Base química da vida v ácidos nucleicos
-
Upload
adan-goncalves-conselleria-de-educacion-xunta-de-galicia -
Category
Education
-
view
150 -
download
5
Transcript of Base química da vida v ácidos nucleicos
OS ÁCIDOS NUCLEICOS
Profesor: Adán Gonçalves
OS ÁCIDOS NUCLEICOS
Os ácidos nucleicos foron descubertos por Friedrich
Miescher en 1869. Este científico traballando con
leucocitos e espermatozoides de salmón, obtivo
unha substancia rica en carbono, hidróxeno,
osíxeno, nitróxeno e unha porcentaxe elevada de
fósforo. A esta substancia chamoulle nun principio
nucleina, por atoparse no núcleo. O nome actual
débese ao seu carácter ácido e a súa localización
maioritaria no núcleo das células eucariotas, aínda
que como veremos non é o único lugar onde se
atopan.
Os ácidos nucleicos son grandes polímeros formados pola unión
de monómeros, chamados nucleótidos.
Os nucleótidos están formados pola unión de tres substancias:
Unha pentosa : que nos permite diferenciar entre dous tipos de ácidos
nucleicos: ARN se ten ribosa e ADN se ten desoxirribosa.
Unha base nitroxenada : moléculas de carácter básico que conteñen N.
Hai dous grupos de bases:
Púricas: parecidas á purina. Son Adenina (A) e Guanina (G).
Pirimidínicas: similares a pirimidina. Son Citosina (C), Timina (T) ou
Uracilo (U). A T só aparece no ADN e o U é exclusivo do ARN.
Unha molécula de ácido ortofosfórico. Responsable do carácter ácido
destas biomoléculas.
1. COMPOSICIÓN QUÍMICA DOS ÁCIDOS NUCLEICOS
Bases nitroxenadas
1. COMPOSICIÓN QUÍMICA DOS ÁCIDOS NUCLEICOS
Grupo fosfato
Base nitroxenada (C)
Pentosa (desoxirribosa)
Desoxirribonucleótido de citosina
Concepto de nucleósido
Os nucleósidos fórmanse pola unión da pentosa (ribosa ou
desoxirribosa) cunha base nitroxenada mediante un enlace N-
glicosídico que libera unha molécula de H2O.
Este enlace establécese entre o C1´ da pentosa e o N1 da base se é
pirimidínica (C, T ou U), e entre o C1´ da pentosa e o N9 se é púrica (A ou
G).
Concepto de nucleótido
Os nucleótidos fórmanse pola unión dun nucleósido cun ácido
ortofosfórico mediante un enlace fosfoéster, que libera unha molécula
de H2O, entre o grupo –OH do C5´ e un grupo hidroxilo libre do ácido
fosfórico. Teñen carácter ácido debido a que o grupo fosfato ionízase.
Nucleótidos que non forman parte dos ácidos nucleicos
Nucleósidos: emprégase o prefixo desoxi- se a pentosa é a
desoxiribosa e o sufixo –osina (tamén –osín) se a base é púrica e –
idina se é primidínica. Por exemplo: desoxiadenosina ou citidina.
Nucleótidos: noméase o nucleósido seguido de 5´ e o número de
grupos fosfato da molécula. Como tanto no ADN como no ARN os
nucleótidos só teñen un grupo fosfato sería desoxiadenosina 5´-
monofosfato.
Nomenclatura dos nucleósidos e nucleótidos
Non todos os nucleótidos forman parte dos ácidos nucleicos, e algúns
destes nucleótidos desempeñan funcións primordiais nas células. Son
exemplos o ATP (o adenosín 5´-trifosfato é un nucleótido esencial para
acumular e trasferir enerxía nas células) e o AMPc ( o adenosín 3´-5´-
monofosfato cíclico relacionado coas respostas celulares como segundo
mensaxeiro).
AMPCATP
Nucleótidos que non forman parte dos ácidos nucleicos
A función como transportadores enerxéticos de nucleótidos como o ATP,
e tamén outros como o GTP é posible debido a que os enlaces (enlaces
anhídro de ácido) entre os grupos fosfato son moi enerxéticos. A rotura
destes (por hidrólese) e a súa formación permite liberar e acumular
enerxía.
Nucleótidos que non forman parte dos ácidos nucleicos
Por outra banda, algúns nucleótidos poden actuar como coenzimas
(substancias orgánicas non proteicas que axudan a moitas enzimas)
como é o caso do FAD, NAD ou NADP que veremos máis adiante
colaborando con enzimas deshidroxenasas na respiración celular.
Polinucleótidos, a unión de nucleótidos
Os polinucleótidos son cadeas de nucleótidos unidos por enlaces 3´-5
´fosfodiéster.
Prodúcese un enlace fosfoéster entre o grupo –OH do C3´ do último
nucleótido e o grupo –OH do radical fosfato do nucleótido que se engade.
Deste xeito quedan establecidos dous enlaces éster (contando o anterior
entre o fosfato e a pentosa no nucleótido) coa participación do grupo
fosfato entre eles, de aí o nome de fosfodiéster.
Nun polinucleótido sempre hai un extremo 5´OH e outro extremo 3´OH
libres.
Polinucleótidos, a unión de nucleótidos
2. O ADN
O ácido desoxirribonucleico, ADN ou DNA (das súas siglas en inglés) está
constituído por desoxirribonucleótidos que están formados por:
- Unha pentosa, que é sempre a desoxirribosa.
- Unha base que pode ser A, G, C, ou T, pero nunca U.
- Un grupo fosfato.
O ADN póde definirse como un polímero de desorribonucleótidos unidos
por enlaces 5´-3´ fosfodiéster.
Está molécula tan importante pode clasificarse segundo a súa forma en:
ADN lineal: no núcleo das células eucariotas e nalgúns virus.
ADN circular: nas bacterias, arqueobacterias, cloroplastos,
mitocondrias e algúns virus.
E segundo o número de cadeas en:
ADN monocatenario: inusual, só atopado nalgúns virus.
ADN bicatenario: a forma habitual na maioría dos organismos.
Localización do ADN
En virus de ADN, que poden ter ADN bc ou ADN mc. Está dentro da
cápside proteica.
En procariotas, unha molécula de ADN bc e circular (“cromosoma
bacteriano” ou xenóforo). Tamén soen atoparse en pequenos
fragmentos bc circulares dispersos polo citoplasma que denominamos
plásmidos (teñen aplicacións biotecnolóxicas).
En eucariotas, está dentro do núcleo (cromatina en interfase e
cromosomas na división). Ademais teñen o denominado ADN
extranuclear que é o que atopamos nos cloroplastos e
mitocondrias (ADN bc circular).
Estrutura do ADN
No ADN, do mesmo xeito que nas proteínas, diferencianse distintos niveis
estruturais.
Algúns autores falan de catro niveis estruturais, mentres que outros
prefiren falar de tres niveis diferenciando no 3º nivel a súa vez dous
niveis de empaquetamento.
Estrutura primaria do ADN
Refírese a disposición ou secuencia dos nucleótidos (nt) dunha soa hebra
ou cadea. Formada, polo tanto, por un “esqueleto” de fosfatos e pentosas
dos que colgan as bases nitroxenadas.
A orde desta secuencia de nt determina a información biolóxica ou
xenética cuxa expresión é a síntese de proteínas. Como veremos esta
información pode ser transmitida e organízase en unidades discretas que
chamamos xenes.
Representación simplificada: 5´TCGA3´
Estrutura Primaria do ADN
Estrutura Secundaria
É a disposición espacial de dúas hebras de ADN formando a dobre
hélice na que as bases atópanse enfrontadas e unidas por pontes de
H.
O “modelo da dobre hélice” foi proposto por James Watson e Francis Crick
en 1953 en base aos datos achegados por varios equipos investigadores:
Chargaff e colaboradores (1950) estableceron por técnicas
cromatográficas, que “o nº de bases púricas é igual o nº de bases
pirimidínicas no ADN” , e o chamado “Principio de equivalencia de
bases”: “No ADN hai tantas moléculas de A como de T, e tantas de C
como de G”.
Franklin e Wilkins (1950-1953), por difracción de raios X, descubriron
que a molécula de ADN era longa e helicoidal cun diámetro de 20 Å e
con unidades que se repiten cada 3,4 Å e cada 34 Å.
Estrutura Secundaria
A partir deste datos, Watson e Crick propuxeron o “modelo da dobre
hélice”:
O ADN esta formado por dúas cadeas (hebras) de polinucleótidos
dispostas unha fronte a outra de xeito antiparalelo, unha vai en
sentido 5´-3´ e a outra en sentido 3´-5´.
As dúas cadeas son complementarias, se nunha cadea hai A, na
outra hai T ao mesmo nivel e viceversa. Se nunha cadea hai G na
outra hai C e viceversa.
As dúas cadeas están enroladas de xeito dextróxiro.
As cadeas presentan un “esqueleto” de fosfatos e pentosas cara o
exterior, coas bases perpendiculares o eixe da cadea e cara o interior
unidas complementariamente mediante pontes de H. Entre T e A dúas
pontes e entre G e C tres pontes.
Estrutura Secundaria
A dobre hélice da unha volta cada 34 Å e ten unha distancia entre
pares de bases (nt por tanto) de 3,4 Å. Hai polo tanto, 10 pares por
volta.
Franklin Watson
Wilkins Crick
O descubrimento do ADN
En 1962, Crick, Watson e Wilkins recibiron o premio Nobel (Franklin xa
falecera con só 37 anos).
Estrutura Secundaria
Estrutura do ADN
Dúas cadeas de nucleótidos, complementarias e antiparalelas
Estrutura 2º do ADN
Dobre hélice
Estrutura Secundaria
Este modelo proposto por Watson e Crick denomínase forma B-DNA,
pero hai outras formas de estruturas secundarias da molécula de ADN
como son a forma A (coas bases inclinadas respecto ao eixe da cadea
que xurde por deshidratación da forma B) e a forma Z (que é levóxira).
Actualmente comezamos a dilucidar que estes modelos poderían ter
importancia no recoñecemento específico nos procesos de
transcripción.
Estrutura Terciaria ou primeiro nivel de empaquetamento
Refírese a estrutura do ADN asociado a proteínas.
Cando o ADN adquire a estrutura terciaria condénsase aínda máis para
poder entrar dentro do núcleo ou ocupar menos espazo na célula.
A estrutura 3º varía segundo o tipo de organismo:
En eucariotas o ADN asóciase a histonas formando unhas estruturas
chamadas nucleosomas. Nos espermatozoides o ADN únese a
protaminas (e non a histonas) que ao ser máis básicas proporcionan
un maior grao de empaquetamento.
Nos procariotas o ADN forma unha hebra de ADN bc e circular e
asóciase a proteínas non histónicas.
En virus tamén se ten observado a súa asociación con proteínas
básicas propias e con histonas da célula parasitada.
O grao de empaquetamento en eucariotas é maior xa que posúen moito
máis ADN, esto é posible grazas ás histonas.
Estrutura Terciaria
Nos eucariotas o ADN asociado a proteínas constitúe un primeiro nivel de
empaquetamento, a fibra de cromatina de100 Å. Para formala
podemos falar de dous modelos:
Modelo do “colar de perlas” ou “colar de contas” (con histonas)
Hai cinco tipos de histonas (H1 , H2A , H2B , H3 e H4 ). As histonas forman
unha estrutura octamérica (8 histonas, dúas de cada, excepto a H1 que
non forma parte desta estrutura) chamada nucleosoma e arredor de ela
enrólase o ADN (ADN core). Os nucleosomas atópanse unidos entre sí
por ADN (ADN linker) asociado á H1 conformado unha estrutura que se
asemella a un colar de contas de aí o seu nome. Esta estrutura de fibra
cromatínica que atopamos no núcleo de células en repouso, menos en
espermatozoides tamén se chama nucleofilamento.
Modelo cristalino (con protaminas nos espermatozoides): o ADN
enrólase sobre as protaminas formando unha estrutura moi compacta.
Estrutura Cuaternaria ou segundo nivel de empaquetamento
O ADN nucleosómico todavía se enrola máis orixinando a fibra
cromatínica de 300 Å ou solenoide cando as H1 agrúpanse entre sí e
forman un eixe central e os nucleosomas dispóñense helicoidalmente
sobre el. En cada volta atópanse 6 nucleosomas e esta disposición
permite un acurtamento dunha cinco veces o colar de contas.
No núcleo en interfase a maior parte da cromatina atópase como fibras de
100 Å (eucromatina), pero nos cromosomas o nivel máis baixo de
condensación é o desta fibra de 300 Å.
Dominios de bucle
A fibra de 300Å nos cromosomas forma unha serie de bucles chamados
dominios estruturais de bucle que quedan fixados ao andamio
proteico do cromosoma formado fundamentalmente por proteínas non
histónicas.
Función do ADN
No ADN reside a información para a síntese proteica. Dirixindo
esta síntese, o ADN controla indirectamente a síntese das demais
moléculas orgánicas e polo tanto, de todas as actividades fisiolóxicas
do organismo. Esto é así, porque todos os procesos están catalizados
por enzimas, e as enzimas son proteínas.
Ademais, a capacidade replicativa do ADN permite que esta
información sexa herdable permitindolle ser a molécula portadora da
información xenética. Esta información reside na secuencia de
nucleótidos como veremos máis adiante. De feito, alteracións nesta
secuencia (por mutación ou recombinación xenética) son a base
molecular do proceso evolutivo.
A desnaturalización do ADN
Ao igual que vimos nas proteínas o ADN pode sofrer fenómenos de
desnaturalización por cambios de pH, temperatura…
Neste caso, se produce a rotura das pontes de hidróxeno entre bases e
o resultado final, igual que nas proteínas, é que o ADN perde os seus
niveis estruturais, excepto a estrutura 1º.
En determinadas condicións, una disolución de ADN mc pode volver a
formar unha dobre cadea, fenómeno coñecido como renaturalización.
Esta capacidade de renaturalización do ADN permite a hibridación que
consisten en enfriar lentamente unha mestura de ADN mc
desnaturalizado de distintas orixes para poder formar moléculas
híbridas de ADN (unha molécula con dúas hebras de diferente orixe). A
hibridación ten interesantes aplicacións en estudos filoxenéticos e de
medicina entre outras, xa que canto máis parecidas sexan as dúas
hebras maior complementaridade haberá entre elas.
3. O ARN
O ácido ribonucleico ou ARN (RNA do inglés) está constituído por
nucleótidos formados por:
- Unha pentosa, que sempre é ribosa.
- Unha base nitroxenada que pode ser A, U, C ou G; nunca T.
- Unha molécula de ácido ortofosfórico.
Pódese definir como un polímero de ribonucleótidos unidos por enlaces
5´-3´ fosfodiéster.
Localización do ARN
En virus de ARN, pode ser ARN mc ou bc. Exemplos: os retrovirus
como o VIH (ARN mc) e os reovirus como o virus da “lingua azul” (ARN
bc)
En procariotas, no citoplasma sobre todo onde hai ribosomas.
En eucariotas, no núcleo e no citoplasma sobre todo onde hai
ribosomas.
Tipos de ARN
Na actualidade coñécense varios tipos de ARN, pero se falamos da síntese
proteica diferenciamos tres tipos fundamentais.
ARN mensaxeiro (ARNm): é unha molécula lineal mc cuxa misión é
transmitir a información do ADN ata o citoplasma onde se sintetizan as
proteínas. Para elo, mediante o proceso de transcrición e a partir
dunha das hebras do ADN (ADN molde) obtense unha copia desta
información en forma de ARNm. Esta molécula de ARNm sae do núcleo
(que é onde está o ADN en eucariotas) e pasa ao citoplasma onde a
nivel dos ribosomas servirá de base para obter unha cadea polipeptídica
(tradución ou biosíntese proteica).
Os procesos de transcrición e tradución veremolos en temas posteriores.
Os ARNm dos eucariotas recén sintetizados (transcrito primario) están
formados por intróns, rexións sen información para a síntese proteica e
exóns, rexións con información. Os intróns son eliminados nos procesos
de maduración desta molécula ao ARNm definitivo que será traducido.
Tipos de ARN
ARN tranferente (ARNt): é unha molécula de catro brazos e tres
lóbulos pechados, bucles orixinados pola falta de unións por pontes de
H entre as bases da cadea, que soe dicirse adoita forma de trevo. Este
tipo de ARN é o encargado de capturar os aa do hialoplasma e
transportalos ata o ribosoma para que formen parte da cadea
polipeptídica que se esté formando. Cada ARNt é específico para cada
aa, aínda que varios ARNt poden transportar o mesmo aa. A unión dun
ARNt co seu aa chámaselle activación e está catalizada por unhas
enzimas, tamén específicas, denominadas aminoacil-ARNt-
sintetasas. Unha parte moi importante do ARNt que lle permitirá
unirse ao ribosoma para participar no proceso de tradución é
unconxunto detres nucleótidos chamado anticodón.
Tipos de ARN
ARN ribosómico(ARNr): ARN que se une a proteínas para formar os
ribosomas. O ribosoma é o orgánulo celular onde ten lugar o proceso
de tradución ou síntese proteica. Cada ribosoma está cosntituído por
dúas subunidades, a maior e a menor.
Os ribosomas clasifícanse atendendo a unha unidade denominada
coeficiente de sediementación (S). En eucariotas os ribosomas son 80
S (60-40) e en procariotas son 70 S (50-30), é dicir algo máis
pequenos.
Nos cloroplastos e mitocondrias os ribosomas son 70 S.
Tipos de ARN
Ademais destos tres tipos básicos de ARN podemos falar tamén de:
ARN nucleolar (ARNn): atópase constituíndo o nucléolo. É precursor
do ARNr e polo tanto, da síntese dos ribosomas.
ARN pequeño nuclear (ARNpn): de pequeño tamano e no núcleo.
Únese a proteínas nucleares e permite a eliminación dos intróns do
transcrito primario ou ARN heterogéneo nuclear (ARNhn)
ARN de interferencia (ARN i): é bc e permite a determinados
enzimas recoñecer determinados ARNm para impedir a súa síntese
proteica e permitir a súa degradación. Constitúen un mecanismo de
autocontrol da célula e na actualidade (foron descubertos en 1988)
aplícanse ao tratamento de diversas enfermidades víricas, cancro e
enfermidades hereditarias.
ARNpn + proteínas que permiten el splicing
O Mundo de ARN
Actualmente unha boa parte da comunidade científica considera que o
ARN foi a primeira molécula que apareceu no devir evolutivo como
portador da información xenética fundamentalmente polo descubrimento
nos anos 80 de moléculas de ARN con capacidade catalítica, os
ribozimas (Cech e Altman recibiron en 1989 o premio Nobel por estos
achados).
Polo tanto, fumos conscientes de que o ARN non só pode conter
información, senón que tamén pode autoxestionarse. De aquí xurde a idea
de Gilbert do “Mundo de ARN” na que hipotiza que as primeiras formas de
vida serían moi sinxelas e portarían a información xenética nesta
molécula.
Máis tarde na evolución o ARN foi substituído polo ADN por ser unha
molécula máis estable e a función catalítica pasou as proteínas para ser
máis eficientes.Mundo de ARN
GRAZAS POR ATENDERME
WEBGRAFÍA
http://www.asturnatura.com/articulos/nucleotidos-acido-nucleico-adn/nucleosidos-nucleotidos.php
http://bio2baciel.blogspot.com.es/ http://www.bionova.org.es/biocast/tema09.htm http://blocs.xtec.cat/biogeobloc/biologia-batxillerat/metabolisme/ http://www.geopaloma.com/biologia_2b/unidades/ejercicios/act17acnutema1.htm http://gmein.uib.es/moleculas/ATP/ATPjmol.html http://hublots2.blogspot.com.es/2015_02_01_archive.html https://mahara.org/user/anahev/semana16-martes-y-jueves-noviembre-1y-3 http://www.sesbe.org/evosite/history/genetsims2.shtml.html http://slideplayer.es/slide/5442957/ http://toxamb.pharmacy.arizona.edu/c1-1-1-3.html