11 Química de los ácidos nucleicos

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QUÍMICA DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS
Tema XI
1
ÍNDICE
	Introducción
Composición de los ácidos nucleicos
Estructura de los nucleósidos y nucleótidos
Estructura de los ácidos nucleicos
Diferencias entre el ADN y el ARN
Funciones de los nucleósidos y nucleótidos
Herencia y replicación del ADN
	
1. Introducción
1. Introducción
Los ácidos nucleicos son polímeros derivados de la aldopentosa ribosa, que contienen la información genética de un organismo.
Una pequeña cantidad de ADN (ácido desoxirribonucleico) en una célula de huevo fecundado determina las características físicas del animal completamente desarrollado.
La diferencia entre una rana y un ser humano está codificada en una parte relativamente pequeña del ADN.
Los ácidos nucleicos más importante son los ácidos ribonucleicos (ARN) y ácidos desoxirribonucleicos (ADN).
Los ácidos nucleicos son polinucleótidos o polímeros de nucleótidos, es decir, polímeros resultantes de la unión mediante enlace fosfodiéster de un número variable de unidades monoméricas básicas, denominadas nucleótidos. 
Cada nucleótido está formado por tres componentes. Una pentosa, un compuesto heterocíclico nitrogenado, que constituye junto con la pentosa un nucleósido, y el ácido fosfórico. 
2. Composición de los ácidos nucleicos
Pentosa:
Las pentosas son monosacáridos (glúcidos simples) formados por una cadena de cinco átomos de carbono. Como en los demás monosacáridos aparecen en su estructura grupos hidroxilo (OH). Además, también pueden contener grupos cetona o aldehído.
La ribosa, en particular la -D-ribofuranosa, es la pentosa característica de los ARN (ácidos ribonucleicos) y la desoxiribosa o 2-desoxi-β-D-ribofuranosa la de los ácidos desoxiribonucleicos (ADN)
ARN
ADN
2. Composición de los ácidos nucleicos
Las cuatro bases que se suelen encontrar en el ARN y el ADN están divididas en dos clases: bases pirimidínicas y bases púricas. 
Las bases pirimídinicas son los compuestos monociclicos Citosina, Timina y Uracilo.
La bases púricas son los compuestos bicíclicos Adenina y Guanina. 
Compuestos heterocíclicos nitrogenados:
2. Composición de los ácidos nucleicos
Purina
Pirimidina
2. Composición de los ácidos nucleicos
La interacción entre las bases tiene lugar mediante enlaces de hidrógeno. 
2. Composición de los ácidos nucleicos
Es importante destacar el carácter aromático de las bases nitrogenadas, que hace que los ácidos nucleicos absorban en el UV a longitudes de onda cercana a 260 nm.
Son estructuras casi planas y tienen la peculariedad de que pueden presentar diferentes formas tautómeras. 
6 diferentes tautómeros de la citosina
2. Composición de los ácidos nucleicos
Por ejemplo, la citosina puede encontrarse en forma lactámica (normal) y entonces se empareja con la guanina, pero puede también adoptar forma lactímica y entonces es más estable su unión con la adenina, esto facilita las mutaciones espontáneas y por tanto la evolución.
Además de estas cinco bases mayoritarias los ácidos nucleicos pueden contener pequeñas proporciones de otras bases, normalmente derivados metilados o hidroximetilados de las bases principales
Adenina-Citosina(Taut)
Guanina-Citosina(Taut)
Los nucleósidos comunes del ARN son :
Un nucleósido es el compuesto resultante de la unión de la pentosa y de una base nitrogenada. Su unión tiene lugar, con pérdida de una molécula de agua, a través del átomo de carbono 1' del azúcar y el átomo de nitrógeno 1 de la base pirimidínica o el átomo de nitrógeno 9 de la base púrica, como se indica en la Figura. 
Los nucleósidos comunes del ADN son :
3. Estructura de los nucleósidos y nucleótidos
Los nucleótidos son los ésteres fosfóricos de los nucleósidos. Todos los nucleótidos naturales poseen el grupo fosfato unido al átomo de carbono 5' de la pentosa. En la Figura 5 se indica cómo se une el ácido fosfórico con dos nucleósidos diferentes para formar los correspondientes nucleótidos, en una reacción que también implica pérdida de una molécula de agua.
Los nucleótidos se nombran combinando el nombre del nucleósido del que proceden con la palabra monofosfato. Así, el éster fosfórico de adenosina se denomina 5'-monofosfato de adenosina (AMP)
3. Estructura de los nucleósidos y nucleótidos
3. Estructura de los nucleósidos y nucleótidos
Los cuatro desoxirribonucleósidos que constituyen el ADN son:
Los grupos fosfato de los nucleótidos pueden encontrarse en cualquiera de los tres estados de ionización dependiendo del pH de la solución. Aunque en la mayoría de los organismos el pH es prácticamente neutro (pH=7.4), por convenio, estos grupos se representan completamente ionizados.
Podemos distinguir varios niveles estructurales en los ácidos nucleicos. La estructura primaria o secuencia, indica el orden en que se encuentran los nucleótidos. La ordenación regular y estable que adopten los nucleótidos puede denominarse estructura secundaria, la más conocida es la estructura de la doble hélice del ADN, descubierta por Watson and Crick en 1953.  
Los diagramas de rayos X realizados a principios de los 50 por Rosalind Franklin y Wilkins, indican que las moléculas de ADN son largas cadenas helicoidales con dos periodicidades a lo largo de su eje. 
Foto 51
El análisis químico del ADN pone de manifiesto diversos aspectos. La composición en bases nitrogenadas es la misma para todas las células de una especie. En los ADN la proporción molar de adenina es siempre igual a la de timina, y análogamente la proporción molar de citosina es equimolar con la de guanina.
4. Estructura de los ácidos nucleicos
El ADN suele estar formado por dos cadenas complementarias, con todos los pares unidos mediante enlaces de hidrógeno donde cada base se asocia con su correspondiente (A-T y C-G). Las cadenas son antiparalelas colocándose en sentidos opuestos. 
4. Estructura de los ácidos nucleicos
Una Cadena de ARN
El ARN suele estar formado por una cadena. Aunque en algunos casos se pueden encontrar dos cadenas enlazadas por enlace de hidrógeno entre las bases constituyentes. 
4. Estructura de los ácidos nucleicos
Principalmente a nivel estructural se pueden destacar tres diferencias:
	1) El azúcar en el ARN es la ribosa en vez de la deoxirribosa del ADN.
	2) La timina presente en el ADN esta reemplazada por el uracilo en el ARN.
	3) El ADN suele estar formado por dos cadenas complementarias mientras el ARN, en la mayoría de los casos, esta constituido por una única cadena. Esto no excluye que, en algunos casos, en el ARN se pueda encontrar una doble cadena parcial.
Con respecto a sus funciones, el ADN almacena la información genética de las células mientras que el ARN es el polímero que participa en los procesos que usan esta información. 
Existen tres tipos diferentes de ARN, cada uno de los cuales desempeña una función diferente, el mensajero (ARNm), el transferente (ARNr) y el ribosómico (ARNr). 
5. Diferencias entre el ADN y el ARN
17
Los ribonucleósidos y desoxirribonucleósidos corrientes aparecen en las células no solamente en forma monofosfato, sino que también pueden aparecer en forma de 5'-difosfatos (con dos moléculas de fosfórico) o bien 5'-trifosfatos (con tres moléculas).
Así los derivados del la adenosina, serían:
	AMP : 5'-monofosfato de adenosina
	ADP : 5'-difosfato de adenosina
	ATP : 5'-trifosfato de adenosina.
 
Los nucleótidos trifosfato (NTPs) desempeñan diversas funciones en las células. Así, el ATP, es un transportador de fosfato y de pirofosfato en diversas reacciones enzimáticas en las que se requiere aporte energético (aunque también pueden realizar esta función el GTP, el UTP y el CTP). Por otro, lado algunos NTPs, pueden actuar como transportadores de restos de azúcares (energetizados) en la biosíntesis de polisacáridos. Por supuesto, la función principal de los NTPs, es la de actuar como precursores en la biosíntesis enzimática de los ácidos nucleicos.
6.Funciones de los nuleósidos y nucleótidos
Cuando la célula se divide cada nueva célula que se forma debe portar toda la información genética, que determine sus características y funciones. Para eso, antes de dividirse, el ADN debe replicarse, es decir generar una copia de sí mismo. Durante la replicación, la molécula de ADN se desenrolla, separando sus cadenas. Cada una de éstas servirá como molde para la síntesis de nuevas hebras de ADN. El proceso de replicación del ADN es semiconservativo, ya que al finalizar la duplicación, cada nueva molécula de ADN estará conformada por una hebra "vieja" (original) y una nueva.
7. Herencia y replicación del ADN
La replicación se lleva a cabo gracias a la ADN polimerasa, este enzima cataliza la unión de los desoxinucleótidos trifosfato que son abundantes en el fluido del núcleo celular. Estos desoxinucleótidos trifosfato se desplazan hacia la parte desenrollada de la molécula de ADN y se colocan por complementariedad enfrente de la base que les corresponde (A=T; C=G) de la cadena que actúa como molde y una vez que están en el sitio adecuado se unen entre si por acción de la polimerasa III. 
La adición de dos unidades nucleótidicas consecutivas tiene lugar mediante la unión del grupo hidroxilo del carbono 3’ de un nucleótido con el grupo fosfato del extremo 5’ del siguiente, el mecanismo por el que se produce esta unión es por ataque nucleofílico del grupo 3’-OH de un nucleótido al 5’-trifosfato del nulceótido adyacente, eliminándose el pirofosfato y formándose un enlace fosfodiéster. La polimerasa lee la hebra que hace de molde en el sentido 3’ 5’ y sintetiza la nueva hebra en el sentido 5’ 3’. 
7. Herencia y replicación del ADN
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Nucleiótido
Nucleósido
ribosa = β-D-ribofuranósido
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(Guanina)
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Nucleiótido
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Base
(Guanina)
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2-deoxirribonucleósido
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2-deoxirribosa
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Adenina, A Guanina, G Citosina, C Timina, T Uracilo, U
En ambos ADN y ARN Solo en el ADN Solo en el ARN
bases púricas bases pirimidicas
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PurinaPirimidina
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Guanina Citosina
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Triple Enlace de hidrogeno
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Ribosa
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Adenina Timina
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Doble Enlace de hidrogeno
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Citidina (C)adenosina (A) guanosina (G) uridina (U)
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adenosina guanosina citidina timina
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Monofosfato de Citidina (CMP)
ácido citidílico
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Monofosfato de Uridina (UMP)
ácido uridílico
Monofosfato de Guanisona (GMP)
ácido guanidílico
Monofosfato de Adenosina (AMP)
ácido adenílico
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desoxiadenosina desoxiguanosina desoxicitidina desoxitimina
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En medio ácido En medio prácticamente Neutro En medio básico
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ribosa
ribosa
ribosa
ribosa
ribosa
ribosa
ribosa
ribosa
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Extremo 3'
Extremo 3'
Extremo 5'
Extremo 5'
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