Nucleótidos y ácidos nucleicos

Nucleótidos y Ácidos Nucleicos

• Los nucleótidos son los monómeros de los ácidos nucleicos (ADN y ARN).
• Pueden encontrarse libres en la célula, como ATP, AMPc, NAD, NADP, FAD, FMN, y Coenzima A.

Composición de los Nucleótidos

• Un nucleótido está formado por:
  • Ácido fosfórico
  • Pentosa
  • Base nitrogenada

Pentosas

• Ribosa: presente en el ARN y en el ATP (β-D-ribofuranosa).
• Desoxirribosa: presente en el ADN (β-D-desoxirribofuranosa).
• Los carbonos de las pentosas se numeran del 1' al 5' para distinguirlos de los carbonos de las bases nitrogenadas.

Bases Nitrogenadas

• Son compuestos heterocíclicos con nitrógeno.
  • Pirimidínicas: tienen un anillo sencillo hexagonal (citosina, timina y uracilo).
  • Púricas: tienen un anillo doble (adenina y guanina).

Ácido Fosfórico

• Se encuentra como H3PO4 o en forma de ion fosfato (PO43-).

Enlace N-glucosídico

• Una base nitrogenada se une a la pentosa mediante este enlace.
• El ácido fosfórico (fosfato) se une a la pentosa mediante un enlace éster.
• La unión de una pentosa con una base nitrogenada forma un nucleósido.

Formación del Enlace N-glucosídico

• Se establece un enlace N-glucosídico entre el OH del C1' de la pentosa y un grupo NH de la base nitrogenada, liberando una molécula de agua (H2O).
• El C1' de la pentosa y el N de la base nitrogenada quedan directamente unidos.
• El enlace N-glucosídico es una variante del O-glucosídico, donde el -OH de un monosacárido reacciona con una amina, en lugar de con el -OH de otro monosacárido.
• Ejemplos de nucleósidos: (desoxi) "Adenosina", "Guanosina", "Citidina", "Timidina", "Uridina".

Enlace Éster

• La unión de uno o varios grupos fosfato a un nucleósido forma un nucleótido.
• Se establece un enlace éster entre el C5' de la pentosa y un grupo -OH del ácido fosfórico, liberando nH2O.
• Un nucleótido puede tener uno, dos o tres grupos fosfato unidos al C5' de la pentosa, por ejemplo, AMP, ADP y ATP.

Nucleótidos en Ácidos Nucleicos

• Los nucleótidos que forman los ácidos nucleicos son monofosfato y se unen entre ellos mediante enlaces éster para formar polinucleótidos (ADN y ARN).

El ADN (Ácido Desoxirribonucleico)

• Portador de la información genética.
• Es un polímero lineal formado por nucleótidos cuya pentosa es la desoxirribosa (desoxirribonucleótidos) y cuyas bases nitrogenadas son adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T).
• El ADN se empaqueta en tres niveles de complejidad: estructura primaria, secundaria y terciaria.

Estructura Primaria del ADN

• Es la secuencia de desoxirribonucleótidos de una sola cadena unidos por enlaces éster.
• Los nucleótidos se unen mediante un enlace nucleotídico, que es un enlace éster (5' → 3').
• Se forma entre el grupo OH del fosfato (unido al C5') de un nucleótido y el OH del C3' (de la pentosa) del siguiente.
• Enlace/puente fosfodiéster: se llama así a la unión entre los nucleótidos (en realidad, pentosas) de una cadena de polinucleótidos (ADN o ARN): Un fosfato queda unido por dos enlaces éster a dos pentosas sucesivas, formando un puente entre el C3' de una pentosa y el C5' de la siguiente.
• La cadena tiene dos extremos libres: un extremo 5' con un grupo fosfato y un extremo 3' (al que se van añadiendo nucleótidos).
• Una cadena de ADN se caracteriza por la composición y secuencia de sus bases, así como por su tamaño.

Estructura Secundaria del ADN

• Es la estructura de doble hélice del ADN, descubierta por Watson y Crick en 1953.
• Estudios previos revelaron:
  • Equivalencia de bases (Leyes de Chargaff): púricas = pirimidínicas, A+G = T+C
  • Estructuras que se repiten cada 0.34 y 3.4 nm (determinado por difracción de rayos X)

El Modelo de Watson y Crick

• Formado por dos cadenas de polinucleótidos enrolladas helicoidalmente formando una doble hélice de 2 nm (20 Å) de diámetro.
• El enrollamiento es dextrógiro y plectonémico.
• Las bases nitrogenadas se orientan hacia el interior, con sus planos paralelos entre sí y perpendiculares al eje imaginario.
• Las pentosas y los fosfatos forman los bordes de la hélice de manera alterna.

Características Adicionales de la Doble Hélice

• Hay diez pares de nucleótidos por cada vuelta de la doble hélice, lo que corresponde a 3.4 nm (34 Å).
• La distancia entre bases es de 0.34 nm (3.4 Å).
• La doble hélice presenta un surco mayor y un surco menor.
• Las dos cadenas son antiparalelas: una tiene dirección 3' → 5' y la otra 5' → 3'.
• Las cadenas son complementarias: Las bases se unen por puentes de hidrógeno de la forma A=T (2 puentes) y C≡G (3 puentes), lo que impone restricción lateral, pero no en la secuencia lineal de bases.

Estructura Terciaria del ADN: Condensación

• Es el empaquetamiento de la doble hélice en la cromatina o en los cromosomas de las células eucariotas (y el del cromosoma bacteriano en procariotas).
• El ADN debe estar adecuadamente empaquetado para poder ser almacenado en un volumen celular reducido y para que la información que contiene sea accesible.

Niveles de Condensación en Eucariotas

• En eucariotas, el ADN adopta sucesivos niveles de condensación, asociados a las distintas fases del ciclo celular.
  • ADN poco condensado se describe como cromatina.

Empaquetamiento en Procariotas, Mitocondrias y Cloroplastos

• ADN con estructura de doble hélice circular.
• Se asocia a un pequeño número de proteínas.

Empaquetamiento en Eucariotas

• Mayor cantidad de ADN.
• Estructuras de empaquetamiento en varios niveles sucesivos.

Fases del Empaquetamiento del ADN

• Parte de la doble hélice de 2 nm de diámetro.
• Fibra de 10 nm: el ADN se enrolla sobre histonas formando nucleosomas (octámero de histonas + 146 pares de bases), separados por ADN espaciador.
• Una histona H1 situada entre el nucleosoma y el ADN espaciador mantiene el ADN arrollado en su lugar (collar de perlas).
• Fibra de 30 nm: la fibra de 10 nm se enrolla sobre sí misma formando un solenoide, estabilizado por la histona H1.
• Bucles de 300 nm: el solenoide de 30 nm se pliega (al asociarse con proteínas) formando bucles.
• Fibra de 700 nm: la estructura de bucles se enrolla alrededor de un eje proteico formando rosetones.
• La estructura de rosetones de 700 nm se enrolla formando espirales de rosetones, dando lugar a las cromátidas de los cromosomas.

Estados de Condensación del ADN en la Célula

• El nivel de condensación del ADN varía dependiendo del momento del ciclo celular en el que se encuentre la célula.
• Interfase: Cuando una célula está realizando sus funciones normales (no se está dividiendo).
• En esta fase, el ADN está poco condensado, no pasa de la fibra de 10 nm (collar de perlas de nucleosomas) o 30 nm (solenoide), encontrándose así, en el núcleo.
• División: Cuando la célula entra en el proceso de división, la cromatina se va condensando cada vez más hasta llegar a formar las cromátidas de los cromosomas (máximo nivel de condensación).

Desnaturalización del ADN

• Pérdida de la estructura de doble hélice.
• Puede ocurrir por cambios de temperatura y de pH, y puede ser reversible.
• Las secuencias con pares A-T se desnaturalizan más fácilmente que las ricas en C-G debido a la menor cantidad de enlaces de H.

El ARN (Ácido Ribonucleico)

• Polinucleótido lineal formado por nucleótidos cuya pentosa es la ribosa (ribonucleótidos) y cuyas bases nitrogenadas son A, G, C, U (uracilo en lugar de timina).
• Los nucleótidos están unidos mediante enlaces éster (enlaces fosfodiéster o nucleotídicos) 5'→3'.

Estructura del ARN

• Los ARN son monocatenarios (existen algunos virus con ARN bicatenario).
• En algunas zonas se pueden establecer uniones intracatenarias de bases complementarias, dando una estructura secundaria de doble hélice que forma horquillas.

Tipos de ARN

• Existen distintos tipos de ARN, con la misma composición, pero diferente estructura y función: ARNm, ARNt, ARNr, ARNn.
  • Todos los polinucleótidos (ADN y ARN) se alargan en sentido 5'→3', por incorporación de nuevos nucleótidos al extremo 3' de la cadena.

ARN mensajero (ARNm)

• Se sintetiza en el núcleo como copia de una de las cadenas de ADN (tomando como molde la cadena complementaria) en el proceso de transcripción.
• Copia la información del ADN y la lleva a los ribosomas para la traducción de proteínas.
• Los ARN son monocatenarios, pero puede haber uniones intracatenarias de bases complementarias.

ARN de transferencia (ARNt)

• Moléculas relativamente pequeñas que actúan como portadoras de aminoácidos específicos hasta los ribosomas.
• Contienen bases poco usuales.
• Tiene estructura secundaria (doble hélice) en algunas zonas.
• En el extremo 3' tiene la secuencia CCA a la que se une el aminoácido.
• En el extremo 5' tiene un grupo G-P.
• Estructura con zonas de doble hélice y bucles, con 4 brazos:
  • Brazo aceptor
  • Brazo anticodón
  • Brazo T.
  • Brazo D

ARN ribosómico (ARNr)

• Es el más abundante.
• Tiene bases normales y algunas metiladas.
• Tiene zonas con doble hélice.
• Forma los ribosomas unido a proteínas básicas.

ARN nucleolar (ARNn)

• Unido a proteínas, forma el nucléolo. Da origen a los ARNr al fragmentarse.

Ribozimas

• ARN con actividad catalítica.
• Intervienen en la maduración del ARN y en la traducción (la peptidil-transferasa del ribosoma es una ribozima).

Otros Nucleótidos de Interés Biológico

• Hay nucleótidos libres en la célula, que no forman parte de ácidos nucleicos.
• Tienen funciones diversas:
  • Proporcionar energía
  • Actuar como cofactores enzimáticos
  • Actuar como mediadores en la comunicación celular

Nucleótidos Energéticos

• Nucleótidos cuyos enlaces covalentes entre los ácidos fosfóricos liberan energía al romperse por hidrólisis.
• Ejemplos: ATP (adenosín-trifosfato; la molécula más utilizada), GTP, CTP, TTP y UTP.

Nucleótidos Mediadores

• El AMPc (cíclico) es un AMP que esterifica el ácido fosfórico también en el C3' de la ribosa.
• Es un mediador en muchos procesos hormonales.

Nucleótidos Coenzimáticos

• Actúan como coenzimas de procesos metabólicos.
• Coenzimas en reacciones de óxido-reducción del metabolismo: intervienen recibiendo y cediendo electrones sobre determinados sustratos.
  • NADH/NAD+: Nicotín-adenín-dinucleótido.
  • NADPH/NADP+: Nicotín-adenín-dinucleótido-fosfato.
  • FADH2/FAD: Flavín-adenín-dinucleótido.
• CoA o CoA-SH (Coenzima A): Transportador de grupos acilo.

Este cuestionario explora los componentes básicos de los ácidos nucleicos, incluyendo nucleótidos, bases nitrogenadas y enlaces químicos. También cubre la estructura del ADN y las leyes de Chargaff. Pon a prueba tus conocimientos.