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BIOQUÍMICA GENERAL
CLASE # 14
Unidad V: Ácidos Nucleicos
OBJETIVOS
CONTENIDOS
Conceptuales
Procedimentales
Actitudinales
Conceptuales
Procedimentales
Actitudinales
Analizar el
concepto,
composición y
propiedades de
los ácidos
nucleicos.
Utilizar el concepto,
composición y
propiedades de los
ácidos nucleicos.
Análisis del
concepto,
clasificación,
composición y
función de los
ácidos nucleicos.
Utilización
del
concepto,
composición
y
función
de
los
ácidos nucleicos.
Clasificar los
polímeros de
ADN y ARN y
sus funciones.
Diferenciar las
estructuras y
funciones de los
Nucleósidos y
nucleótidos de
ADN y ARN.
Aprovechar la
composición,
clasificación,
estructuras,
propiedades y
funciones de los
ácidos nucleicos
para ponerlos
en práctica en
su desarrollo
profesional.
Clasificación de
los polímeros de
ADN y ARN.
Diferenciación de
las estructuras y
funciones de los
Nucleósidos
y
nucleótidos de ADN
y ARN.
Aprovechamiento
de la
composición,
clasificación,
estructuras,
propiedades y
funciones de los
ácidos nucleicos
para ponerlos en
práctica en su
desarrollo
profesional.
Exponer las
funciones de
ADN y ARN en
los seres vivos.
Enunciar las
funciones de ADN
y ARN en los seres
vivos.
Exposición las
funciones de
ADN y ARN en
los seres vivos.
Interpretar las
estructuras de
polímeros de
ADN y ARN en
los seres vivos.
Emplear las
estructuras de
polímeros de ADN
y ARN en la
resolución de
ejercicios.
Interpretación de
las estructuras de
polímeros de
ADN y ARN en
los seres vivos.
Enunciación de las
funciones de ADN y
ARN en los seres
vivos.
Empleo de
las
estructuras
de
polímeros de ADN y
ARN
en
la
resolución
de
ejercicios.
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CLASE # 14
ÁCIDOS NUCLEICOS
INTRODUCCIÓN
Todas las células contienen la información necesaria para realizar distintas reacciones
químicas mediante las cuales las células crecen, obtienen energía y sintetizan sus
componentes. Está información está almacenada en el material genético, el cual puede
copiarse con exactitud para transmitir dicha información a las células hijas. Sin embargo estas
instrucciones pueden ser modificadas levemente, es por eso que hay variaciones individuales
y un individuo no es exactamente igual a otro de su misma especie (distinto color de ojos, piel,
etc.). De este modo, podemos decir que el material genético es lo suficientemente maleable
como para hacer posible la evolución.
La información genética o genoma, está contenida en unas moléculas llamadas ácidos
nucleicos. Existen dos tipos de ácidos nucleicos: ADN y ARN. El ADN guarda la información
genética en todos los organismos celulares, el ARN es necesario para que se exprese la
información contenida en el ADN; en los virus podemos encontrar tanto ADN como ARN
conteniendo la información (uno u otro nunca ambos).
COMPOSICIÓN QUÍMICA Y ESTRUCTURA DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS
Los elementos que constituyen los ácidos nucleicos son: Carbono, Hidrógeno, Oxígeno,
Nitrógeno y Fósforo. Por hidrólisis total estos ácidos producen: aminas heterocíclicas (Purinas
o Pirimidinas), un azúcar de cinco átomos de carbono (Ribosa o Desoxirribosa) y ácido
fosfórico.
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AZÚCARES EN LOS ÁCIDOS NUCLEICOS
En el ADN se encuentra el azúcar β-D-desoxirribosa y en el ARN el azúcar es β-D-ribosa,
ambas se encuentran en un sistema anular furanósico.
BASES NITROGENADAS EN LOS ÁCIDOS NUCLEICOS
Las bases nitrogenadas son moléculas cíclicas y en la composición de dichos anillos participa,
además del carbono, el nitrógeno. Estos compuestos pueden estar formados por uno o dos
anillos. Aquellas bases formadas por dos anillos se denominan bases púricas (derivadas de la
purina). Dentro de este grupo encontramos: Adenina (A), y Guanina (G). Si poseen un solo
ciclo, se denominan bases pirimidínicas (derivadas de la pirimidina), como por ejemplo la
Timina (T), Citosina (C), Uracilo (U).
Estos derivados de la purina y la pirimidina son las bases que se encuentran con mayor
frecuencia en los ácidos nucleicos.
Bases púricas y pirimídicas:
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a) En el ADN se encuentran cuatro bases nitrogenadas: Dos purinas; Adenina y Guanina, y
dos pirimidínicas; Citosina y Timina.
b) En el ARN se encuentran también cuatro bases nitrogenadas: Dos purinas; Adenina y
Guanina, y dos pirimidínicas; Citosina y Uracilo.
Existen algunas bases que fueron modificadas para desempeñar funciones muy específicas
en las células. Existen otras bases nitrogenadas que son menos frecuentes, algunas de ellas
están metiladas. En eucariontes estas bases metiladas participan del control de la expresión
genética.
Por ejemplo:
LOS FOSFATOS
Los fosfatos más comunes son los ortofosfatos. (Con el prefijo "orto" se suelen denominar los
ácidos más hidratados). Contienen el anión PO43 . Los ortofosfatos se encuentran ampliamente
distribuidos en la naturaleza, sobre todo en forma de apatita y forman parte esencial de dientes
y huesos.
En la materia viva el fósforo aparece siempre en forma de ion fosfato soluble (ortofosfato); el
cual como igualmente se puede obtener de reacciones inorgánicas, en las ecuaciones
bioquímicas se abrevia Pi (fosfato inorgánico).
Además del Pi, en las reacciones puede aparecer implicado el pirofosfato (P2O74−) que se
abrevia PPi. De la hidrólisis del segundo se obtiene el primero. Esa hidrólisis es muy
exotérmica, y muy endotérmica la formación del puente entre átomos de fósforo, y es en eso
en lo que se basa la función de los transferidores biológicos de energía, señaladamente el
ATP.
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Estructura de un fosfato orgánico:
ESTRUCTURA DE LOS NUCLEÓSIDOS
Un nucleósido es una molécula orgánica que integra las macromoléculas de ácidos nucleicos
que resultan de la unión covalente entre una base heterocíclica con una pentosa que puede
ser ribosa o desoxirribosa. Ejemplos de nucleósidos son la citidina, uridina, adenosina,
guanosina, timidina.
Los nucleósidos pueden combinarse con un grupo fosfórico (ácido fosfórico: H3PO4) mediante
determinadas quinasas de la célula, produciendo nucleótidos, que son los componentes
moleculares básicos del ADN y el ARN.
Los nucleósidos pueden ser de dos tipos, dependiendo de la pentosa que contengan:


Ribonucleósidos: la pentosa es la ribosa
Desoxirribonucleósidos: la pentosa es la 2-desoxirribosa
Base nitrogenada
Nucleosido
Desoxinucleosido
Adenosina
A
Desoxiadenosina
dA
Guanosina
G
Desoxiguanosina
dG
Adenina
Guanina
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Timina
5-Metiluridina
m5U
Desoxitimidina
dT
Uridina
U
Desoxiuridina
dU
Citidina
C
Desoxicitidina
dC
Uracilo
Citosina
ESTRUCTURA DE LOS NUCLEÓTIDOS
Los ácidos nucleicos resultan de la polimerización de monómeros complejos denominados
nucleótidos. Un nucleótido está formado por la unión de un grupo fosfato al carbono 5’ de una
pentosa. A su vez la pentosa lleva unida al carbono 1’ una base nitrogenada.
Estructura del nucleótido monofosfato de adenosina (AMP)
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Nucleótidos de importancia biológica
ATP (adenosin trifosfato): Es el portador primario de energía de la célula. Esta molécula tiene
un papel clave para el metabolismo de la energía. La mayoría de las reacciones metabólicas
que requieren energía están acopladas a la hidrólisis de ATP.
ATP (Adenosin trifosfato)
AMP cíclico: El AMP cíclico (3’, 5´adenosinmonofosfato AMPc) es un derivado
atípico pero importante de la adenosina que se
encuentra en la mayor parte de a células
animales, este media una serie de diversas
señales
estructurales
de
considerable
importancia para el funcionamiento del
organismo. El AMPc se forma a partir de ATP.
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POLINUCLEÓTIDOS
Existen dos clases de nucleótidos, los
ribonucleótidos
en
cuya
composición
encontramos la pentosa
ribosa y los
desoxirribonucleótidos, en donde participa la
desoxirribosa. Los nucleótidos pueden unirse
entre sí, mediante enlaces covalentes, para
formar polímeros, es decir los ácidos nucleicos, el
ADN y el ARN. Dichas uniones covalentes se
denominan uniones fosfodiéster, el grupo fosfato
de un nucleótido se une con el hidroxilo del
carbono 5’ de otro nucleótido, de este modo en la
cadena quedan dos extremos libres, de un lado el
carbono 5’ de la pentosa unido al fosfato y del otro
el carbono 3’ de la pentosa.
Estructura de un poli ribonucleótido
NOMBRES DE LAS BASES, NUCLEÓSIDOS Y NUCLEÓTIDOS
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Base nitrogenada
Fuente
Nucleósido
Nucleótido
Adenina
ARN
ADN
Adenosina
2-Desoxiadenosina
5-fosfato de adenosina
5-fosfato de Desoxiadenosina
Guanina
ARN
ADN
Guanosina
2-Desoxiguanosina
5-fosfato de guanosina
5-fosfato de Desoxiguanosina
Citosina
ARN
ADN
Citidina
2-Desoxicitidina
5-fosfato de citidina
5-fosfato de Desoxicitidina
Uracilo
ARN
Uridina
5-fosfato de Uridina
Timina
ADN
2-Desoxitimidina
5-fosfato de Desoxitimidina
ÁCIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN).
Los ácidos nucleicos fueron aislados por primera vez en 1869, sin embargo no fue hasta mucho
después que se conoció su función. A principio de siglo pasado, los científicos que querían
explicar cómo se transmitía y se almacenaba la información genética se enfrentaron a un
problema, era el ADN o las proteínas los que portaban la información genética.
Se sabía que el ADN constaba de solo cuatro tipo de monómeros, frente a los 20 aminoácidos
que se encuentran formando parte de las proteínas, de manera que se pensaba que era
demasiado sencillo como para guardar la información, por lo cual se le asignaba una función
estructural.
La evidencia que ha servido para esclarecer la función del ADN, ha procedido, por un lado, del
hecho que la cantidad de ADN de una especie es constante, sin importar la edad, sexo,
factores nutricionales o ambientales.
Por otra parte, la cantidad de ADN tiene mayoritariamente una relación directa con la
complejidad del organismo, así como también se observa que los gametos de los individuos
con reproducción sexual poseen solo la mitad del ADN que posee cualquier de sus células
somáticas.
Sin embargo esto por si solo no confirmó la función del ADN. Por ello se llevaron a cabo una
serie de experimentos que lo demostraron en forma concluyente.
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En 1928, Griffith experimentó con distintas
cepas de bacterias, una de ellas era la forma
llamada lisa (L), rodeada de una cápsula de
polisacáridos y causante de neumonía en los
ratones. En contraste las cepas rugosas, no
contenía el polisacárido y no era virulenta.
Griffith experimentó con ratones. A unos
inyectándoles cepas lisas muertas por calor, a
otras cepas rugosas vivas y a otras una mezcla
de cepa R viva con cepa L muertas por calor,
en este último caso los ratones morían de
neumonía, es decir que las células rugosas se
habían transformado en cepas virulentas. En
1944 se demostró que ese principio
transformador era el ADN y no las proteínas.
EXPERIMENTO DE GRIFFITH
Otra serie de experimentos realizados en 1952 por Hershey y Chase, demostraron en forma
indiscutible que el ADN es el material
genético. Trabajaron con virus llamados
bacteriófagos; los bacteriófagos, están
formados por ADN y proteínas, las proteínas
forman una cubierta y en su interior se aloja el
ADN. Se cultivaron virus en un medio que
contenía fósforo radiactivo, de manera que al
sintetizar su ADN, la molécula quedaba
marcada radiactivamente. Otros virus se
hicieron crecer en medio con azufre
radiactivo,
quedando
marcadas
radiactivamente las proteínas. Los virus
tienen un mecanismo de acción muy
particular, ya que no ingresan a la célula que
infectan sino que solo inyectan su material
genético. Luego se pusieron en contacto los
virus que poseían las proteínas radiactivas
con un cultivo de bacterias y lo mismo se hizo
con los virus que tenían el ADN marcado.
Experimento de Hershey y Chase
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Si la información genética estaba contenida en el ADN la marca radiactiva debía estar en el
interior de las bacterias de este último grupo, por el contrario si eran las proteínas las que
cumplían dicha función la marca radiactiva estaría adentro de las bacterias del primer grupo.
El resultado del experimento confirmó que el ADN era la molécula que buscaban, ya que se
encontraba la marca radioactiva en el interior de las bacterias que se pusieron en contacto con
ADN marcado.
Una vez establecida su función faltaba determinar su estructura, como era posible que esa
estructura repetitiva almacenara las distintas instrucciones.
COMPOSICIÓN DE BASES DEL ADN: Muestras de ADN aisladas de diferentes tejidos de
una misma especie tienen la misma proporción de bases heterocíclicas, pero muestras de
diferentes especies pueden presentar grandes diferencias en la proporción de bases.
Por ejemplo; En el ADN humano la proporción es: 30% de Adenina y 30% de Timina
20% de Guanina y 20% de Citosina
REGLAS DE CHARGAFF: Existen algunas generalizaciones importantes respecto a los
patrones de composición de bases nitrogenadas en el ADN, independiente de su origen. Estas
generalizaciones han llegado a conocerse como las reglas de Chargaff, las cuales son las
siguientes;
1. El número de bases purínicas (A + G) esta en equilibrio con el número de bases pirimidínicas
(T + C); es decir, la razón aritmética entre purinas y pirimidinas es muy próximo a 1.
(Purina/pirimidina = 1).
2. El número de residuos de Adenina está en equilibrio con el número de residuos de Timina;
es decir, entre Adenina y Timina la razón aritmética es muy cercana a 1. (A/T = 1).
3. El número de residuos de Guanina está en equilibrio con el número de residuos de Citosina;
es decir; la razón aritmética entre Guanina y Citosina es muy cercana a 1. (G/C = 1).
MODELO DE WATSON Y CRICK PARA EL ADN
En 1953 Watson y Crick propusieron el modelo de doble hélice, para esto se valieron de los
patrones obtenidos por difracción de rayos X de fibras de ADN, y de los postulados enunciados
por Chargaff que estableció que la cantidad de adenina de una molécula de ADN era igual a
la cantidad de timina de la misma molécula y que la cantidad de guanina era igual a la cantidad
de citosina, es decir que el contenido de purinas era igual al de pirimidinas.
“El ADN consiste en dos cadenas de poli nucleótidos arrolladas entre si, formando una doble
hélice. Las cadenas se forman opuestas y son mantenidas juntas por puentes de hidrógenos
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entre pares de bases específicas; Adenina y Timina forman puentes de hidrógenos entre si;
Guanina y Citosina forman puentes de hidrógenos entre si”.
La complementariedad de pares de bases explica porque Adenina y Timina, Citosina y
Guanina se encuentran siempre en cantidades iguales.
El modelo de la doble hélice establece que las bases nitrogenadas de las cadenas se enfrentan
y establecen entre ellas uniones del tipo puente de hidrógeno. Este enfrentamiento se realiza
siempre entre una base púrica con una pirimídica, lo que permite el mantenimiento de la
distancia entre las dos hebras. La Adenina se une con la timina formando dos puentes de
hidrógeno y la citosina con la guanina a través de tres puentes de hidrógeno. Las hebras son
antiparalelas, pues una de ellas tiene sentido 5’  3’, y la otra sentido 3’  5’.
El modelo de Watson y Crick, describe a la molécula del ADN como una doble hélice, enrollada
sobre un eje, como si fuera una escalera de caracol y cada diez pares de nucleótidos alcanzan
para dar un giro completo. Excepto en algunos virus, el ADN siempre forma una cadena doble.
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FACTORES QUE ESTABILIZAN LA DOBLE HÉLICE
Los puentes de hidrógeno entre las bases tienen un papel muy importante para estabilizar la
doble hélice, si bien individualmente son débiles hay un número extremadamente grande a lo
largo de la cadena. Las interacciones hidrofóbicas entre las bases también contribuyen con la
estructura.
Los grupos fosfatos que se encuentran en el exterior de la doble hélice pueden reaccionar con
el agua aportando mayor estabilidad.
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ÁCIDO RIBONUCLEÍCO (ARN).
El ácido ribonucleíco se forma por la polimerización de ribonucleótidos. Estos a su vez se
forman por la unión de: a) un grupo fosfato. b) ribosa, una aldopentosa cíclica y c) una base
nitrogenada unida al carbono 1’ de la ribosa, que puede ser citosina, guanina, adenina y uracilo.
Esta última es una base similar a la timina.
En general los ribonucleótidos se unen entre sí, formando una cadena simple, excepto en
algunos virus, donde se encuentran formando cadenas dobles.
La cadena simple de ARN puede plegarse y presentar regiones con bases apareadas, de este
modo se forman estructuras secundarias del ARN, que tienen muchas veces importancia
funcional, como por ejemplo en los ARNt (ARN de transferencia).
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Estructura del ARN.
Características.
1. Es un ácido nucleico de un solo filamento.
2. Contiene el azúcar D-ribosa.
3. Contiene la base Uracilo en lugar de Tiamina.
4. No cumple con las reglas de Chargaff por poseer una sola cadena.
TIPOS DE ARN; Se conocen tres tipos principales de ARN y todos ellos participan de una u
otra manera en la síntesis de las proteínas. Ellos son: El ARN mensajero (ARNm), el ARN
ribosomal (ARNr) y el ARN de transferencia (ARNt).
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ARN mensajero (ARNm)
Consiste en una molécula lineal de nucleótidos (monocatenaria), cuya secuencia de bases es
complementaria a una porción de la secuencia de bases del ADN. El ARNm dicta con exactitud
la secuencia de aminoácidos en una cadena polipeptídica en particular. Las instrucciones
residen en tripletes de bases a las que llamamos codones. Son los ARN más largos y pueden
tener entre 1000 y 10000 nucleótidos.
La conversión en proteínas de la información contenida en un segmento de ADN llamado gen,
comienza con la síntesis de moléculas de ARNm. Estas moléculas de ARNm tienen como
función fundamental llevar el mensaje genético desde el núcleo celular hasta los ribosomas,
que son los que descifran el mensaje.
Biosíntesis de ARNm.
1. La cadena de ADN que contiene el gen se llama cadena de información.
2. La cadena complementaria de la de información se llama cadena patrón y sólo está se
transcribe en ARNm.
3. La cadena de ARNm producida es una copia casi exacta de la cadena de información, con
la salvedad que el ARNm formado se encuentra la base nitrogenada Uracilo en vez de
Timina.
La orientación de la ARN polimerasa determina cuál de las dos cadenas de ADN actuará de
patrón.
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ARN ribosomal (ARNr)
Este tipo de ARN una vez transcripto, pasa al
nucleolo donde se une a proteínas. De esta
manera se forman las subunidades de los
ribosomas. Aproximadamente dos terceras
partes de los ribosomas corresponde a sus
ARNr.
ARN de transferencia (ARNt)
Este es el más
pequeño de todos,
tiene
aproximadamente 75
nucleótidos en su
cadena, además se
pliega adquiriendo lo
que se conoce con
forma de hoja de
trébol plegada. El
ARNt se encarga de
transportar
los
aminoácidos libres del
citoplasma al lugar de
síntesis proteica. En
su estructura presenta
un triplete de bases
complementario de un
codón determinado, lo
que permitirá al ARNt
reconocerlo
con
exactitud y dejar el
aminoácido en el sitio
correcto.
A
este
triplete lo llamamos anticodón.
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