Funciones de los ácidos nucleicos ribonucleicos

5'ACGTTTAACGACAAGGACAAGTATTAA3' La posibilidad de combinar cuatro nucleótidos diferentes y la gran longitud que pueden tener las cadenas polinucleotídicas, hacen que pueda haber un elevado número de polinucleótidos posibles, lo que determina que el ADN pueda contener el mensaje biológico o información genética y explica la diversidad del mensaje genético de todos los seres vivos. ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN. Datos preliminares: A finales de los años 40 Erwin CHARGAFF y sus colaboradores estudiaron los componentes del ADN y emitieron los siguientes resultados: La concentración de bases varía de una especie a otra. El porcentaje de A, G, C y T es el mismo en los individuos de la misma especie y no por esto el mensaje es el mismo. Tejidos diferentes de la misma especie tienen la misma composición en bases. La composición en bases del ADN de una misma especie no varía con la edad del organismo ni con su estado nutricional ni con las variaciones ambientales. Las densidades y viscosidades corresponden a la existencia de enlaces de hidrógeno entre los grupos NH y los grupos CO. La concentración de Adenina es igual a la de Timina, y la de Citosina a la de Guanina. Las dos primeras establecen dos puentes de hidrógeno entre ellas, y las últimas tres puentes. La cantidad de purinas es igual a la cantidad de pirimidinas. Por medio del método analítico de difracción de rayos X, FRANKLIN y WILKINS observaron una estructura fibrilar de 20 Å (Amstrongs) de diámetro con repeticiones cada 3,4 Å y una mayor cada 34 Å. WATSON y CRICK postularon en 1953 un modelo tridimensional para la estructura del ADN que estaba de acuerdo con todos los datos disponibles anteriores: el modelo de doble hélice. Este modelo, además de explicar cómo era el ADN, sugería los mecanismos que explicaban su función biológica y la forma como se replicaba. Según el modelo de la doble hélice de WATSON y CRICK: El ADN estaría constituido por dos cadenas o hebras de polinucleótidos enrolladas helicoidalmente en sentido dextrógiro sobre un mismo eje formando una doble hélice. Ambas cadenas serían antiparalelas, una iría en sentido 3'5' y la otra en sentido inverso, 5' 3'. Los grupos fosfato estarían hacia el exterior y de este modo sus cargas negativas interaccionarían con los cationes presentes en el nucleoplasma dando más estabilidad a la molécula. Las bases nitrogenadas estarían hacia el interior de la hélice con sus planos paralelos entre sí y las bases de cada una de las hélices estarían apareadas con las de la otra asociándose mediante puentes de hidrógeno. El apareamiento se realizaría únicamente entre la adenina y la timina, por una parte, y la guanina y la citosina. Por lo tanto, la estructura primaria de una cadena estaría determinada por la de la otra, ambas cadenas serían complementarias. La complementariedad de las cadenas sugiere el mecanismo por el cual el ADN se copia -se replica- para ser trasferido a las células hijas. Ambas cadenas o hebras se pueden separar parcialmente y servir de molde para la síntesis de una nueva cadena complementaria (síntesis semiconservativa). El modelo de la Doble Hélice propuesto por Watson y Crick está basado en estudios del ADN en disolución (hidratado). La denominada forma B ó ADN-B tiene un mayor interés biológico ya que es la que presenta el ADN en interacción con las proteínas nucleares. Además de la forma B, existen otras estructuras posibles que puede presentar el ADN. Algunas de estas alternativas son las siguientes: ADN-B: ADN en disolución, 92% de humedad relativa, se encuentra en soluciones con baja fuerza iónica se corresponde con el modelo de la Doble Hélice.  ADN-A: ADN con 75% de humedad, requiere Na, K o Cs como contraiones, presenta 11 pares de bases por giro completo y 23 Å de diámetro. Es interesante por presentar una estructura parecida a la de los híbridos ADN-ARN y a las regiones de autoapareamiento ARN-ARN. ADN-C: ADN con 66% de humedad, se obtiene en presencia de iones Li, muestra 9+1/3 pares de bases por giro completo y 19 Å de diámetro. ADN-Z: doble hélice sinistrorsa (enrollamiento a izquierdas), 12 pares de bases por giro completo, 18 Å de diámetro, se observa en segmentos de ADN con secuencia alternante de bases púricas y pirimidínicas (GCGCGC), debido a la conformación alternante de los residuos azúcar-fosfato sigue un curso en zig-zag. Requiere una concentración de cationes superior a la del ADN-B, y teniendo en cuenta que las proteínas que interaccionan con el ADN tienen gran cantidad de residuos básicos sería posible que algunas convirtieran segmentos de ADN-B en ADN-Z. Las posiciones N7 y C8 de la Guanina son más accesibles. ADN-A ADN-B ADN-Z ADN-A ADN-Z ADN-B PROPIEDADES DE LA ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN DESNATURALIZACIÓN Si una disolución de ADN se calienta suficientemente ambas cadenas se separan, pues se rompen los enlaces de hidrógeno que unen las bases, y el ADN se desnaturaliza. La temperatura de desnaturalización depende de la proporción de bases. A mayor proporción de C-G, mayor temperatura de desnaturalización, pues la citosina y la guanina establecen tres puentes de hidrógeno, mientras que la adenina y la timina sólo dos y, por lo tanto, a mayor proporción de C-G, más puentes de hidrógeno unirán ambas cadenas. La desnaturalización se produce también variando el pH o a concentraciones salinas elevadas. Si se restablecen las condiciones, el ADN se renaturaliza y ambas cadenas se unen de nuevo. ESTRUCTURA TERCIARIA DEL ADN EN LAS CÉLULAS EUCARIOTAS. Las grandes moléculas de ADN de las células eucariotas están muy empaquetadas ocupando así menos espacio en el núcleo celular y además como mecanismo para preservar su transcripción. Como hemos visto, en las células eucariotas el ADN se encuentra en el núcleo asociado a ciertas proteínas: nucleoproteínas, formando la cromatina. En la cromatina, la doble hélice de ADN se enrolla alrededor de unas moléculas proteicas globulares, las histonas, formando los nucleosomas. Cada nucleosoma contiene 8 histonas y la doble hélice de ADN da dos vueltas a su alrededor (200 pares de bases). El conjunto, si no está más empaquetado aún, forma una estructura arrosariada llamada collar de perlas. Ahora bien, los nucleosomas pueden empaquetarse formando fibras de un grosor de 30 nm (fibra de 30 nm). Según el modelo del solenoide las fibras se forman al enrollarse seis nucleosomas por vuelta alrededor de un eje formado por las histonas H1. NIVELES SUPERIORES DE EMPAQUETAMIENTO Los siguientes niveles de empaquetamiento no están aún aclarados del todo pero, parece ser, que cada fibra se volvería a enrollar formando un bucle (cada bucle tendría 50 millones de pares de bases), seis bucles se empaquetarían asociándose a un " esqueleto nuclear" produciéndose un rosetón, 30 rosetones formarían una espiral y 20 espirales formarían una cromátida. Todo ello produciría un gran acortamiento de las largas cadenas de ADN. En los espermatozoides el ADN se encuentra aún mucho más empaquetado, se dice que tiene " estructura cristalina". Los ADN de las bacterias, virus, mitocondrias y plastos no presentan estructuras tan complejas y no están asociados a histonas, aunque sí están asociados a otras proteínas. TIPOS Según su estructura se distinguen los siguientes tipos de ADN: Monocatenarios o de una cadena; por ejemplo los de algunos virus. Bicatenarios, con dos hebras o cadenas (algunos virus, las bacterias y los eucariotas). A su vez, y en ambos casos, el ADN puede ser: Lineal, como por ejemplo el del núcleo de las células eucariotas y el de algunos virus. Circular, como el de las mitocondrias, cloroplastos, bacterias y algunos virus. ARN. El ácido ribonucleico (ARN o RNA) es un ácido nucleico, polímero lineal de nucleótidos formando una larga cadena. El eje de la cadena lo forman grupos fosfato y azúcares ribosa de forma alternativa del que toma su nombre. Los nucleótidos del ARN contienen el azúcar ribosa y entre sus bases nitrogenadas al uracilo. La función principal del ARN es servir como intermediario de la información que lleva el ADN en forma de genes y la proteína final codificada por esos genes. Fue descubierto por Severo Ochoa. El ARN es transcrito desde el ADN por enzimas llamadas ARN polimerasas y procesado en el transcurso por muchas más proteínas. El uracilo, aunque es muy diferente, puede formar puentes de hidrógeno con la adenina, lo mismo que la timina lo hace en el ADN. El porqué el ARN contiene uracilo en vez de timina es un enigma del que nadie sabe la respuesta. COMPOSICIÓN QUIMICA. El ARN contiene el azúcar pentosa (o sea de con 5 carbonos) llamada ribosa y sus moléculas están formadas también por pares de bases, de ahí ribonucleico Están formadas por pares de bases, la unión de estas es semejante a la del ADN, pero difiere en que la adenina (A) se une al uracilo (U), entonces su complemento es: - Uracilo (U) con Adenina (A) - Citosina (C) con Guanina (G) Está formado por la unión de muchos ribonucleótidos, los cuales se unen entre ellos mediante enlaces fosfodiester en sentido 5´-3´ (igual que en el ADN). Están formados por una sola cadena, a excepción del ARN bicatenario de los retrovirus. ESTRUCTURA PRIMARIA DEL ARN Al igual que el ADN, se refiere a la secuencia de las bases nitrogenadas que constituyen sus nucleótidos. ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ARN Alguna vez, en una misma cadena, existen regiones con secuencias complementarias capaces de aparearse. ESTRUCTURA TERCIARIA DE ARN Es un plegamiento, complicado, sobre la estructura secundaria. LOCALIZACION. Es el ácido nucleico más abundante en las células (aparece en proporción más elevada que el ADN). Existen 3 tipos diferentes de ARN: ARN de transferencia (ARN-t ó t-RNA), ARN ribosomal (ARN-r ó r-RNA) y ARN mensajero (ARN-m ó m-RNA). Los diversos tipos de ARN participan en la expresión de la información genética contenida en el ADN. Es decir, mientras el ADN es portador de la información genética y dicta órdenes para que la célula elabore las proteínas, el ARN se ocupa de que esas órdenes se ejecuten. Los 3 tipos de ARN no son sólo diferentes por su estructura sino también por su localización intracelular: aproximadamente la mitad del ARN se encuentra formando parte de los ribosomas (ARN-r), un 25% en el citosol (fundamentalmente ARN-t y un poco de ARN-m), y una proporción significativa en el núcleo (parte asociado de forma no covalente al ADN y parte en el nucleolo). Igual que con el ADN, las mitocondrias y plastos tienen sus propios ARN específicos (aprox. un 15% del ARN total). TIPOS Y FUNCIONES DE CADA UNO DE ELLOS. Por su estructura y su función se distinguen tres clases de ARN: El ARNm (ARN mensajero) es un polirribonucleótido constituido por una única cadena sin ninguna estructura de orden superior. Su masa molecular suele ser elevada. Este ARN se sintetiza en el núcleo celular y pasa al citoplasma transportando la información para la síntesis de proteínas. Sus características son las siguientes: Cadenas de largo tamaño con estructura primaria. Se les llama mensajero porque transporta la información necesaria para la síntesis proteica. Cada ARNm tiene información para sintetizar una proteína determinada. Su vida media es corta. La duración de los ARNm en el citoplasma celular es de escasos minutos siendo degradados rápidamente por enzimas específicas En procariontes el extremo 5´posee un grupo trifosfato En eucariontes en el extremo 5´posee un grupo metil-guanosina unido al trifosfato, y el extremo 3´posee una cola de poli-A En los eucariontes se puede distinguir también: Exones, secuencias de bases que codifican proteínas. Intrones, secuencias sin información. Un ARNm  de este tipo ha de madurar (eliminación de intrones) antes de hacerse funcional, a ese proceso se le llama splicing. Antes de madurar, el ARNm  recibe el nombre de ARN heterogeneonuclear (ARNhn). El ARNt (ARN de transferencia) transporta los aminoácidos para la síntesis de proteínas. Está formado por una sola cadena, aunque en ciertas zonas se encuentra replegada y asociada internamente mediante puentes de hidrógeno entre bases complementarias. Su peso molecular es del orden de 25.000 da. Está formado por entre 70 y 90 nucleótidos y constituye el 15 % del total del ARN de la célula. Se sintetiza en el núcleo y sale hacia el citoplasma para realizar su función. En el ARNt podemos distinguir un brazo aceptor de aminoácidos abierto y un bucle anticodon.

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