Estructura y Función de las Biomoléculas - TEMA 10 PDF

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tema-10.pdf _carlaa_08 ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LAS BIOMOLÉCULAS 1º Grado en Biología Facultad de Ciencias Universidad de Extremadura Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-9448950 ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE BIOMOLÉCULAS T-10. NUCLEÓSIDOS, NUCLEÓTIDOS Y ESTRUCTURAS DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS TRANSMISIÓN DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA La información genética es la que se transmite de generación en generación en los seres vivos. Esta información está contenida en el ADN. Consta de tres procesos: -Replicación del ADN -Transcripción -Traducción COMPOSICIÓN Y PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS Los nucleótidos son la unidad básica de los ácidos nucleicos. Están formados por la unión de tres elementos: una base nitrogenada un azúcar simple un grupo fosfato La diferencia entre un nucleótido y un nucleósido es que el nucleósido sólo está constituido por la pentosa (azúcar simple) y una base nitrogenada. BASES NITROGENADAS. PROPIEDADES Encontramos dos tipos de bases - Bases Púricas: (derivan del núcleo de la purina). Son la ADENINA y la GUANINA. - Bases pirimidínicas: (derivan de un núcleo heterocíclico de seis lados). Son la CITOSINA, TIMINA y URACILO. En función del tipo de ácido nucleico que tengamos, encontramos unas bases u otras. ▪ DNA: Adenina (A), Guanina (G), Citosina (C), Timina (T). ▪ RNA: Adenina (A), Guanina (G), Citosina (C), Uracilo (U). TAUTOMERÍA CETO ENÓLICA: Tautómeros se denominan dos isómeros que se diferencian solo en la posición del grupo funcional. Entre las dos formas existe un equilibrio químico. En un equilibrio tautomérico hay migración de un grupo o átomo. La forma ceto pasa a enol y no le da tiempo a volver a su forma estable (enol). Bases estándar, bases en sus formas estables. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-9448950 ESTRUCTURA DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS (ADN y ARN) Podemos encontrar diferentes tipos de enlaces. En los nucleótidos tenemos estos: -La unión entre la pentosa (ribosa) y la base nitrogenada se llama enlace N-glucosídico. Este enlace se da entre el nitrógeno N de la base y el carbono C anomérico de una ribosa. -También encontramos un enlace éster, que se da entre el grupo fosfato y el azúcar (pentosa/ribosa). Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Los nucleótidos se unen entre sí mediante enlaces fosfodiéster para formar los ácidos nucleicos en una orientación 5´a 3´. El DNA, o ácido desoxirribonucleico, es el material que contiene la información hereditaria en los humanos y casi todos los organismos. Es una doble hélice formada por pares de bases unidos a un esqueleto azúcar-fosfato. La información en el DNA se almacena como un código compuesto por cuatro bases químicas, adenina, guanina, citosina y timina. El orden o secuencia de estas bases determina la información disponible para construir y mantener un organismo. Las bases de DNA se emparejan formado las llamadas pares de bases. Cada base está unida a una molécula de azúcar y una molécula de fosfato. Juntos forman nucleótidos. Los nucleótidos están dispuestos en dos hebras largas que forman un espiral llamada doble hélice. El RNA, ácido ribonucleico es el encargado junto al DNA de la síntesis de proteínas y herencia genética. Consiste en una molécula en forma de cadena simple de nucleótidos formados, a su vez, por un azúcar (ribosa), un fosfato y una de las cuatro bases nitrogenadas que lo componen: adenina, guanina, citosina y uracilo. Por lo general, es una molécula lineal y monocatenaria (de una sola cadena). TIPOS DE DNA: COMPARACIÓN DE SUS CONFORMACIONES La estructura secundaria fue propuesta por James Watson y Francis Crick, para lo que fue crucial la información obtenida mediante estudios de difracción de Rayos X obtenidos previamente por Rosalind Franklin. B-DNA Existen dos cadenas helicoidales de polinucleótidos enrollados de izquierda a derecha a lo largo de un eje común. Las cadenas discurren en direcciones opuestas y las interacciones entre las bases nitrogenadas se localizan en el interior de la doble hélice. Las bases nitrogenadas se encuentran al interior, y los grupos fosfato y las desoxirribosas se encuentran hacia el exterior. El diámetro de la hélice es de 23, Amstrong. Las bases adyacentes se encuentran separadas por 3,4 A a lo largo de la hélice y desplazadas por una rotación de 36º. Por lo tanto, la estructura helicoidal se repite cada 10 residuos, a intervalos de 34 A. Las dos hebras no son iguales sino complementarias. Abre tu Cuenta NoCuenta con el código WUOLAH10 y llévate 10 € al hacer tu primer pago ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LAS... Banco de apuntes de la a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-9448950 La relación espacial entre las hebras hace que haya una estría principal o surco mayor de 12 A y el surco menor de 6ª. Esta diferencia se debe a que los enlaces glucosídicos entre los azúcares y las bases del mismo par no se encuentran totalmente opuestos entre sí. La amplitud del surco mayor lo hace más accesible a las interacciones con proteínas que reconocen secuencias específicas de DNA, y que son responsables de la regulación de la expresión génica. Factores que estabilizan el DNA: -Fuerzas hidrofóbicas -Enlaces puente de hidrógeno Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. -Fuerzas de Van der Waals -Enlaces salino A-DNA Se obtiene por deshidratación del DNA-B. No se ha observado Z-DNA Observados en células eucariotas. Función relacionada con la regulación de la expresión génica: se forma durante la transcripción de genes, en puntos de iniciación, cerca de los promotores. LA RNA polimerasa induce la formación del DNA-Z para el inicio de la transcripción y una vez iniciada, la topoisomerasa induce cambio conformacional a DNA-B. En el DNA B y A todas las bases nitrogenadas están en conformación anti, pero en el caso del DNA Z solo están en anti las bases pirimidínicas, mientras que las púricas se orientan en sin. La existencia de la forma Z se dio en zonas ricas en C y G, poseen 12 residuos por vuelta de hélice, ángulo de 9º desplazados con respecto a la perpendicular. RNA MOLÉCULAS DE RNA EN E. COLI Encontramos diferentes tipos de RNA: ▪ rRNA: cadena simple, alta estructura secundaria (hélice en bucles intracatenarios). LA función es estructural (ribosoma) y catalítica (en inicio síntesis de proteínas). ▪ tRNA: cadena simple, estructura secundaria media (hélice en bucles intracatenarios). Bases modificadas. Función de adaptador del código genético. ▪ mRNA: madurado a partir de hnRNA, cadena simple, baja estructura secundaria. Función codificadora (molde) de proteínas. ▪ RNA pequeño nuclear (snRNA): cadena simple, alta estructura secundaria (hélice en bucles intracatenarios), cuya función es estructural (partículas snRNP, espliceosoma) y eliminación de intrones. ▪ RNA heterogéneo nuclear (hnRNA): cadena simple, baja estructura secundaria. Transcritos primarios del RNA. RNA ribosomal (rRNA) Es mayoritario, son los más grandes. Está constituido por 2 subunidades, una grande y una pequeña. Tiene una misión fundamentalmente estructural. Está presente tanto en eucariotas como procariotas, aunque existen diferencias entre estos. En las bacterias (procariotas), la unidad pequeña del ribosoma contiene 16S ARN ribosomal, mientras que la subunidad grande contiene dos especies de ARN ribosomal: la 5S y la 23S. En los eucariotas, el ARN ribosomal 18S se encuentra en la subunidad pequeña, y la subunidad grande, 60S. contiene tres tipos de ARN ribosomal: 5S, 5´8S y 28S. Aquí los ribosomas suelen ser más grandes, complejos y abundantes que en los procariotas. RNA de transferencia (tRNA) Son moléculas pequeñas de 70-90 ribonucleótidos. Su función es transportar el aa (aminoácido) al ribosoma. Cada uno de los aa tiene un tRNA (o varios) que son específicos. Su estructura tridimensional es como una hoja de trébol, con varios bucles y zonas donde las bases se encuentran apareadas formando una estructura bicatenaria. Tiene dos extremos muy importantes para su función: - El extremo 3´ terminal que es la zona donde se une de forma covalente el aminoácido. - El bucle anticodón que es la zona de reconocimiento del RNA. Tiene una secuencia de tres bases que es complementaria al triplete de mRNA que codifica para el aminoácido especifico. Abre tu Cuenta NoCuenta con el código WUOLAH10 y llévate 10 € al hacer tu primer pago a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-9448950 RNA mensajero (mRNA) Son una cadena sencilla, que transportan a información genética del DNA al ribosoma donde sirven de molde para la síntesis de proteínas. La secuencia es complementaria al gen que representa. En una célula eucariota pueden existir más de 10000 moléculas de mRNA distintas, variando en secuencia y longitud, y cada una codificará una cadena polipeptídica distinta. El mRNA, producto de la transcripción en el núcleo, posee una serie de fragmentos sin información o intrones que alteran con otros con información o exones. El proceso de maduración del mRNA consiste en la eliminación de intrones (splicing), adición de la cola de poliA (poliadenilación), en el extremo 3´y protección CAP (adición de metilguanosina trifosfato) en el extremo 5´. Cap: cabeza de metilguanosina En eucariotas, cada RNA mensajero codifica una cadena polipeptídica → monocistrónico En procariotas, cada RNA mensajero codifica para varias cadenas polipeptídicas → policistrónico INTERACCCIÓN DNA-PROTEÍNA - El DNA interacciona con numerosas proteínas: implicadas en transcripción, replicación, regulación… - La expresión génica, tanto en procariotas como en eucariotas, está controlada fundamentalmente por interacción entre secuencias específicas del DNA y proteínas específicas. - Se identificó por primera vez en E. coli. - La secuencia del DNA que interacciona con la proteína presenta una repetición de bases invertida, con un eje de simetría (secuencias palindrómicas). Esta simetría implica una simetría en la proteína que se une a ese sitio. Importancia secuencias palindrómicas: -Dianas de enzimas de restricción. -Intervienen en regulación expresión génica (puntos unión factores transcripción) -Generan estructuras secundarias peculiares en el DNA y RNA (horquillas). -El ajuste entre simetrías es característico en las interacciones proteína-DNA. INTERACCIÓN DNA-PROTEÍNA (PROCARIOTAS) OPERÓN LACTOSA IMPORTANTE EXAMEN Es un sistema regulador genético que se encuentra en E. coli y otras bacterias entéricas. Desempeña un papel crucial en el transporte y metabolismo de la lactosa (azúcar disacárido formado por la unión de glucosa + galactosa). El operón lactosa permite la digestión eficiente de la lactosa cuando no hay glucosa disponible. El operón es un conjunto de genes estructurales situados uno tras otro (contiguos) que se transcribe en un único RNA mensajero, elementos de control (O, P) y un gen regulador que codifica para una proteína reguladora. Ese operón funciona o no funciona por acción de un inductor, es decir, el funcionamiento depende del inductor. Objetivo → romper la lactosa en glucosa y galactosa. En ausencia de lactosa, una proetína reguladora llamada represor lac se une a la región operadora del operón lac. Esta unión previene la expresión de los genes lac, deteniendo efectivamente la producción de las enzimas necesarias para el metabolismo de la lactosa. El segundo mecanismo de control del operón lac implica la presencia de glucosa. Cuando hay glucosa disponible, la proteína activadora de catabolitos (CAP) permanece inactiva. CAP es necesario para la activación completa del operón lac. El represor lac es una proteína que regula los genes, uniéndose a un fragmento de DNA (DNA operador) mediante el inserto de una α-hélice. Se establece así un contacto entre un residuo de arginina del represor y un par de bases G-C del DNA. ▪ En cambio, en eucariotas las proteínas utilizan una gran diversidad de estructuras para unirse al DNA. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-9448950 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Cuando lactosa es la única fuente de carbono Cuando hay glucosa como fuente de carbono (operón lactosa en ausencia de lactosa) INTERACCIÓN DNA-PROTEÍNA (EUCARIOTAS) ▪ En eucariotas la transcripción de genes es más compleja, porque el DNA se encuentra asociado a unas proteínas básicas (HISTONAS), esenciales para su empaquetamiento, constituyendo la CROMATINA. ▪ Las histonas constituyen la mitad de la masa de un cromosoma eucariótica. ▪ CROMATINA: totalidad del complejo DNA-histonas. Formada por unidades repetitivas (NUCLEOSOMAS). ▪ Cada unidad contiene 200 pares de bases (pb) de DNA y 2 copias de cada una de las histonas H2A, H2B, H3 y H4, (octámero de histonas, muy ricas en aminoácidos básicos Arg y Lys). De los 200 pb, 146 están fuertemente unidos al núcleo de histonas y el resto sirve de DNA de unión entre los nucleosomas. o Por digestión parcial nucleosoma: partícula central (DNA de 146 pb +octámero de histonas). o En la cromatina sin digerir las partículas centrales se conectan mediante DNA al que se une otra histona denominada H1. o Los extremos NH2 terminales de las histonas forman colas que sobresalen de os nucleosomas. o Las histonas sufren modificaciones covalentes que afectan a las propiedades estructurales y funcionales de la cromatina, además de ser papel importante en la transcripción (activan o desactivan la expresión de genes). Abre tu Cuenta NoCuenta con el código WUOLAH10 y llévate 10 € al hacer tu primer pago