 5 subunidades:

• σ: que reconoce el promotor

• α, ω, β y β´: Núcleo enzimático, forman el sitio activo

de la polimerización

Requerimientos

1. Molde (DNA)

2. NTPs (ATP, CTP, GTP, UTP)

3. Mg++

4. Síntesis en 5´→3´

Procesamiento del precursor del

mRNA en eucariotesmRNA en eucariotas es producido en núcleo y debe

ser transportado a citoplasma

• Adicion de nucleótidos en los extremos: En el

5´: Cap (7metilGuanilato y en el 3´: Cola de

poliAs. Estabilidad y transporte.

• Splicing: Corte y empalme: Retirar intrones (no

codificantes) y empalmar exones (codificantes)

para que sea adecuadamente leída según el

código genético.

Del gen eucariótico al RNA mensajero maduro

Código genetico

Es la correlación entre 2 lenguajes informativos: Ácidos

nucléicos y proteínas

Correspondencia entre la secuencia de los nucleótidos y los 20

aminoácido.

Codón: Secuencia de tres bases que especifican un aminoácido. AA

Características del código genético

• En tripletes: Una secuencia de tres bases (un

codon) se requiere para especificar un AA (64

posibilidades diferentes)

• No sobrelapado o sobrepuesto: Cada base

pertenece a un sólo codon.

• Sin comas o puntuación entre los codones: Los

codones están uno a continuación del otro sin bases

separando codones.

• Es redundante (degenerado): más de un triplete

codifica para el mismo AA; Leu, Ser y Arg,

codificados por 6 codones.

• Universal: Igual en virus, procariotes y eucariotes;

algunas excepciones

Excepciones a la universalidad del código

genético…

Organismo Codón Debería

codificar para

Codifica

para

Mitocondria (mamíferos,

drosophila, levaduras)

UGA Pare Trp

Mitocondria (mamíferos,

drosophila, levaduras)

AUA Ile Met

Muchos protozoos UAA, UAG Pare Gln

Candida cylindracea CUG Leu Ser

Traducción

• Síntesis de proteínas: Formación de enlaces peptídicos entre AA codificados en codones del mRNA.

• Requiere de ribosomas, mRNA, tRNA, rRNA y factores proteícos.

Para poder incorporar los AA en la cadena

peptídica lo primero es …

1. Activación de aminoácidosUnir el aminoácido al tRNA que porte el anticodon

correspondiente por medio de la enzima aminoacil-tRNA

sintetasa.

El anticodón que se encuentra en el tRNA va a reconocer los

codones en el mRNA y de esta manera se traduce la

información en aminoácidos.