Unidad III: Nucleótidos y ácidos nucleicos, presentación de ASU

Objetivos de la Unidad III

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• Comprender, analizar y entender la estructura y propiedades
  fisicoquímicas de ácidos nucleicos.
• Describir la estructura, organización y función del genoma nuclear
  y mitocondrial.
• Entender y comprender los mecanismos de transmisión de los
  genes.

Introducción a los Nucleótidos y Ácidos Nucleicos

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• Colaboran en funciones de óxidorreducción, transferencia de
  energía, señales intracelulares y reacciones de biosíntesis.
• Constituyentes de los ácidos nucleicos:
• Ácido desoxirribonucleico (DNA)
  Ácido ribonucleico (RNA)
• Principales moléculas participantes en el
  almacenamiento y la descodificación de la
  información genética.
• Ningún otro tipo de biomolécula participa en funciones tan
  variadas o en tantas funciones esenciales para la vida.

Características Funcionales del DNA

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• Las funciones del DNA son el almacenamiento y la transmisión
  de la información biológica.
• En el DNA se encuentran especificadas las secuencias de
  aminoácidos de todas las proteínas y las secuencias de
  nucleótidos de todas las moléculas de RNA.
• Un segmento de DNA que contiene la información necesaria
  para la síntesis de un producto biológico funcional (proteína ó
  RNA) se denomina gen.
• Las células tienen miles de genes, lo que explica que las
  moléculas de DNA sean muy grandes.

Clases de RNA

• RNA ribosómico (rRNA)
• Que son componentes de los ribosomas.
• RNA mensajeros
  (mRNA)
• Que actúan como transportadores de la información desde un
  gen hasta el ribosoma, donde se sintetizan las proteínas.
• RNA de transferencia (tRNA)
• Que traducen la información genética contenida en el mRNA
  a secuencias específicas de aminoácidos.

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Nucleósidos y Nucleótidos: Composición Química

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Composición química y estructural de los Nucleótidos

Nucleótidos:

• Base nitrogenada
• Pentosa
• Grupo fosfato
• Las bases nitrogenadas son moléculas planas, aromáticas,
  heterocíclicas, que derivan de la purina o la pirimidina

Estructura de Purinas y Pirimidinas

PURINAS
H
1 6
7
C.
5
- N
1N
Č
8
CH
2C
.C
H
N
4
- Ng
3
H
Purina
PIRIMIDINAS
H
H
N
Citosina (C)
(DNA/RNA)
C
-H
4
Nº
3
5
0 2
6
O
1
T
N
H
Timina (T)
(DNA)
O=
O
H
C
H
-C-H
N
C
3
5
H
I
HC
CH
2
6
1
Pirimidina
Uracilo (U)
(RNA)
O
II
C.
H
4
.N
3
5
₾ 2
6
C
1
H
N
H
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Guanina (G)
(DNA/RNA)
O=
O
C.
N
6
7
5
H-C'
8
2
9
4
C
H
N~
3
.N
N
1
I
H
H
Adenina (A)
(DNA/RNA)
H
H
N
C.
N
6
=
7
5
1
H-C
8
2
9
4
C
N-
H
N
C
H
14
C
3
3N
5
CH
C 2
6 0
1
O:
N
H
-H
C
N
1
C
N
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3
H
C
N
4
H

• Las bases se unen a una pentosa (mediante N-1 en las
  pirimidinas y el N-9 en las purinas), a través de un enlace N-B-
  glucosídico con el C'-1 de la pentosa.
• En los ribonucleótidos, la pentosa es la D-ribosa, mientras que en
  los desoxinucleótidos el azúcar es la 2'-desoxi-D-ribosa.
• Ambas pentosas en configuración
• El compuesto resultante de la unión de una base más la pentosa
  es un nucleósido.

Pentosas en Ribonucleótidos y Desoxinucleótidos

5'
O
HOCH2
OH
4°
1'
H
H
H
H
3'
2'
OH
OH
(B-D-Ribofuranosa)
5'
.0
HOCH2
OH
4°
H
H
H
Ȟ
3
2'
OH
H
(B-D-2-desoxi-Ribofuranosa)
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Ejemplos de Nucleósidos

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NH2
N
N
N
N
HO
O
OH
OH
Adenosina
NH2
N
O
N
HO
,O.
OH
OH
Citidina
O
N
HN
9
H2N
N
N
HO
O
OH
OH
Guanosina
O
HN
1
0
N
HO
OH
OH
Uridina
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Formación de Nucleótidos

• El grupo fosfato se une en la posición 5' de la pentosa
  normalmente, aunque también aparece en otras posiciones (2', 3').
• Base + Pentosa + Fosfato -> Nucleótido

Estructuras de AMP, dAMP, UMP y TMP

NH2
NH2
O
N
N
N
HN
HN
O
N
N
O
O
O
-
O
OH
OH
OH
H
OH
OH
OH H
AMP
dAMP
UMP
TMP
FIGURA 32-6 Estructuras del AMP, dAMP, UMP y TMP.
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ATP, su difosfato y su monofosfato

N
.CH3
-N
N
N
Z
O
O
O
-
O
O
0-0NH2
N
N
N
0
0
N
1
1
HO -P-O-P-O-P-O-CH2
I
L=0
O
OH
OH
Adenosina 5'-monofosfato (AMP)
Adenosina 5'-difosfato (ADP)
Adenosina 5'-trifosfato (ATP)
FIGURA 32-4 ATP, su difosfato y su monofosfato.
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Moléculas para Revisión

Revisa la estructura y la función
básica de las siguientes moléculas:

• ATP
• AMP
• GTP
• UTP
• CTP

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Estructura del DNA

Reglas de Chargaff

1. La composición de las bases del DNA generalmente varía de una
   especia a otra.
2. Las muestras de DNA aisladas de los diferentes tejidos de la misma
   especie se componen de las mismas bases.
3. La composición de bases del DNA de una determinada especie no
   varía con la edad del organismo, ni con su estado nutricional, ni con
   las variaciones ambientales.
4. En todos los DNA de diferentes especies, el número de los residuos
   de adenina es igual al de los residuos de timina (A=T), y el número
   de residuos de citosina (G=C).

Estructura Primaria del DNA

• Una cadena polinucleotídica posee un sentido o direccionalidad.
  El enlace fosfodiester entre las unidades monomericas se
  producen entre el carbono 3' de un monomero y el carbono 5' del
  siguiente.
• Una cadena polinucleotídica posee individualidad, determinada
  por la secuencia de sus bases, es decir, la secuencia de
  nucleótidos.

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Representación de una Cadena Polinucleotídica

11
N
NH
5
NH2
NH2
CH2
N
N
N
C
0-P
O
O
N
H
H
H
H
H3C
NH
T
P
O
H
H
H
H
O
N
N
A
P
CH2
N
N
H
H
O
O
H
P
H
H.
H
H
O
H |
o
P
3 0
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CH2
N
NH2
O
'o-
O
O
H
H
H
O
O
0-
O
O
10-@ = 0
O
O
CH2
O
O
H
G

Modelo de Doble Hélice - Watson y Crick

• La estructura de Watson y Crick del DNA permitió la determinación
  del mecanismo molecular de la herencia.
• Existen dos cadenas de polinucleótidos enrolladas alrededor de
  un eje común, formando una doble hélice.
• Las dos cadenas del DNA son antiparalelas (es decir, transcurren
  en direcciones opuestas), pero cada una forma una hélice
  dextrógira (la diferencia entre una hélice dextrógira y una
  levógira.

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Características de la Doble Hélice

3) Las bases ocupan el centro de
la hélice y las cadenas de
azúcares y fosfatos se sitúan en
el exterior. Esto minimiza las
repulsiones entre los grupos
fosfato cargados. La superficie
de la doble hélice contiene dos
hendiduras de ancho desigual:
los surcos mayor y menor.
T 3.4 Å
Surco
menor
36 Å
Surco
mayor
20 Å
(a)
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Apareamiento de Bases Complementarias

4) Cada base está unida por puentes de hidrógeno a una base de
la hebra opuesta, para formar un par de bases plano. Cada
residuo de adenina debe formar pareja con un residuo de timina
y viceversa, y cada residuo de guanina debe aparearse con un
residuo de citosina y viceversa. Estas interacciones por puentes
de hidrógeno, conocidas como apareamiento de bases
complementarias, da como resultado la asociación específica de
las dos cadenas de la doble hélice.
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Fuerzas que Mantienen Unida la Doble Hélice

• La doble hélice del DNA se mantiene unida por dos tipos de
  fuerzas: los enlaces de hidrógeno entre los pares de bases
  complementarias, y las interacciones de apilamiento de las bases.
• Entre G y C se forman tres enlaces de hidrógeno.
• Entre A y T solamente se pueden establecer dos.

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Pares de Bases de DNA

CH3
O-
--- H
-H
N
N
N
I
N
O
Timina
N
N
Adenina
H
1
NH.
O
N
N
I
N
O
Citosina
H
N
N
I
Guanina
H
FIGURA 34-3 El pareado de bases de DNA entre desoxinucleóti-
dos complementarios comprende la formación de enlaces de hidro-
geno. Dos de esos enlaces de H se forman entre la adenina y la tiamina,
y tres enlaces de H se forman entre la citidina y la guanina. Las líneas
discontinuas representan enlaces de H.
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N
2
N

Desnaturalización de DNA

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• La estructura bicatenaria del DNA puede separarse en dos
  cadenas componentes en solución al aumentar la temperatura
  o disminuir las cifras de sal.
• Las dos pilas de bases no sólo se separan, sino que las bases
  mismas se desapilan mientras que aún están conectadas en el
  polímero por el esqueleto fosfodiéster.
• Las cadenas de una molécula de DNA dada se separan en
  un rango de temperatura.

Renaturalización de DNA

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• Las cadenas separadas de DNA se renaturalizarán o
  reasociaran cuando se logren condiciones de temperatura
  y sal fisiológicas apropiadas; este proceso de retemplado
  suele llamarse hibridación.

Estructura y Función del RNA

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Naturaleza Química del RNA

La naturaleza química del RNA difiere de la del DNA

• El ácido ribonucleico (RNA) es un polímero de purina y
  pirimidina ribonucleótidos unidos entre sí por enlaces 3', 5' -
  fosfodiéster análogos a los que están en el DNA.
• Ribosa
• Adenina, guanina, citocina y uracilo.

Estructura Secundaria del RNA

Asa
C
- 0-0-0-x-x-x-5-5-0-0-5-5-5-5-5- 0-5
U
U
U
G
G
Tallo
-
A
U-
£
G
G-C
5'
FIGURA 34-7 Diagrama que representa la estructura secundaria
de una molecula de RNA de cadena única en la cual se ha formado
un tallo con asa, u "horquilla". La formación de esta estructura
depende de la formación intramolecular de pares de base indicada
(líneas horizontales coloreadas entre las bases). Note que A forma enla-
ces de hidrógeno con U en el RNA.
3. El RNA típicamente existe como una cadena única.
4. La cadena única de RNA tiene la capacidad de
plegarse sobre sí misma a manera de horquilla y, de
este modo, adquirir características bicatenarias.
5. Puesto que la molécula de RNA es una cadena única
complementaria a sólo una de las dos cadenas de un
gen, su contenido de guanina no necesariamente
es igual a su contenido de citocina, ni su
contenido de adenina es necesariamente igual a
su contenido de uracilo.
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