Tema 2: Biomoléculas compuestas orgánicas: Acidos Nucleicos. PAU BIOLOGÍA 2º BACHILLERATO

CEA ―García Alix‖

ÁCIDOS NUCLEICOS 20.- Ácidos nucleicos: Definición de nucleósidos y nucleótidos. Fórmula química general. Bases púricas y pirimidínicas. 21.- Ácido desoxirribonucleico (ADN): Composición, localización y función. Estructura primaria y secundaria (doble hélice): complementariedad y antiparalelismo de la cadena, grado de empaquetamiento del ADN (100 A). Conocimiento del proceso de desnaturalización y renaturalización del ADN. 22.- Ácido ribonucleico (ARN): Composición y estructura general. Tipos de ARN (ARN mensajero, transferente y ribosómico): estructura, localización y función. ORIENTACIONES 2011-12 Definir, conocer la composición y reconocer la estructura general de los nucleósidos, nucleótidos y ácidos nucleicos. Describir el enlace fosfodiéster como característico de los polinucleótidos. Diferenciar y analizar los diferentes tipos de ácidos nucleicos de acuerdo con su composición, estructura, localización y función.

Eva Palacios Muñoz

1

Tema 2: Biomoléculas compuestas orgánicas: Acidos Nucleicos. PAU BIOLOGÍA 2º BACHILLERATO

CEA ―García Alix‖

21.- Ácido desoxirribonucleico (ADN): Composición, localización y función. B) BIOMOLÉCULAS COMPUESTAS ORGÁNICAS (1º Bach.) TIPO

COMPOSICIÓN QUÍMICA Glúcidos C, H y O Lípidos C, H y O Proteínas C, H, O y N (S) Acidos nucleicos C, H, O, N y P

MONÓMEROS QUE LAS CONSTITUYEN Monosacáridos Acidos grasos Aminoácidos Nucleótidos

EJEMPLO Glucosa Colesterol Hemoglobina ADN

ACIDOS NUCLEICOS: Moléculas que determinan las características biológicas de un ser vivo DEFINICIÓN EJEMPLOS COMPOSICIÓN Biomoléculas orgánicas ADN responsables del funcionamiento de seres vivos. Están formadas por nucleótidos. ARN

Unión de desoxirribonucleótidos

Unión de ribonucleótidos

Energética Estructural Transportadora Contiene los genes (información genética)

FUNCIÓN EXPLICACIÓN Almacena las instrucciones necesarias para sintetizar todas las proteínas

Contienen desoxirribosa

FUNCION 1.Codificar la información genética

Con A, G, C y T

2. Replicación

Contienen ribosa

Ejecutar la información Síntesis de proteínas genética codificada en el ADN 1. Transcripción Copiar como ARN la información genética del ADN 2. Traducción o síntesis Conversión de la secuencia de nucleótidos de de proteínas ARN m en secuencia de aminoácidos de la proteína.

Con A, G, C y U

Eva Palacios Muñoz

FUNCIÓN

Autoduplicarse, forma nuevas copias de sí mismo, permitiendo la reproducción

2

Tema 2: Biomoléculas compuestas orgánicas: Acidos Nucleicos. PAU BIOLOGÍA 2º BACHILLERATO

CEA ―García Alix‖

0. ACIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN): Biomolécula orgánica compleja formada por C, O, H, N y P Macromoléculas biológicas que realizan funciones de vital importancia en los seres vivos, formados por subunidades estructurales más sencillas, repetidas (nucleótidos) Polímero lineal formado por desoxirribonucleótidos (con desoxirribosa) de adenina, guanina, timina y citosina DESCUBRIMIENTO DEL ADN INVESTIGADO RES

Experimentos de Avery, MacLeod y McCarthy (1944)

SERES OBSERVACIONES ESTUDIADOS (ADN sin histonas) La bacteria Investigaron Cepa S Con cápsula de Streptococcus transformaciones (virulenta) polisacáridos pneumoniae bacterianas protectora observadas por Griffith Cepa R Mutantes sin (inofensiva cápsula (por falta de una enzima)

EXPERIMENTOS

Inoculó a ratones bacterias S

RESULTADOS EXPERIMENTALES

CONCLUSIONES

Vivas

Los ratones enfermaban de neumonía y morían

Muertas por calor

Los ratones sobrevivían

Las cápsulas no provocaban la enfermedad. Tenía que ser otra sustancia.

Inoculó una mezcla de bacterias S muertas con bacterias R vivas

El ratón inexplicablemente enfermaba y moría. En él se hallaban ¡bacterias S vivas! Explicación: Se transformaban las bacterias R en S .

Experimentos de Hershey y Chase (1952)

El bacteriófago T2 (virus de ADN que infectaba bacterias)

Eva Palacios Muñoz

Consiguieron virus marcados radiactivamente mediante cultivo en medios con isótopos radiactivos (S35 y P32)

Fagos con cápsida proteica radiactiva (marcada con S*)

Infectaron con ellos a bacterias

Obtuvieron del primer cultivo cápsulas vacías marcadas con S*

Fagos con ADN radiactivo (marcado con P*)

Infectaron con ellos a bacterias

En el 2º cultivo apareció ADN* en el interior de las bacterias y, después, en el interior de nuevos virus hijos

Demostraron que sólo los extractos de bacterias S muertas que contenían ADN eran capaces de producir dicha transformación El ADN era la molécula portadora de la información biológica (información para hacer la cápsula resistente a los fagocitos) Demostraron que era el ADN, y no las proteínas, la molécula que pasaba de una generación a otra, y por tanto, la que debe contener la información de cómo han de ser los organismos.

3

Tema 2: Biomoléculas compuestas orgánicas: Acidos Nucleicos. PAU BIOLOGÍA 2º BACHILLERATO

CEA ―García Alix‖

ACIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN): Macromoléculas biológicas que realizan funciones de vital importancia en los seres vivos, formados por subunidades estructurales más sencillas, repetidas (nucleótidos) Biomolécula orgánica compleja formada por C, O, H, N y P. Polímero lineal formado por desoxirribonucleótidos (con desoxirribosa) de adenina, guanina, timina y citosina DESCUBRIMIENTO DEL ADN INVESTIGADO RES

Experimentos de Avery, MacLeod y McCarthy (1944)

SERES ESTUDIADOS (ADN sin histonas) La bacteria Investigaron Streptococcus transformaciones pneumoniae bacterianas observadas por Griffith

PROCEDIMIENTO

Cepa S (virulentas, con cápsula de polisacáridos protectora)

Al mezclar bacterias S muertas con bacterias R vivas e infectar a un ratón, ¡se transformaban las bacterias R en S y ÉSTAS estaban vivas en el ratón muerto!

Cepa R (mutantes inofensivas sin cápsula de polisacáridos) Experimentos de Hershey y Chase (1952)

El bacteriófago T2 (virus de ADN que infectaba bacterias)

Eva Palacios Muñoz

Consiguieron virus marcados radiactivamente mediante cultivo en medios con isótopos radiactivos (S35 y P32)

CONCLUSIONES

Demostraron que sólo los extractos de bacterias S muertas que contenían ADN eran capaces de producir dicha transformación.

El ADN era la molécula portadora de la información biológica (información para hacer la cápsula resistente a los fagocitos)

Fagos con cápsida proteica radiactiva (marcada con S*)

Infectaron con ellos a bacterias y obtuvieron del primer cultivo cápsulas vacías marcadas con S* (¡Las cápsidas proteicas no entran dentro de la bacterias infectadas!)

Fagos con ADN radiactivo (marcado con P*)

Infectaron con ellos a bacterias y en el 2º cultivo apareció ADN* en el interior de las bacterias y, después, en el interior de nuevos virus hijos

Demostraron que era el ADN, y no las proteínas, la molécula que pasaba de una generación a otra, y por tanto, la que debe contener la información de cómo han de ser los organismos.

4

Tema 2: Biomoléculas compuestas orgánicas: Acidos Nucleicos. PAU BIOLOGÍA 2º BACHILLERATO

CEA ―García Alix‖

20.- Ácidos nucleicos: Definición de nucleósidos y nucleótidos. Fórmula química general. Bases púricas y pirimidínicas. 1. ACIDOS NUCLEICOS (ACIDO RIBONUCLEICO Y ACIDO DESOXIRRIBONUCLEICO) : MOLÉCULAS DEFINICIÓN Acidos nucleicos Macromoléculas biológicas que realizan funciones de vital importancia en los seres vivos, formados por subunidades estructurales más sencillas repetidas (nucleótidos) Nucleósidos

Moléculas formadas por la unión de una base nitrogenada y una pentosa (enlace N-glucosídico entre el C-1’ de pentosa y un N de la base, perdiendo H2O) Subunidades estructurales más sencillas, que repetidas constituyen los ácidos nucleicos. Son ésteres fosfóricos de los nucleósidos (enlace éster entre el grupo –OH del C-5’ de la pentosa y el –OH del ácido ortofosfórico)

Nucleótidos

COMPONENTES Nucleósidos

FÓRMULA QUÍMICA GENERALIZADA Bases nitrogenadas Pirimidínicas (Base + azúcar) (compuestos heterocíclicos planos formados por C y N) Púricas Pentosas (Monosacáridos de 5 átomos de C)

Nucleótidos (Base + azúcar + fosfato)

Nucleósido + á. ortofosfórico (ión fosfato)

Eva Palacios Muñoz

Ribosa (ARN)

TIPOS Timina (sólo en ADN) Citosina Uracilo (sólo en ARN) Adenina Guanina Ribonucleósidos

NOMENCLATURA

FUNCIONES Almacenar, transmitir y expresar la información genética

Coenzimas Almacén de energía Transporte de eEJEMPLO

T C U A G Base púrica + ―osina‖ Adenosina Guanosina Base pirimidínica + Citidina ―idina‖ Uridina (sólo en ARN)

Desoxirribosa Desoxirribonucleósidos Igual pero con prefijo Desoxiadenosina (ADN) ―desoxi‖ Desoxiguanosina Desoxitimidina (sólo en ADN) Desoxicitidina. Ribonucleóti- AMP Nucleósido (sin la a)+ Adenosín - 5’- fosfato dos (ARN) GMP -5’ – fosfato o Adenosín- 5’- monofosfato CMP Nucleósido + - 5’(AMP) UMP monofosfato Desoxirribonu dAMP , dGMP Igual pero con prefijo Desoxiadenosín - 5’- fosfato cleótidos dCMP , dTMP. ―desoxi‖ (d) Desoxiadenosín - 5’(ADN) monofosfato (dAMP.)

5

Tema 2: Biomoléculas compuestas orgánicas: Acidos Nucleicos. PAU BIOLOGÍA 2º BACHILLERATO

CEA ―García Alix‖

21.- Ácido desoxirribonucleico (ADN): Composición, localización y función. Estructura primaria y secundaria (doble hélice): complementariedad y antiparalelismo de la cadena, grado de empaquetamiento del ADN (100 A). Conocimiento del proceso de desnaturalización y renaturalización del ADN. 2. ADN. Polímero complejo formado por desoxirribonucleótidos (con desoxirribosa) de adenina, guanina, timina y citosina.

ESTRUCTURA DEL ADN. Es la disposición en el espacio de las moléculas TIPOS DE DEFINICIÓN CARACTERES ESTRUCTURAS PRIMARIA Secuencia de nucleótidos de una de las Unidos por enlace fosfodiéster cadenas (A, T, G, C, A, etc.) (5’—3’)

SECUNDARIA MODELO DE WATSON Y CRICK (1.953) TIPOS/ CARACTERES

Disposición de la secuencia de nucleótidos o estructura primaria en el espacio

Base en datos aportados por otros: Chargaff, Franklin y Wilkins

Forma B

Doble hélice de 2 nm de diámetro

Forma A Forma Z

Eva Palacios Muñoz

Disposición espacial descrita por Watson y Crick. (Vale para ADN en dispersión)

Las bases nitrogenadas se encuentran en el interior. El enrollamiento es dextrógiro y plectonémico Tamaño Cada par de nucleótidos está separada por 0,34 nm y hay 10 pares de nucleótidos/ vuelta (3,4 nm/ vuelta de hélice) COMPLEMENTARIEDAD Hay correspondencia entre las bases nitrogenadas de las 2 cadenas polinucleotídicas ANTIPARALELELISMO Las 2 cadenas de polinucleótidos son antiparalelas Se forma por desecación Es más ancha y corta. de la forma B Las 2 cadenas de Es más larga y estrecha que la B. polinucleótidos se encuentran enrolladas en zig-zag Y es levógira.

EXPLICACIÓN Entre un fosfato unido al C-5’ de un nucleótido y el – OH del C-3’ del siguiente. Hay 2 extremos libres en Extremo 5’ Unido al cada cadena del ADN fosfato Extremo 3’ Unido al hidroxilo Molécula larga y rígida (no plegada) Con detalles estructurales repetidos. El contenido de bases púricas es igual al de pirimidínicas Formadas por 2 cadenas de polinucleótidos enrolladas alrededor de un eje imaginario. Los planos de sus anillos son paralelos entre sí y perpendiculares al eje de la doble hélice. Para separar las 2 cadenas, es necesario que se desenrollen El diámetro de la doble hélice es de 2 nm

Enlaces de H (estabilizan)

A = T (2 puentes de H) C = G (3 puentes de H)

Los enlaces 5’-3’ están orientados en sentidos opuestos No existe en condiciones fisiológicas. Puede existir en determinadas condiciones en los seres vivos

6

Tema 2: Biomoléculas compuestas orgánicas: Acidos Nucleicos. PAU BIOLOGÍA 2º BACHILLERATO

ESTRUCTURA DEL ADN (II). Es la disposición en el espacio de las moléculas TIPOS DE DEFINICIÓN CARACTERES ESTRUCTURAS TERCIARIA Disposición de la estructura secundaria (plegamiento sobre sí mismo para adoptar estructuras superenrolladas o empaquetadas). 5. TIPOS DE ADN SEGÚN ESTRUCTURA, FORMA Y EMPAQUETAMIENTO ESTRUCTURA Monocatenario Bicatenario FORMA Lineal Circular EMPAQUETAMIENTO Asociado a histonas ADN del núcleo de eucariotas No asociado a histonas Procariotas Virus

CEA ―García Alix‖

EXPLICACIÓN

Asociado a proteínas (semejantes a las histonas y otras no histónicas) y ARN Asociados a proteínas no histónicas o histonas ―robadas‖

TIPOS DE ADN Y SERES VIVOS QUE LOS CONTIENEN ADN Monocatenario Bicatenario Lineal Parvovavirus Núcleo de células eucariotas. Algunos virus (bacteriófago T4, herpes) Circular Bacterias Virus X 174 Mitocondrias y cloroplastos Algunos virus (el del polioma) LOCALIZACIÓN DEL ADN EN LOS SERES VIVOS PROCARIOTAS LUGAR NOMBRE FORMA LUGAR Nucleoide Cromosoma Una molécula Núcleo bacteriano de ADN circular (bicatenario circular)

Citoplasma

Plásmidos (a veces)

Eva Palacios Muñoz

Otras moléculas circulares pequeñas

Citoplasma

Mitocondria Cloroplasto

EUCARIOTAS NOMBRE FORMA Cromatina Largas moléculas lineales (visible al asociadas a proteínas ME) básicas (histonas), Cromosomas (visible al MO) ADN mitocondrial ADN plastidial

Cada fibra de cromatina compactada durante la división celular Circular, como bacterias

VIRUS LUGAR ESTRUCTURA Dentro Monocatenario de la (muy raro) cápsida Bicatenario

FORMA Lineal Circular

Lineal Circular

Circular, como bacterias

7

Tema 2: Biomoléculas compuestas orgánicas: Acidos Nucleicos. PAU BIOLOGÍA 2º BACHILLERATO

CEA ―García Alix‖

21.- Ácido desoxirribonucleico (ADN): Conocimiento del proceso de desnaturalización y renaturalización del ADN. 3. CARACTERÍSTICAS DEL ADN PROPIEDADES Estabilidad

DEFINICIÓN Permanencia de la doble hélice

Desnaturalización

Separación de las 2 hebras del ADN Proceso inverso a la desnaturalización

Renaturalización (hibridación del ADN)

CONDICIONES Es muy estable, en condiciones fisiológicas, debido a A pH > 13 A Tª = 100º C Si se mantiene mucho tiempo a 65º C

FUNCIONES DEL ADN Almacén de la información genética Molécula encargada de transmitir a la descendencia las instrucciones necesarias para sintetizar todas las proteínas

Eva Palacios Muñoz

CAUSAS Los puentes de H entre las bases Las interacciones hidrofóbicas entre los anillos aromáticos y los radicales –CH3 de las bases nitrogenadas Se rompen los enlaces o puentes de H entre las 2 cadenas

CONSECUENCIAS/ APLICACIONES

Forman una nueva doble hélice con total funcionalidad Obtención de moléculas híbridas a partir de 2 hebras de cualquier ácido nucleico (ADN o ARN), siempre que haya complementariedad entre sus secuencias.

Replicación (basada en la complementariedad de las 2 cadenas del ADN)

8

Tema 2: Biomoléculas compuestas orgánicas: Acidos Nucleicos. PAU BIOLOGÍA 2º BACHILLERATO

CEA ―García Alix‖

22.- Ácido ribonucleico (ARN): Composición y estructura general. Tipos de ARN (ARN mensajero, transferente y ribosómico): estructura, localización y función. CARACTERÍSTICAS DEL ARN COMPOSICIÓN Unión de ribonucleótidos Contienen ribosa mediante enlaces fosfodiéster Con A, G, C y U ESTRUCTURA

Monocatenario (normal)

Puede haber horquillas en algunas zonas

FUNCIÓN

Bicatenario (raro) Biocatalizador

Sólo algunos virus En el origen de la vida los ARN debieron ser las primeras moléculas capaces de autoduplicarse Transmitir la información genética desde el ADN hasta los ribosomas Conversión de la secuencia de nucleótidos de ARNm en secuencia de aminoácidos Sólo algunos virus que no tienen ADN

Transcripción Traducción Almacenar la información genética

Eva Palacios Muñoz

A veces hay otras bases nitrogenadas raras (derivados metilados de las bases nitrogenadas normales) Zonas con doble hélice debido a formación de puentes de H entre bases complementarias Ejemplo: Ribozimas

Ejemplo: Reovirus, virus de la gripe, ...

9

Tema 2: Biomoléculas compuestas orgánicas: Acidos Nucleicos. PAU BIOLOGÍA 2º BACHILLERATO

NUCLEÓTIDOS NO NUCLEICOS: No forman parte de los ácidos nucleicos. TIPOS EJEMPLOS ESTRUCTURA Nucleótidos de ADP (Adenosín difosfato) Adenina + ribosa + 2 fosfatos adenina ATP (Adenosín trifosfato) Adenina + ribosa + 3 fosfatos Los enlaces entre fosfatos son ricos en energía (liberada por hidrólisis) AMP cíclico (AMPc) Es cíclico porque el ácido ortofosfórico está esterificado con los C- 5’ y 3’ de la ribosa

Nucleótidos coenzimáticos

Eva Palacios Muñoz

Nucleótidos de flavina (Vit B2 o riboflavina)

FMN (Flavínmononucleótido) FAD (Flavín- adeníndinucleótido) Nucleótidos de NAD piridina (Nicotín-adenín(Vit B3 o dinucleótido) niacina o nicotinamida) NADP (fosfato de nicotínadeníndinucleótido) Coenzima A (CoA o bien, CoA-SH)

Base nitrogenada (flavina) + Pentosa (ribitol) = = Riboflavina

ORIGEN Se interconvierten (por fosforilación o defosforilación) ADP + P = ATP

CEA ―García Alix‖

FUNCIÓN Transportadores de energía ―Moneda de (los más intercambio de importantes) energía‖

En la membrana Segundo mensajero celular, mediante la enzima adenilato ciclasa, cuando llega una hormona proteica. Coenzimas de las deshidrogenasas, que transportan protones y e(reacciones red-ox)

Transmite y amplifica en el interior de la célula la señal que llega por la sangre (hormonas o primeros mensajeros) Forma FMN oxidada FAD Forma reducida

FMNH2 FADH2

Son De nicotinamida dinucleótidos (base nitrogenada derivada de piridina) De adenina

Coenzimas de las Forma deshidrogenasas oxidada que transportan H+ y e- (respiración)

NAD+ NADP+

NAD+ + 2H+ + 2e- Forma = NADH + H+ reducida

NADH NADPH

ADP + Vit B5 (ác. pantoténico) + Cadena corta de etilamida unida a un grupo tiol (-SH)

Transportador de grupos acilo (R- CO-) procedentes de ácidos orgánicos

FAD = FMN + AMP

Da lugar al acetil coenzima A (CH3- CO- S- CoA)

10

Tema 2: Biomoléculas compuestas orgánicas: Acidos Nucleicos. PAU BIOLOGÍA 2º BACHILLERATO

6. TIPOS DE ARN MENSAJERO (ARNm)

DE TRANSFERENCIA O SOLUBLE (ARNt) De 70 a 90 nucleótidos, el 10% con bases raras Monocatenario, pero doble hélice en algunas zonas (bucles). Forma de ―hoja de trébol‖. Traducción (trasportar los aminoácidos hasta los ribosomas)

TAMAÑO

Variable

ESTRUCTURA

Monocatenario lineal

FUNCIÓN

Transcripción

LOCALIZACIÓN

Se crea en el núcleo y sale al citoplasma

Se crea en el núcleo y sale al citoplasma

PROPIEDADES

Monocistrónico (codifica sólo 1 proteína) Policistrónico (codifica varias proteínas)

Brazo A Anticodón (triplete complementario al codón de ARNm) Brazo D Unión a la enzima sintetasa Brazo T Unión al ribosoma Extremo G y ácido fosfórico 5’ libre Extremo CCA sin aparear, 3’ para unirse al aminoácido

Eva Palacios Muñoz

Eucariotas

Procariotas

RIBOSÓMICO O ESTRUCTURAL (ARNr)

NUCLEOLAR (ARNn)

Largas moléculas Monocatenario, pero con doble hélice en algunas zonas. Traducción. Formar los ribosomas (varias moléculas de ARNr +proteínas básicas) Se crea en el núcleo y sale al citoplasma

Ribosomas 80 S

Eucariotas

Ribosomas 70 S

Procariotas

Se fragmenta y da lugar a los distintos tipos de ARNr Se crea en el núcleo a partir de segmentos de ADN (organizadores nucleolares) y forma el nucléolo

CEA ―García Alix‖

HETEROGÉNEO NUCLEAR (ARNhn) Muy variable (como su nombre indica) Exones Segmentos con información Intrones Segmentos sin información Da lugar al ARNm (pre- ARNm) en eucariotas por maduración

Se crea en el núcleo

11

Tema 2: Biomoléculas compuestas orgánicas: Acidos Nucleicos. PAU BIOLOGÍA 2º BACHILLERATO

CEA ―García Alix‖

6. TIPOS DE ARN (II) PEQUEÑO NUCLEOLAR (ARNpn/ ARNu) TAMAÑO ESTRUCTURA

Muy pequeño

FUNCIÓN

Maduración del ARN (eliminación de intrones): forma ribonucleoproteínas nucleares (RNPpn)

LOCALIZACIÓN PROPIEDADES

Núcleo de c. eucariotas

Eva Palacios Muñoz

DE INTERFERENCIA (ARNi) Muy pequeño (20-25 nucleótidos) Bicatenario Mecanismo de autocontrol celular (reconocimiento, por determinadas enzimas, de algunos ARNm que serán degradados sin traducirse) Utilizados en tratamiento de infecciones víricas, cáncer y enfermedades hereditarias

12